2020年8月3日 航空航天和国防

面部成分:可互换但不相等

亚历克斯·威尔逊,风河和史蒂芬H. VanderLeest,Rapita

介绍

未来机载能力环境(FACE™)联盟将在2021年3月举办年度技术交流会议和展览会。在此之前,风河Rapita系统提供了一些关于FACE架构的背景知识,重点关注我们的可移植性单元(UoP)的“一站式购物”生态系统,以及基于FACE技术标准测试、集成和认证系统的工具。第一篇文章包括"操作系统段如何适应FACE架构“这是这个系列的第二个博客。

美国国防部门继续推动采用开放式架构解决方案为手段,以获得更好的航空电子设备硬件到现场更快速,成本更低。这种解决方案的一个来源是未来机载能力环境(FACE™)财团,它出版的开放式架构的技术标准和商业模式实现在航电系统的标准。由FACE协会公​​布的出版物也公开,并免费下载

在本系列的第二篇博客中,我们将重点讨论开放式体系结构中模块化的好处,并讨论不同供应商提供的不同产品的特性,重点讨论FACE体系结构的操作系统部分(OSS)组件。关于OSS,风河在保持模块化的同时提供了竞争优势。这种优势的一部分是一个丰富的工具生态系统来验证系统的性能,并为适航性提供保证证据。由于OSS是架构的基础,因此它的生态系统与操作系统紧密结合是很重要的。例如,多核航空电子系统的飞行认证要求保证多核干扰信道已得到缓解。Rapita Systems CAST-32A法规遵循包提供了验证和验证系统的工具和工件。

面模块化导致互换性

FACE标准的模块化概念提供了一个基于可集成以满足最终系统需求的段的参考体系结构。每个部分的内容(包括应用程序代码)的变化允许系统架构师在设计和构建兼容模块的最终系统时具有灵活性。面标准定义了这些段之间的逻辑接口,以实现模块化。这促进了软件组件的重用,并实现了跨军事系统的通用功能。通过使用已定义的API标准(如我们之前的博客中所述),这使得组件可以很容易地在不同供应商开发的符合要求的系统之间移动。

为了确保分段可以在一个模块化的方式中使用,它是至关重要的,组件测试,以适用的面标准。通过检查一个部件是否符合表面技术标准作为“一致性单元”或“UoC”来验证一致性。(术语“可移植性单元”有时用来代替“一致性单元”,以突出这些组件的可移植性方面。)这是通过运行人脸一致性测试套件来实现的,通过人脸验证机构和人脸认证机构的审查来实现一致性认证,并在人脸注册表上向人脸库管理员注册结果

以下是两个根据不同面孔轮廓测试合格单位合格证书的例子:

如果系统架构师开始设计一个系统,并且需要使用带有特定概要文件的操作系统,那么他们可以查看FACE Registry并选择根据该概要文件进行认证的UoCs之一。有多个版本的FACE技术标准,所以版本号也指定为每个产品在注册。所示证书为UoCs的“通用概况”和“安全基础概况”,均符合“技术标准3.0”。

系统架构师通常会选择几个将集成到最终软件系统中的UoCs。这里需要注意的是,多个UoC可以在同一个处理器地址空间中共存,因此对这些UoC的集成考虑和协调至关重要。对于集成时的性能和干扰挑战尤其如此。FACE一致性测试只检查UoC与OSS配置文件之间的关系,并且只在单个部分内,因此不会检查所有的软件行为或性能。还值得注意的是,如果您有几个UoCs,那么您将需要UoC到UoC通信,这需要使用FACE Transport Services接口。interuoc通信下图来自FACE技术标准3.0。

可交换性的好处

FACE方法很好地符合开放系统架构(OSA)的概念。OSA方法启用了几个业务驱动因素:

•更好的购买力

•更多可负担

•更快的部署时间

•快速注射能力

•软件重用

FACE联盟的一个有趣的方面是,早期决定不仅开发技术标准,还开发业务标准,为FACE方法的价值主张和业务案例提供指导。目前的版本是2.0,可以在FACE Documents网站。

