Análise de temporização multicore para DO-178C

A necessidade de processadores multicore em sistemas aviônicos

Os sistemas aviônicos, principalmente os encontrados em aeronaves modernas, demandam funcionalidades cada vez mais sofisticadas para atender às crescentes demandas de segurança, desempenho e eficiência. Os processadores multicore oferecem uma solução viável para atender a esses requisitos, fornecendo maior poder computacional, paralelismo aprimorado e melhor alocação de recursos. Eles permitem a execução de várias tarefas de software simultaneamente, permitindo que os sistemas aviônicos executem inúmeras funções críticas em paralelo.

Desafios na análise de temporização multicore para DO-178C

Embora os processadores multicore tragam inúmeras vantagens, eles também apresentam complexidades em termos de análise de tempo, particularmente em sistemas críticos de segurança regidos pelo padrão DO-178C. Os principais desafios na análise de temporização multicore incluem:

Interferência e recursos compartilhados

Os processadores multicore geralmente compartilham vários recursos de hardware, como memória, barramentos e periféricos. A contenção desses recursos compartilhados pode levar a interferências e possíveis atrasos na execução de tarefas, afetando o comportamento de temporização de funções críticas de software.

Determinismo e Preempção

A introdução de vários núcleos apresenta a possibilidade de preempção de tarefas e comportamento não determinístico, tornando desafiador prever e analisar os tempos de execução de pior caso (WCETs) com precisão. A análise de tempo deve considerar os efeitos potenciais de preempção e as políticas de escalonamento empregadas pelo sistema operacional.

Atribuição de tarefas e particionamento

Determinar uma atribuição e particionamento ideais de tarefas de software para diferentes núcleos é crucial para alcançar um comportamento de temporização eficiente e previsível. A atribuição inadequada de tarefas pode levar a contenção de recursos e utilização abaixo do ideal, comprometendo as garantias de tempo do sistema.

Técnicas de análise de tempo multicore

Para superar os desafios impostos pelos processadores multicore, várias técnicas e metodologias foram desenvolvidas para análise de tempo em sistemas compatíveis com DO-178C:

Análise de tempo de execução de pior caso (WCET)

A análise WCET é uma técnica fundamental usada para determinar o tempo máximo necessário para que uma tarefa ou função conclua sua execução. Para sistemas multicore, a análise WCET precisa considerar interferência intra-core e inter-core, considerando recursos compartilhados e preempção potencial.

Análise de particionamento e escalonamento

A análise de particionamento e agendamento envolve a determinação de uma atribuição ideal de tarefas de software para diferentes núcleos e o estabelecimento de uma política de agendamento adequada. Técnicas como particionamento estático e dinâmico, bem como vários algoritmos de escalonamento (por exemplo, prioridade fixa, prazo mais curto primeiro), podem ser empregadas para alocar tarefas aos núcleos e garantir que os requisitos de tempo sejam atendidos.

Análise de interferência

A análise de interferência visa quantificar e prever a interferência entre tarefas executadas em diferentes núcleos. Essa análise considera recursos compartilhados, efeitos de cache e mecanismos de comunicação entre núcleos. Ele ajuda a identificar possíveis gargalos e pontos de contenção, permitindo estratégias de mitigação apropriadas.

Verificação e validação

Técnicas de validação e verificação, incluindo simulação, verificação de modelo e métodos formais, desempenham um papel crucial na avaliação do comportamento de tempo de sistemas multicore. Essas técnicas ajudam a identificar possíveis violações de tempo, validar a correção da análise de tempo e garantir a conformidade com os objetivos do DO-178C.

Considerações para Certificação

A certificação de sistemas aviônicos baseados em multicore sob DO-178C requer adesão a diretrizes e considerações específicas:

Objetivos e Critérios

Compreender e seguir os objetivos e critérios definidos no DO-178C para sistemas multicore é fundamental. A conformidade com as diretrizes relacionadas à análise de interferência, atribuição de tarefas e particionamento é crucial para uma certificação bem-sucedida.

Coleta de Provas

A coleta de evidências da análise de tempo é essencial para a certificação. A documentação deve incluir relatórios detalhados de análise de tempo, resultados de análise WCET, evidências de particionamento e agendamento e quaisquer outros artefatos necessários para demonstrar a conformidade.

Qualificação da ferramenta

A qualificação das ferramentas de análise de tempo usadas para sistemas multicore é crítica. As ferramentas empregadas para análise de WCET, análise de interferência e agendamento devem passar por verificação e validação rigorosas para garantir sua adequação a aplicações críticas de segurança.

Avaliação de segurança

A realização de uma avaliação de segurança abrangente, incluindo análise de árvore de falhas e modo de falha e análise de efeitos, é essencial para identificar perigos potenciais e avaliar o impacto do tempo multicore na segurança do sistema. A avaliação de segurança deve considerar condições operacionais normais e anormais.