Multicore-timinganalyse voor DO-178C

De behoefte aan multicore-processors in elektronische systemen

Avionics-systemen, vooral die in moderne vliegtuigen, vereisen steeds geavanceerdere functionaliteiten om te voldoen aan de groeiende eisen op het gebied van veiligheid, prestaties en efficiëntie. Multicore-processors bieden een haalbare oplossing om aan deze vereisten te voldoen door hogere rekenkracht, verbeterde parallelliteit en betere toewijzing van bronnen te bieden. Ze maken de uitvoering van meerdere softwaretaken tegelijkertijd mogelijk, waardoor elektronische systemen tal van kritieke functies parallel kunnen uitvoeren.

Uitdagingen in multicore-timinganalyse voor DO-178C

Hoewel multicore-processors tal van voordelen bieden, brengen ze ook complexiteit met zich mee op het gebied van timinganalyse, met name in veiligheidskritische systemen die worden beheerst door de DO-178C-standaard. De belangrijkste uitdagingen bij multicore-timinganalyse zijn:

Interferentie en gedeelde bronnen

Multicore-processors delen doorgaans verschillende hardwarebronnen, zoals geheugen, bussen en randapparatuur. De betwisting van deze gedeelde bronnen kan leiden tot interferentie en mogelijke vertragingen bij de uitvoering van taken, waardoor het timinggedrag van kritieke softwarefuncties wordt beïnvloed.

Determinisme en voorrang

De introductie van meerdere kernen introduceert de mogelijkheid van taakvoorrang en niet-deterministisch gedrag, waardoor het een uitdaging wordt om de worst-case uitvoeringstijden (WCET's) nauwkeurig te voorspellen en te analyseren. De timinganalyse moet rekening houden met de mogelijke effecten van voorrang en het planningsbeleid dat door het besturingssysteem wordt gebruikt.

Taaktoewijzing en partitionering

Het bepalen van een optimale toewijzing en verdeling van softwaretaken over verschillende kernen is cruciaal voor het bereiken van efficiënt en voorspelbaar timinggedrag. Onjuiste taaktoewijzing kan leiden tot bronconflicten en suboptimaal gebruik, waardoor de timinggaranties van het systeem in gevaar komen.

Multicore Timing Analyse Technieken

Om de uitdagingen van multicoreprocessors het hoofd te bieden, zijn er verschillende technieken en methodologieën ontwikkeld voor timinganalyse in DO-178C-compatibele systemen:

Worst-Case Execution Time (WCET) analyse

WCET-analyse is een fundamentele techniek die wordt gebruikt om de maximale tijd te bepalen die een taak of functie nodig heeft om de uitvoering ervan te voltooien. Voor multicore-systemen moet WCET-analyse rekening houden met zowel intra-core als inter-core interferentie, rekening houdend met gedeelde bronnen en mogelijke voorrang.

Partitionerings- en planningsanalyse

Partitionerings- en planningsanalyse omvat het bepalen van een optimale toewijzing van softwaretaken aan verschillende kernen en het opstellen van een geschikt planningsbeleid. Technieken zoals statische en dynamische partitionering, evenals verschillende planningsalgoritmen (bijv. vaste prioriteit, vroegste deadline eerst), kunnen worden gebruikt om taken toe te wijzen aan kernen en ervoor te zorgen dat aan de timingvereisten wordt voldaan.

Interferentie analyse

Interferentieanalyse heeft tot doel de interferentie tussen taken die op verschillende kernen draaien te kwantificeren en te voorspellen. Deze analyse houdt rekening met gedeelde bronnen, cache-effecten en communicatiemechanismen tussen de kernen. Het helpt potentiële knelpunten en twistpunten te identificeren, waardoor passende mitigatiestrategieën mogelijk zijn.

Verificatie en validatie

Validatie- en verificatietechnieken, waaronder simulatie, modelcontrole en formele methoden, spelen een cruciale rol bij het beoordelen van het timinggedrag van multicore-systemen. Deze technieken helpen potentiële timingovertredingen te identificeren, de juistheid van timinganalyse te valideren en te zorgen voor naleving van DO-178C-doelstellingen.

Overwegingen voor certificering

Het certificeren van op multicore gebaseerde elektronische systemen onder DO-178C vereist naleving van specifieke richtlijnen en overwegingen:

Doelstellingen en criteria

Het begrijpen en volgen van de doelstellingen en criteria die zijn gedefinieerd in DO-178C voor multicore-systemen is van het grootste belang. Naleving van richtlijnen met betrekking tot interferentieanalyse, taaktoewijzing en partitionering is cruciaal voor succesvolle certificering.

Bewijsverzameling

Het verzamelen van bewijs van timinganalyse is essentieel voor certificering. Documentatie moet gedetailleerde timinganalyserapporten, WCET-analyseresultaten, partitionerings- en planningsbewijs en alle andere artefacten die nodig zijn om naleving aan te tonen, omvatten.

Gereedschapskwalificatie

De kwalificatie van tools voor timinganalyse die worden gebruikt voor multicore-systemen is van cruciaal belang. De tools die worden gebruikt voor WCET-analyse, interferentieanalyse en planning moeten grondig worden geverifieerd en gevalideerd om ervoor te zorgen dat ze geschikt zijn voor veiligheidskritische toepassingen.

Veiligheidsbeoordeling

Het uitvoeren van een uitgebreide veiligheidsbeoordeling, inclusief foutenboomanalyse en analyse van de storingsmodus en effecten, is essentieel om potentiële gevaren te identificeren en de impact van multicore-timing op de systeemveiligheid te beoordelen. Bij de veiligheidsbeoordeling moet rekening worden gehouden met zowel normale als abnormale bedrijfsomstandigheden.