被认证符合UoC大学面对标准提供了信心,系统集成商选择——他们可以删除一个特定UoC大学从任何供应商进入他们的系统,它应该工作与其他组件“开箱即用”的这种满足几个业务驱动的组件的重用,快速注入能力和更多的负担能力的开发成本UoC大学分布在几个项目。另外一个好处是,由于标准中UoC之间定义良好的层,系统集成成本也应该更低。

竞争厂商之间产生提供他们的价值-add和能力的专业知识,同时还符合FACE标准。这反过来寻找替代或补充解决方案时,给出了政府采购代理更好的购买力。

与此同时,这意味着政府不再局限于一家供应商,并打破了对供应商的锁定,可以选择最佳解决方案,而不是被迫使用同一家供应商。

对于生产产品的供应商来说,这也提供了跨项目的标准化的好处,减少了开发成本风险和可能影响多个计划的进度偏差。组件的重用意味着更好的投资回报,并允许供应商专注于他们的核心优势和创新。

然而,拥有符合标准的功能组件并不能提供您所需要的一切。每一个都有不同的性能、质量、认证工件和工具。每一个都有不同的业务模型和生命周期支持解决方案。在做最后的选择时,必须把这些考虑进去。

可互换性是最小值

可互换零件的好处是在日常社会清楚。公制扳手都适合度量插座。街道法律的汽车都适合在公共道路上。这种标准化的好处是显而易见的扳手和汽车。对于软件的好处也是明显的。然而,可互换的零件设定的最低期望。所有扳手应符合各自的插槽中,所有汽车应符合的道路。所有的扳手,然而,变化的强度和耐久性,所有车最高时速和燃油效率而变化。也是如此,互换性标准化软件是最低的。被证明为符合性的FACE技术标准的开放源码软件已经仅仅被证明是“适合的道路”。 Specifically, the Application Programming Interface (API) specified by the standard confirms that the software components that make up the system will fit together and communicate with each other correctly. This compatibility in itself, however, does not indicate anything about the quality of the component, such as its speed or efficiency.

因此,互换性通过符合标准,如FACE技术标准是进入了面向市场的门票,但这是最小的。对符合有关公平竞争的特定面部科隆大学竞争此点燃标准的供应商。例如,客户寻求FACE OSS可能会在购买基于以下做出决定:

•性能:组分产生由不同供应商将在性能指标而变化,如端至端延迟,响应时间,确定性,可靠性等

•认证:是否符合FACE技术标准可以提供一些测试和文物可能对适航性证明是有用的,但是这仅仅是一个开始。由厂商支持飞行认证提供的包装可能会有所不同。关于这一点,面对EA-25小组委员会目前正在对白皮书提供有关其FACE活动和工件可能导致飞行认证的证据更详尽的建议。

•生态系统:与每个供应商相关的工具将大不相同。特别是对于OSS来说,丰富的工具生态系统对于系统的成功开发和集成至关重要。有时标准化并不意味着供应商提供的任何工具都可以与标准相连接。示例工具包括集成开发环境(IDE)、调试工具、测试工具(包括单元、系统、基于需求)、结构覆盖分析工具、时序分析工具、需求跟踪工具等。

风河与生态系统合作伙伴,如Rapita系统整合在一起可以帮助你建立一个面子体系与您需要的性能,并决定,你需要经济高效地实现首飞授权保证文物一起。

确保分区

面对标准要求分区

FACE标准要求在其安全和安全性配置文件中支持时间和空间分区。分区是一种在许多类型的计算系统中使用的隔离技术。这种技术支持模块化,例如通过集成模块化航空电子(IMA)。不同应用程序的划分所提供的分离特性对于实现面标准的承诺至关重要。

