डीओ-178सी के लिए मल्टीकोर टाइमिंग विश्लेषण

एवियोनिक्स सिस्टम में मल्टीकोर प्रोसेसर की आवश्यकता

एवियोनिक्स सिस्टम, विशेष रूप से आधुनिक विमानों में पाए जाने वाले, सुरक्षा, प्रदर्शन और दक्षता की बढ़ती मांगों को पूरा करने के लिए तेजी से परिष्कृत कार्यात्मकताओं की मांग करते हैं। मल्टीकोर प्रोसेसर उच्च कम्प्यूटेशनल शक्ति, बेहतर समानता और बेहतर संसाधन आवंटन प्रदान करके इन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए एक व्यवहार्य समाधान प्रदान करते हैं। वे एक साथ कई सॉफ़्टवेयर कार्यों को निष्पादित करने में सक्षम बनाते हैं, जिससे एवियोनिक्स सिस्टम समानांतर में कई महत्वपूर्ण कार्य करने की अनुमति देते हैं।

DO-178C के लिए मल्टीकोर टाइमिंग विश्लेषण में चुनौतियाँ

जबकि मल्टीकोर प्रोसेसर कई फायदे लाते हैं, वे समय विश्लेषण के संदर्भ में जटिलताएं भी पेश करते हैं, खासकर डीओ-178सी मानक द्वारा शासित सुरक्षा-महत्वपूर्ण प्रणालियों में। मल्टीकोर टाइमिंग विश्लेषण में प्रमुख चुनौतियों में शामिल हैं:

हस्तक्षेप और साझा संसाधन

मल्टीकोर प्रोसेसर आमतौर पर विभिन्न हार्डवेयर संसाधनों को साझा करते हैं, जैसे मेमोरी, बस और पेरिफेरल्स। इन साझा संसाधनों के विवाद से कार्य निष्पादन में हस्तक्षेप और संभावित देरी हो सकती है, जिससे महत्वपूर्ण सॉफ़्टवेयर कार्यों का समय व्यवहार प्रभावित हो सकता है।

नियतिवाद और निवारण

मल्टीपल कोर की शुरूआत कार्य छूट और गैर-नियतात्मक व्यवहार की संभावना का परिचय देती है, जिससे सबसे खराब स्थिति निष्पादन समय (डब्ल्यूसीईटी) की सटीक भविष्यवाणी और विश्लेषण करना चुनौतीपूर्ण हो जाता है। समय विश्लेषण को प्रीएम्प्शन के संभावित प्रभावों और ऑपरेटिंग सिस्टम द्वारा नियोजित शेड्यूलिंग नीतियों पर विचार करना चाहिए।

कार्य असाइनमेंट और विभाजन

कुशल और पूर्वानुमेय समय व्यवहार को प्राप्त करने के लिए इष्टतम असाइनमेंट का निर्धारण करना और सॉफ़्टवेयर कार्यों को विभिन्न कोर में विभाजित करना महत्वपूर्ण है। अनुचित कार्य असाइनमेंट से संसाधन विवाद और उप-इष्टतम उपयोग हो सकता है, जिससे सिस्टम की समय की गारंटी से समझौता हो सकता है।

मल्टीकोर टाइमिंग विश्लेषण तकनीकें

मल्टीकोर प्रोसेसर द्वारा उत्पन्न चुनौतियों पर काबू पाने के लिए, DO-178C-संगत प्रणालियों में समय विश्लेषण के लिए विभिन्न तकनीकों और पद्धतियों का विकास किया गया है:

सबसे खराब स्थिति निष्पादन समय (WCET) विश्लेषण

WCET विश्लेषण एक मौलिक तकनीक है जिसका उपयोग किसी कार्य या फ़ंक्शन को उसके निष्पादन को पूरा करने के लिए आवश्यक अधिकतम समय निर्धारित करने के लिए किया जाता है। मल्टीकोर सिस्टम के लिए, WCET विश्लेषण को साझा संसाधनों और संभावित प्रीएम्प्शन पर विचार करते हुए इंट्रा-कोर और इंटर-कोर हस्तक्षेप दोनों पर विचार करने की आवश्यकता है।

