ГосНИИАС
О координаторе проекта
Анонс
Аналитика
Карта проекта
Русская версия
Домашняя страница
English version
Написать письмо
Поможет ли виртуализация
соответствовать требованиям завтрашнего дня
следующему поколению систем авионики?
Новости/ > 2019/ > Поможет ли виртуализация соответствовать требованиям завтрашнего дня...?/
Поможет ли виртуализация соответствовать требованиям завтрашнего дня следующему поколению систем авионики?
13 августа 2019 Производители и интеграторы аэрокосмических систем стремятся использовать перспективные концепции, такие как виртуализация, для обеспечения большей гибкости в бортовых архитектурах.

Инженерное лидерство здесь принадлежит трем компаниям: Core Avionics, Wind River и подразделению Internet of Things (IoT) корпорации Intel.

Джотика Атавале, ведущий инженер IoT, сообщила, что ее компания проводит НИОКР в области вопросов сертификации по безопасности для получения сертификата на тип усовершенствованной технологии управления полетом и двигателями, которая необходима для реализации будущих конфигураций воздушных судов.

«Мы видим потребность в интеллектуальном воздушном транспорте, — сказала Атавале, — БПЛА, перевозящие людей и грузы, являются главной тенденцией на ближайшие три-пять лет. Анализ того, что необходимо для их систем, особенно критичных с точки зрения безопасности, изучение ускорителей процессов глубокого обучения и определение степени интеграции авионики, а также ее безопасной архитектуры и тех шагов, которые нам нужно будет сделать для удовлетворения потребностей развивающихся рынков как БПЛА, так и электрических ЛА с вертикальным взлетом и посадкой — вот грядущие темы нашей исследовательской работы».

Наиболее обсуждаемой стороной перспективных коммерческих воздушно-транспортных платформ, доминирующей в тематических публикациях на страницах не только аэрокосмических, но и общепромышленных изданий в течение всей первой половины 2019-го года, явились беспилотные электрические воздушные такси, предназначенные для оказания помощи городам, страдающим от автомобильных пробок. Однако практически ни один автор не потрудился проанализировать, что же фактически должно произойти, чтобы системы управления полетом таких воздушных судов прошли сертификацию на основе стандартов и требований к летной годности, применяемых к той авионике, которая в настоящее время находится в эксплуатации. >>>
>>> По мере того, как новое поколение воздушных такси приближается к реальности, компании уже создают электродистанционные системы управления для них. В частности, Honeywell Aerospace в июне 2019-го года представила систему такого типа, ориентированную на городскую воздушную мобильность. Эта система спроектирована с учетом возможности для производителей будущих воздушных такси разрабатывать собственные правила управления их полетом. Она включает в себя базовую часть аппаратного и программного обеспечения, которая имеет необходимые алгоритмы, использующие автоматический генератор кода для преобразования таких правил и передачи управляющих воздействий двигателям.

Атавале отметила рост сложности встраиваемой обработки в сочетании со спросом на авионику следующего поколения от производителей воздушных такси и беспилотников. В результате одной из самых больших проблем, стоящих перед производителями авионики при создании систем для этих новых транспортных средств, является естественный рост случайных сбоев аппаратного и программного обеспечения, связанный с развертыванием наиболее продвинутых функций, таких как искусственный интеллект.

«Учитывая растущую степень интеграции наших многоядерных однокристальных систем (System on Chip, SoC — прим. ред.), мы ожидаем, что в ближайшие несколько лет сложность аппаратного и программного обеспечения вырастет в 20 раз, — поделилась информацией Атавале, — А в сочетании с технологическим масштабированием такая ситуация вызовет повышенный риск отказов, поэтому мы увидим больше сбоев в работе оборудования и увеличение числа программных ошибок».

Регулирующие органы гражданской авиации определяют функциональную безопасность критических с точки зрения безопасности встроенных систем авионики как отсутствие необоснованного риска из-за проблем, вызванных неправильной работой электронных систем. По словам Атавале, с появлением более интеллектуальных возможностей новые системы авионики будут все чаще сталкиваться с ранее не существовавшими проблемами сертификации.

Среди них Атавале выделила демонстрацию наихудшего времени выполнения, детерминированное поведение модульных интеллектуальных свойств, совместное использование памяти одновременно несколькими приложениями, а также работа с общим кешем, приводящая к увеличенному числу неудачных обращений к нему и задержек. >>>
>>> «При разработке следующего поколения двигателей и систем управления полетом необходимо обеспечивать уровень A гарантии проектирования, который является самым строгим в авиации», — подчеркнула Атавале, добавив, что ее компания рекомендует использовать модульное резервирование и разнородные архитектуры для встроенных цепей обработки.

Поскольку Intel готовится к росту сложности аппаратного и программного обеспечения, использование нового, отвечающего повышенным требованиям к обеспечению безопасности API Vulkan будет наилучшим способом в грядущем виртуализированном мире проектирования получить в процессе разработки авионики повышенную функциональность.

