DO-178C için Çok Çekirdekli Zamanlama Analizi

Aviyonik Sistemlerde Çok Çekirdekli İşlemci İhtiyacı

Aviyonik sistemler, özellikle modern uçaklarda bulunanlar, artan güvenlik, performans ve verimlilik taleplerini karşılamak için giderek daha karmaşık işlevler talep ediyor. Çok çekirdekli işlemciler, daha yüksek hesaplama gücü, geliştirilmiş paralellik ve daha iyi kaynak tahsisi sağlayarak bu gereksinimleri karşılamak için uygun bir çözüm sunar. Aviyonik sistemlerin çok sayıda kritik işlevi paralel olarak gerçekleştirmesine izin vererek, birden çok yazılım görevinin aynı anda yürütülmesini sağlarlar.

DO-178C için Çok Çekirdekli Zamanlama Analizindeki Zorluklar

Çok çekirdekli işlemciler çok sayıda avantaj sağlarken, özellikle DO-178C standardı tarafından yönetilen güvenlik açısından kritik sistemlerde zamanlama analizi açısından karmaşıklıklar da getirir. Çok çekirdekli zamanlama analizindeki temel zorluklar şunları içerir:

Müdahale ve Paylaşılan Kaynaklar

Çok çekirdekli işlemciler tipik olarak bellek, veri yolları ve çevre birimleri gibi çeşitli donanım kaynaklarını paylaşır. Bu paylaşılan kaynakların çekişmesi, kritik yazılım işlevlerinin zamanlama davranışını etkileyerek müdahaleye ve görev yürütmede olası gecikmelere yol açabilir.

Determinizm ve Preemption

Birden çok çekirdeğin tanıtılması, görev önleme ve deterministik olmayan davranış olasılığını ortaya çıkararak, en kötü durum yürütme sürelerini (WCET'ler) doğru bir şekilde tahmin etmeyi ve analiz etmeyi zorlaştırır. Zamanlama analizi, önlemenin potansiyel etkilerini ve işletim sistemi tarafından kullanılan çizelgeleme politikalarını dikkate almalıdır.

Görev Atama ve Bölümleme

Yazılım görevlerinin farklı çekirdeklere en uygun şekilde atanmasını ve bölümlenmesini belirlemek, verimli ve öngörülebilir zamanlama davranışı elde etmek için çok önemlidir. Uygun olmayan görev ataması, sistemin zamanlama garantilerinden ödün vererek kaynak çekişmelerine ve yetersiz kullanıma yol açabilir.

Çok Çekirdekli Zamanlama Analiz Teknikleri

Çok çekirdekli işlemcilerin getirdiği zorlukların üstesinden gelmek için, DO-178C uyumlu sistemlerde zamanlama analizi için çeşitli teknikler ve metodolojiler geliştirilmiştir:

En Kötü Durum Yürütme Süresi (WCET) Analizi

WCET analizi, bir görev veya işlevin yürütülmesini tamamlaması için gereken maksimum süreyi belirlemek için kullanılan temel bir tekniktir. Çok çekirdekli sistemler için, WCET analizinin, paylaşılan kaynakları ve potansiyel önlemeyi dikkate alarak hem çekirdek içi hem de çekirdekler arası girişimi dikkate alması gerekir.

Bölümleme ve Çizelgeleme Analizi

Bölümleme ve zamanlama analizi, yazılım görevlerinin farklı çekirdeklere en uygun şekilde atanmasını ve uygun bir zamanlama politikasının oluşturulmasını içerir. Görevleri çekirdeklere tahsis etmek ve zamanlama gereksinimlerinin karşılanmasını sağlamak için statik ve dinamik bölümleme gibi tekniklerin yanı sıra çeşitli zamanlama algoritmaları (örneğin, sabit öncelik, önce en erken teslim tarihi) kullanılabilir.

Girişim Analizi

Girişim analizi, farklı çekirdeklerde çalışan görevler arasındaki girişimi ölçmeyi ve tahmin etmeyi amaçlar. Bu analiz, paylaşılan kaynakları, önbellek etkilerini ve çekirdekler arası iletişim mekanizmalarını dikkate alır. Uygun azaltma stratejilerine izin vererek potansiyel darboğazları ve çekişme noktalarını belirlemeye yardımcı olur.

Doğrulama ve onaylama

Simülasyon, model kontrolü ve resmi yöntemler dahil doğrulama ve doğrulama teknikleri, çok çekirdekli sistemlerin zamanlama davranışını değerlendirmede çok önemli bir rol oynar. Bu teknikler, olası zamanlama ihlallerini belirlemeye, zamanlama analizinin doğruluğunu doğrulamaya ve DO-178C hedeflerine uygunluğu sağlamaya yardımcı olur.

Sertifikasyon için Hususlar

DO-178C kapsamında çok çekirdekli aviyonik sistemlerin onaylanması, belirli yönergelere ve hususlara bağlı kalmayı gerektirir:

Amaçlar ve Kriterler

DO-178C'de çok çekirdekli sistemler için tanımlanan hedefleri ve kriterleri anlamak ve takip etmek çok önemlidir. Girişim analizi, görev atama ve bölümleme ile ilgili yönergelere uygunluk, başarılı sertifikalandırma için çok önemlidir.

Kanıt Toplama

Zamanlama analizine ilişkin kanıtların toplanması, belgelendirme için esastır. Dokümantasyon, ayrıntılı zamanlama analizi raporlarını, WCET analiz sonuçlarını, bölümleme ve çizelgeleme kanıtlarını ve uyumluluğu göstermek için gerekli olan diğer yapıları içermelidir.

Araç Kalifikasyonu

Çok çekirdekli sistemler için kullanılan zamanlama analiz araçlarının niteliği kritiktir. WCET analizi, girişim analizi ve programlama için kullanılan araçlar, güvenlik açısından kritik uygulamalara uygunluklarını sağlamak için sıkı bir doğrulama ve doğrulamadan geçmelidir.

Güvenlik değerlendirmesi

Hata ağacı analizi ve arıza modu ve etkileri analizi dahil olmak üzere kapsamlı bir güvenlik değerlendirmesi yapmak, potansiyel tehlikeleri belirlemek ve çok çekirdekli zamanlamanın sistem güvenliği üzerindeki etkisini değerlendirmek için çok önemlidir. Güvenlik değerlendirmesi hem normal hem de anormal çalışma koşullarını dikkate almalıdır.