विभाजन और शेड्यूलिंग विश्लेषण

विभाजन और शेड्यूलिंग विश्लेषण में विभिन्न कोर के लिए सॉफ़्टवेयर कार्यों का एक इष्टतम असाइनमेंट निर्धारित करना और एक उपयुक्त शेड्यूलिंग नीति स्थापित करना शामिल है। स्थैतिक और गतिशील विभाजन जैसी तकनीकों के साथ-साथ विभिन्न शेड्यूलिंग एल्गोरिदम (उदाहरण के लिए, निश्चित प्राथमिकता, जल्द से जल्द समय सीमा पहले) को कोर में कार्यों को आवंटित करने और समय की आवश्यकताओं को पूरा करने को सुनिश्चित करने के लिए नियोजित किया जा सकता है।

हस्तक्षेप विश्लेषण

हस्तक्षेप विश्लेषण का उद्देश्य विभिन्न कोर पर चल रहे कार्यों के बीच हस्तक्षेप की मात्रा निर्धारित करना और भविष्यवाणी करना है। यह विश्लेषण साझा संसाधनों, कैश प्रभाव और अंतर-कोर संचार तंत्र पर विचार करता है। यह संभावित बाधाओं और विवाद बिंदुओं की पहचान करने में मदद करता है, जिससे उचित शमन रणनीतियों की अनुमति मिलती है।

जाँच और वैधता

सिमुलेशन, मॉडल जांच और औपचारिक तरीकों सहित सत्यापन और सत्यापन तकनीकें मल्टीकोर सिस्टम के समय व्यवहार का आकलन करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं। ये तकनीकें संभावित समय उल्लंघनों की पहचान करने, समय विश्लेषण की शुद्धता को मान्य करने और DO-178C उद्देश्यों के अनुपालन को सुनिश्चित करने में मदद करती हैं।

प्रमाणीकरण के लिए विचार

DO-178C के तहत मल्टीकोर-आधारित एवियोनिक्स सिस्टम को प्रमाणित करने के लिए विशिष्ट दिशानिर्देशों और विचारों के पालन की आवश्यकता होती है:

उद्देश्य और मानदंड

मल्टीकोर सिस्टम के लिए DO-178C में परिभाषित उद्देश्यों और मानदंडों को समझना और उनका पालन करना सर्वोपरि है। सफल प्रमाणीकरण के लिए हस्तक्षेप विश्लेषण, कार्य असाइनमेंट और विभाजन से संबंधित दिशानिर्देशों का अनुपालन महत्वपूर्ण है।

साक्ष्य संग्रह

प्रमाणन के लिए समय विश्लेषण के साक्ष्य एकत्र करना आवश्यक है। दस्तावेज़ीकरण में विस्तृत समय विश्लेषण रिपोर्ट, डब्ल्यूसीईटी विश्लेषण परिणाम, विभाजन और शेड्यूलिंग साक्ष्य, और अनुपालन प्रदर्शित करने के लिए आवश्यक कोई अन्य कलाकृतियां शामिल होनी चाहिए।

उपकरण योग्यता

मल्टीकोर सिस्टम के लिए उपयोग किए जाने वाले समय विश्लेषण उपकरणों की योग्यता महत्वपूर्ण है। WCET विश्लेषण, हस्तक्षेप विश्लेषण और शेड्यूलिंग के लिए नियोजित उपकरणों को सुरक्षा-महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों के लिए उनकी उपयुक्तता सुनिश्चित करने के लिए कठोर सत्यापन और सत्यापन से गुजरना चाहिए।

सुरक्षा आकलन

संभावित खतरों की पहचान करने और सिस्टम सुरक्षा पर मल्टीकोर टाइमिंग के प्रभाव का आकलन करने के लिए फॉल्ट ट्री विश्लेषण और विफलता मोड और प्रभाव विश्लेषण सहित एक व्यापक सुरक्षा मूल्यांकन करना आवश्यक है। सुरक्षा मूल्यांकन में सामान्य और असामान्य दोनों परिचालन स्थितियों पर विचार किया जाना चाहिए।