凭借强大的多核处理器的出现,使用驱动器分区关键应用程序分开正在加速。随着单核心处理器,能够以不同的临界性的主机应用程序使用时间和空间分区达到了,在开发的商用飞机,克服空间,重量和功耗(SWaP)的问题的集成模块化航空电子(IMA)架构。这是需要满足的时候常见的机体,如空客A380和波音787。然而,一个单核的系统上时,CPU资源被共享(时间分片)在多个应用程序中越来越多的性能要求的不断提高,虽然这实现了IMA架构的目标,这也影响分配给应用程序的性能。随着最新的多核应用中,这对性能的影响可以通过分配在多个内核缓解。同时,采用多核的介绍,以确保适航新的挑战。

表面标准不保证分区

虽然FACE技术标准要求它的几个定义的配置分区,该标准只需要一个分区的操作环境(ARINC 653)的接口。它不要求保证环境的正确实施提供分区的主要好处隔离机制。这是有道理的FACE技术标准旨在培育互换性和模块化。它不是用于飞行认证的替代品,但只是一个起点。面对EA-25适航小组委员会目前正在一张白纸,以“确保FACE符合的软件,相关的文物,并产生它们的过程......对适航的证据如果可能的话,明确援引通用要求,加工和指导做出贡献。”

系统集成商将明智地考虑从设计的早期阶段证明适航性的重大障碍,特别是对于整体架构的核心功能,例如分区。当正确实现时,分区简化了集成和认证,因为每个分区一次可以被视为一个分区。然而,这种方法要求分区本身被证明是非常严格的。严格的分区隔离并不是一个可以在最后解决的问题:它必须从一开始就作为一个基本的设计特性来整合。美国和欧洲民用飞行软件的认证遵循RTCA DO-178C/ED-12C标准。DO-297和ARINC 653标准提供了划分环境以隔离独立软件功能的指南。军事适航当局使用类似的方法来评估软件。

对于使用多核处理器的计算平台来说,确保分区隔离的挑战更大。在unicore处理器上,一次只能运行一个分区,从而提供了一些自然隔离。在多核处理器上,分区可以在不同的内核上同时运行,从而在函数之间产生多个潜在的干扰通道。多核干扰会降低分区之间的隔离度,因此必须加以缓解。这是一项相对较新的技术。美国联邦航空管理局(FAA)目前在一份立场文件CAST-32A中提供了确保多核系统安全的指南。FAA和欧洲联盟航空安全局(EASA)预计将在明年某个时候提供进一步的指导。

总结

是否符合FACE技术标准演示的兼容性和互换性,形成了有竞争力的产品的公平竞争的基础。智能OSS买家将需要这种一致性,但随后会仔细评估的特点,如性能,分区的稳健性,以及飞行认证文物的质量符合性的产品。

这可能会使我们产生如下问题。在一个由面uoc组成的系统中,保证分区的步骤是什么?什么样的最佳实践可以导致成本效益高的方法并成功获得飞行认证?这是本系列下一篇博客的主题。敬请期待!

Wind River和Rapita Systems可以用我们的“一站式购物”生态系统帮助您构建您的FACE系统,从Wind River OSS开始,包括基于FACE技术标准的测试/集成/认证系统的工具,如Rapita Systems验证套件和CAST-32A合规包。关注更多关于这个话题的博客,为下一个FACE TIM做准备。


关于作者

Alex Wilson是风河航空航天和国防市场部门的主管,他负责欧洲、中东、太平洋和日本的A&D市场部门。作为风河航空航天和国防工业解决方案团队的一员,Alex负责业务战略,包括产品需求、销售增长战略和生态系统开发。

Steven H. VanderLeest是Rapita Systems公司多核解决方案的首席工程师。他曾在IEEE数字航空电子系统会议和SAE航空技术会议上发表有关航空电子安全的论文。VanderLeest博士也是FACE EA-25适航性委员会的副主席。

注:本博客所表达的观点仅为作者个人观点,并不代表FACE联盟的官方立场。

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