Analisis Waktu Multicore untuk DO-178C

Kebutuhan Prosesor Multicore dalam Sistem Avionik

Sistem avionik, terutama yang ditemukan di pesawat modern, menuntut fungsionalitas yang semakin canggih untuk memenuhi tuntutan keselamatan, kinerja, dan efisiensi yang terus meningkat. Prosesor multicore menawarkan solusi yang layak untuk mengatasi persyaratan ini dengan memberikan daya komputasi yang lebih tinggi, paralelisme yang lebih baik, dan alokasi sumber daya yang lebih baik. Mereka memungkinkan pelaksanaan beberapa tugas perangkat lunak secara bersamaan, memungkinkan sistem avionik melakukan berbagai fungsi penting secara paralel.

Tantangan dalam Analisis Waktu Multicore untuk DO-178C

Sementara prosesor multicore membawa banyak keuntungan, mereka juga memperkenalkan kerumitan dalam hal analisis waktu, terutama dalam sistem kritis keselamatan yang diatur oleh standar DO-178C. Tantangan utama dalam analisis waktu multicore meliputi:

Interferensi dan Sumber Daya Bersama

Prosesor multicore biasanya berbagi berbagai sumber daya perangkat keras, seperti memori, bus, dan periferal. Perselisihan dari sumber daya bersama ini dapat menyebabkan gangguan dan potensi keterlambatan dalam pelaksanaan tugas, yang memengaruhi perilaku pengaturan waktu fungsi perangkat lunak penting.

Determinisme dan Preemption

Pengenalan beberapa inti memperkenalkan kemungkinan preemption tugas dan perilaku non-deterministik, membuatnya menantang untuk memprediksi dan menganalisis waktu eksekusi kasus terburuk (WCET) secara akurat. Analisis waktu harus mempertimbangkan efek potensial dari preemption dan kebijakan penjadwalan yang digunakan oleh sistem operasi.

Penugasan Tugas dan Partisi

Menentukan penugasan yang optimal dan mempartisi tugas perangkat lunak ke inti yang berbeda sangat penting untuk mencapai perilaku pengaturan waktu yang efisien dan dapat diprediksi. Penugasan tugas yang tidak tepat dapat menyebabkan pertikaian sumber daya dan pemanfaatan yang kurang optimal, mengorbankan jaminan waktu sistem.

Teknik Analisis Waktu Multicore

Untuk mengatasi tantangan yang ditimbulkan oleh prosesor multicore, berbagai teknik dan metodologi telah dikembangkan untuk analisis waktu dalam sistem yang sesuai dengan DO-178C:

Analisis Waktu Eksekusi Kasus Terburuk (WCET).

Analisis WCET adalah teknik mendasar yang digunakan untuk menentukan waktu maksimum yang diperlukan suatu tugas atau fungsi untuk menyelesaikan eksekusinya. Untuk sistem multicore, analisis WCET perlu mempertimbangkan interferensi intra-core dan inter-core, dengan mempertimbangkan sumber daya bersama dan potensi preemption.

Analisis Partisi dan Penjadwalan

Partisi dan analisis penjadwalan melibatkan penentuan penugasan tugas perangkat lunak yang optimal ke inti yang berbeda dan menetapkan kebijakan penjadwalan yang sesuai. Teknik seperti partisi statis dan dinamis, serta berbagai algoritma penjadwalan (misalnya, prioritas tetap, tenggat waktu paling awal terlebih dahulu), dapat digunakan untuk mengalokasikan tugas ke inti dan memastikan persyaratan waktu terpenuhi.

Analisis Interferensi

Analisis interferensi bertujuan untuk mengukur dan memprediksi interferensi antar tugas yang berjalan pada core yang berbeda. Analisis ini mempertimbangkan sumber daya bersama, efek cache, dan mekanisme komunikasi antar inti. Ini membantu mengidentifikasi potensi kemacetan dan titik pertentangan, memungkinkan strategi mitigasi yang tepat.

Verifikasi dan Validasi

Teknik validasi dan verifikasi, termasuk simulasi, pemeriksaan model, dan metode formal, memainkan peran penting dalam menilai perilaku waktu sistem multicore. Teknik ini membantu mengidentifikasi potensi pelanggaran waktu, memvalidasi ketepatan analisis waktu, dan memastikan kepatuhan dengan tujuan DO-178C.

Pertimbangan untuk Sertifikasi

Mensertifikasi sistem avionik berbasis multicore di bawah DO-178C membutuhkan kepatuhan terhadap pedoman dan pertimbangan khusus:

Tujuan dan Kriteria

Memahami dan mengikuti tujuan dan kriteria yang ditentukan dalam DO-178C untuk sistem multicore adalah yang terpenting. Kepatuhan terhadap panduan terkait analisis interferensi, penetapan tugas, dan partisi sangat penting untuk keberhasilan sertifikasi.

Pengumpulan Bukti

Mengumpulkan bukti analisis waktu sangat penting untuk sertifikasi. Dokumentasi harus mencakup laporan analisis waktu terperinci, hasil analisis WCET, bukti partisi dan penjadwalan, dan artefak lain yang diperlukan untuk menunjukkan kepatuhan.

Kualifikasi Alat

Kualifikasi alat analisis waktu yang digunakan untuk sistem multicore sangat penting. Alat yang digunakan untuk analisis WCET, analisis interferensi, dan penjadwalan harus menjalani verifikasi dan validasi yang ketat untuk memastikan kesesuaiannya untuk aplikasi kritis keselamatan.

Penilaian Keamanan

Melakukan penilaian keselamatan yang komprehensif, termasuk analisis pohon kesalahan dan mode kegagalan dan analisis efek, sangat penting untuk mengidentifikasi potensi bahaya dan menilai dampak pengaturan waktu multicore pada keamanan sistem. Penilaian keselamatan harus mempertimbangkan kondisi operasi normal dan tidak normal.