Mitmetuumaline ajastuse analüüs DO-178C jaoks

Vajadus mitmetuumaliste protsessorite järele avioonikasüsteemides

Avioonikasüsteemid, eriti need, mida leidub tänapäevastes õhusõidukites, nõuavad üha keerukamaid funktsioone, et rahuldada kasvavaid ohutuse, jõudluse ja tõhususe nõudeid. Mitmetuumalised protsessorid pakuvad nende nõuete täitmiseks elujõulist lahendust, pakkudes suuremat arvutusvõimsust, paremat paralleelsust ja paremat ressursside jaotamist. Need võimaldavad täita korraga mitut tarkvaraülesannet, võimaldades avioonikasüsteemidel täita paralleelselt mitmeid olulisi funktsioone.

DO-178C mitmetuumalise ajastuse analüüsi väljakutsed

Kuigi mitmetuumalised protsessorid toovad kaasa mitmeid eeliseid, muudavad nad ka ajastuse analüüsi keerukamaks, eriti DO-178C standardiga reguleeritavates ohutuskriitilistes süsteemides. Mitmetuumalise ajastuse analüüsi peamised väljakutsed on järgmised:

Häired ja jagatud ressursid

Mitmetuumalised protsessorid jagavad tavaliselt erinevaid riistvararessursse, nagu mälu, siinid ja välisseadmed. Nende jagatud ressursside vaidlus võib põhjustada häireid ja võimalikke viivitusi ülesannete täitmisel, mis mõjutab kriitiliste tarkvarafunktsioonide ajastuskäitumist.

Determinism ja eelisõigus

Mitme tuuma kasutuselevõtt toob kaasa ülesannete ennetamise ja mittedeterministliku käitumise võimaluse, muutes halvima juhtumi täitmise aegade (WCET) täpse ennustamise ja analüüsimise keeruliseks. Ajastuse analüüsis tuleb arvestada eelmüügi võimalikke mõjusid ja operatsioonisüsteemi kasutatavaid ajastamispoliitikaid.

Ülesande määramine ja jaotamine

Tarkvaraülesannete optimaalse määramine ja jaotamine erinevatele tuumadele on tõhusa ja prognoositava ajastuskäitumise saavutamiseks ülioluline. Ülesande ebaõige määramine võib põhjustada ressursside tüli ja ebaoptimaalset kasutamist, mis seab ohtu süsteemi ajastuse garantiid.

Mitmetuumalised ajastuse analüüsi tehnikad

Mitmetuumaliste protsessorite tekitatud väljakutsete ületamiseks on DO-178C-ga ühilduvates süsteemides ajastuse analüüsimiseks välja töötatud erinevad tehnikad ja metoodikad:

Halvima juhtumi täitmise aja (WCET) analüüs

WCET-analüüs on põhitehnika, mida kasutatakse ülesande või funktsiooni täitmiseks kuluva maksimaalse aja määramiseks. Mitmetuumaliste süsteemide puhul peab WCET-i analüüs võtma arvesse nii tuumasiseseid kui ka tuumadevahelisi häireid, võttes arvesse jagatud ressursse ja võimalikke eelistusi.

Jaotamise ja ajastamise analüüs

Jaotamise ja ajastamise analüüs hõlmab tarkvaraülesannete optimaalse määramist erinevatele tuumadele ja sobiva ajastamispoliitika kehtestamist. Tuumadele ülesannete jaotamiseks ja ajastusnõuete täitmise tagamiseks saab kasutada selliseid tehnikaid nagu staatiline ja dünaamiline jaotus, aga ka mitmesuguseid ajastamisalgoritme (nt fikseeritud prioriteet, varaseim tähtaeg enne).

Häirete analüüs

Häireanalüüsi eesmärk on kvantifitseerida ja ennustada häireid erinevatel tuumadel töötavate ülesannete vahel. See analüüs võtab arvesse jagatud ressursse, vahemälu efekte ja tuumadevahelisi suhtlusmehhanisme. See aitab tuvastada võimalikke kitsaskohti ja vaidluspunkte, võimaldades sobivaid leevendusstrateegiaid.

Kontrollimine ja kinnitamine

Valideerimis- ja kontrollitehnikad, sealhulgas simulatsioon, mudelikontroll ja formaalsed meetodid, mängivad mitmetuumaliste süsteemide ajastuskäitumise hindamisel otsustavat rolli. Need tehnikad aitavad tuvastada võimalikke ajastuse rikkumisi, kinnitada ajastuse analüüsi õigsust ja tagada vastavus DO-178C eesmärkidele.

Kaalutlused sertifitseerimisel

Mitmetuumaliste avioonikasüsteemide DO-178C alusel sertifitseerimine nõuab konkreetsete juhiste ja kaalutluste järgimist.

Eesmärgid ja kriteeriumid

DO-178C-s mitmetuumaliste süsteemide jaoks määratletud eesmärkide ja kriteeriumide mõistmine ja järgimine on ülimalt oluline. Häireanalüüsi, ülesannete määramise ja jaotamise juhiste järgimine on eduka sertifitseerimise jaoks ülioluline.

Tõendite kogumine

Ajastusanalüüsi tõendite kogumine on sertifitseerimiseks hädavajalik. Dokumentatsioon peaks sisaldama üksikasjalikke ajastuse analüüsi aruandeid, WCET analüüsi tulemusi, jaotamise ja ajakava koostamise tõendeid ning muid nõuetele vastavuse tõendamiseks vajalikke artefakte.

Tööriista kvalifikatsioon

Mitmetuumaliste süsteemide jaoks kasutatavate ajastusanalüüsi tööriistade kvalifikatsioon on kriitilise tähtsusega. WCET-analüüsi, häirete analüüsi ja ajakava koostamiseks kasutatavad tööriistad peaksid läbima range kontrolli ja valideerimise, et tagada nende sobivus ohutuse seisukohalt oluliste rakenduste jaoks.

Ohutuse hindamine

Potentsiaalsete ohtude tuvastamiseks ja mitmetuumalise ajastuse mõju hindamiseks süsteemi ohutusele on oluline teha kõikehõlmav ohutushinnang, sealhulgas rikkepuu analüüs ning rikkerežiimi ja mõjude analüüs. Ohutushinnangus tuleks arvesse võtta nii tavalisi kui ka ebatavalisi töötingimusi.