Vulkan — это открытый стандарт интерфейса прикладного программирования, созданный Khronos Group и основанный на стандарте OpenGL SC 2.0, впервые опубликованном в 2016-ом году. До выпуска OpenGL SC 2.0, темпы распространения которого в сфере разработки авионики все еще оставляют желать лучшего, большинство графики для бортового оборудования было написано с использованием OpenGL SC 1.0, основанном на фиксированных графических функциях. «Версия 2.0 оптимизирована для программируемой графики», — считает Стив Виггерс, вице-президент по исследовательским проектам компании CoreAVI.

Виггерс сказал, что Vulkan способен передавать вычислительные рабочие нагрузки на сопряженный графический процессор (ГП), чтобы дать приложению больший контроль над фактической функциональностью самого ГП. Такой процессор представляет собой мощное программируемое вычислительное устройство с сотнями ядер, которое может быстро управлять памятью для создания изображений в кадровом буфере, предназначенном для вывода на индикатор.

Многие поставщики авионики, в частности калифорнийская компания Aitech Defense Systems, уже используют ГП в своих библиотеках ПО для машинного обучения, таких как Aitech A176 Cyclone. >>>
>>> «Vulkan действительно предоставляет приложению максимальный контроль над графическим процессором для достижения желаемой производительности, — подчеркнул Виггерс, — С помощью этого API оно может выполнить гораздо больше работы, так как Vulkan имеет прозрачную программную прослойку и расширенный прикладной программируемый интерфейс, который дает приложению прямой контроль над самим ГП. Такая организация позволяет приложениям адаптировать API к каждому конкретному случаю».

Использование Vulkan ввело набор обязанностей для приложений, включая синхронизацию при многопоточности, управление памятью, проверку ввода и проверку ошибок. К тому же Vulkan возлагает на приложение ответственность за перечисление физических устройств, создание логических устройств, а также за обеспечение достоверности и точности передаваемой API информации.

Сравнивая рабочую нагрузку на приложение в API Vulkan с аналогичным показателем в предыдущей среде Open GL SC 1.0, необходимо отметить ее экспоненциальный скачок.

«Если вы захотите нарисовать один треугольник на экране с помощью Open GL, то в приложении будет около 100 строк кода. Но чтобы нарисовать тот же самый треугольник с помощью API Vulkan, вам потребуется уже более 1000 строк кода. Прикладной уровень отвечает за настройку всего», — подытожил Виггерс. Но это именно тот тип приложений, который позволит бортовому программному обеспечению стать гибким и легко обновляемым в будущем, предоставляя системным интеграторам возможность использовать искусственный интеллект и машинное обучение.

CoreAVI первой использовала Vulkan для мира встраиваемой авионики, представив в конце 2018-го года систему улучшенного зрения для будущего «тихого» сверхзвукового самолета-демонстратора технологий НАСА X-59. Спустя несколько месяцев компания Wind River также представила новую платформу Helix Virtualization, объединяющую существующую коммерческую операционную систему реального времени и встроенный дистрибутив Linux в передовую систему разработки программного обеспечения. >>>
>>> Helix — это ответ Wind River на запросы перспективных систем авионики, где старое программное обеспечение VxWorks и Linux может работать вместе с новыми приложениями, используя разделение пространства и времени, виртуализацию и консолидацию при смешанных критичных и некритичных с точки зрения безопасности рабочих процессах на одной передовой вычислительной платформе.

Оливье Чарри, главный специалист по функциональной безопасности Wind River, заявил, что целью внедрения Helix в мир разработки авионики является предоставление платформы, повышающей переносимость ПО для бортовых систем в будущем.

«Идея состоит в том, чтобы переместить уровень абстракции приложения с целью переносимости на тот уровень, где вы можете полностью абстрагировать его от аппаратного обеспечения. Вот где мы вступаем в мир программно-определяемых систем», — подчеркнул Чарри.

По мере того, как будущие воздушные такси переходят к более сложным фазам летных испытаний, Helix может предоставлять такой тип среды разработки, который позволит инженерам добавлять новые функциональные возможности и приложения с меньшими затратами. Среда Helix использует гипервизор Wind River в качестве моста между несколькими вычислительными ядрами и сочетанием специфичных для авионики операционных систем реального времени с гостевыми ОС, такими как Windows или Android. Помимо всего прочего, здесь можно разрабатывать приложения с участием искусственного интеллекта и добавлять их ко всей системе с меньшими затратами.

Чарри считает, что Helix и использование виртуализации в ближайшем будущем позволят создать новую среду разработки, объединяющую поставщиков бортового оборудования, системных интеграторов и разработчиков приложений. >>>
>>> «Жизнь разработчика приложений облегчится, — резюмировал Чарри, — Он будет разрабатывать приложения поверх стандартного или какого-либо другого уровня абстракции, и они будут включены системным интегратором в вычислительную платформу. Здесь поставщик платформы будет играть ключевую роль в определении неувязок и помех при взаимодействии, а также ограничений, связанных с объединением гостевых операционных систем и конфигурацией оборудования, контролируя весь процесс».

Более подробную информацию можно получить здесь:

http://interactive.aviationtoday.com/avionicsmagazine/july-2019/
can-virtualization-help-future-proof-the-next-generation-of-avionics-systems/
.

Поиск по проекту
Искать!
.
© 2019 Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем. Все права защищены. Условия использования информации.