אתגרי מערכות מרובות ליבה באוויוניקה – 5 דברים שחשוב לדעת

תעשיית האוויוניקה של העשור האחרון התאפיינה בהאצה טכנולוגית מהירה, כאשר החזון של תא הטייס המקושר הפך למציאות יומיומית. הודות להתקדמות הרבה בתחומי חומרה ותוכנה, ספקים לתחום האוויוניקה יכולים עתה למקם עד 10,000 חיישנים על כנף של מטוס, שלא לדבר על קישור הטיסה למערך של מערכות בקרה קרקעיות ואפליקציות לחסכון בדלק. תורם מרכזי שאפשר להפוך זאת למציאות, היה הריבוי של מעבדים מרובי ליבות ופתרונות תוכנה עבורם.

כדי להטמיע פתרון על גבי פלטפורמה מרובת ליבות, נדרשים ספקי מערכות אוויוניקה להתמודד עם אתגרי הטמעה והסמכה רבים, שאינם קיימים במערכות בעלות ליבה בודדת או מערכות עם מספר מעבדים נפרדים. הבה נבחן אחדות  מהבעיות שמחייבות טיפול כדי להבין את היתרונות הפוטנציאליים והמגבלות של פתרונות מרובי ליבה.

1. ציות לדרישות בטיחות ואבטחה

מערכות התומכות בדור חדש של אפליקציות אוויוניקה, צריכות לשלב אמצעי  בטיחות תפקודיים עם יכולות אבטחה חזקות. למערכות אלה אסור להעמיד חיי אדם בסכנה, ובמקביל הן חייבות להיות מתוכננות בדרך כזאת שלא תתאפשר התערבות בהן מהעולם החיצוני.

המורכבות של ארכיטקטורות אבטחה מרובות רמות ורב שכבתית עם פתרונות מרובי ליבה, הנדרשים כדי לטפל באפליקציות רבות בעלות דרישות בטיחות מגוונות, תדרוש בדרך שימוש בריבוי שכבות תוכנה.

עבור מערכות הפעלה זמן אמת (RTOS), הטמעה שכזו מתבצעת בצורת חציצה של זמן ומקום בשימוש ביחידת ניהול זיכרון (MMU), בסיוע וירטואליזציה של חומרה, תוכנה דטרמיניסטית, ותקשורת קפדנית. כדי להציג הפרדה, אפליקציות חייבות לרוץ במחיצות שונות. הן יכולות להתעדכן ולקבל הסמכות באופן נפרד, ללא השפעה על שאר המערכת. השרטוט מציג דוגמא שכזו.

עמידה בזמני סבב

כאשר יותר חברות בתחום המטוסים בונות מחדש את תהליכי הפיתוח שלהן כדי לתמוך בקידום טכנולוגיות ומודלים עסקיים חדשים, לעתים קרובות הן עומדות בלחצים הקשורים לאספקת פרויקטים בזמן. עקומת הלימוד הכרוכה בטכנולוגיות חדשות ובמאמצי הניוד שלהן, החל ממערכות “פשוטות” ועד למערכות מורכבות והדור הבא של פלטפורמות מרובות ליבה וירטואליות, יכולים להיתקל במשוכות בלתי צפויות רבות.

לעתים קרובות פרויקטים מתחילים עם רמת מוכנות חזויה לטכנולוגיה. הוספה או שינוי התוכנית בכל שלב בדרך עלולים לגרום לסבבי הסמכה מחדש, או ליצור תלויות בלתי צפויות כל הקשור לשימוש חוזר בתוכנה, מערכי  בדיקות וסימולציה של מערכות. בכל מקרה שלא יהיה, לוח הזמנים לא משתנה.

פתרון בעיה זו אינו רק עניין פשוט של איתור וגיוס אנשים שימלאו את פערי המיומנויות. זה גם לא עניין של מציאת ושיתוף פעולה עם שחקנים אחרים בתעשייה כמו יצרני מוליכים למחצה, ספקי תוכנה עצמאיים וגופי רגולציה. פתרונות מדף מסחריים (COTS) יכולים למלא כאן תפקיד חשוב, כשהם מסייעים לקדם פתרונות חדשים תוך סיכון נמוך יותר.

3. סיכון כולל של פרויקטים

הצפיפות הגוברת של תוכנה משובצת במערכות אוויוניקה חדשות, והמורכבות של פיתוח ובחינת התלויות של מערכות חומרה ותוכנה במקביל, מציבות אתגר אמתי לתוכניות אוויוניקה ולמנהלי הנדסה. ספקי תוכנה עצמאיים משפרים בקביעות את הפתרונות שלהם, ומוסיפים יכולות והסמכות למוצרים שלהם במאמץ לסייע לספקי מערכות אוויוניקה בסבבי המוצרים שלהם ובהגשות לרשות התעופה הפדרלית בארה”ב ((FAA. עדיין נדרשים עובדים מומחים כדי לשלב כל רכיבים אלה.

4. יכולת כספית

פרט לנושא הזמן הנדרש, תקציב הוא תמיד גורם משמעותי בהצלחתה של  תכנית. קיום מספר רמות של קריטיות, וליבות רבות להפרדה תוך עמידה בתקני  ARINC 653 ודרישות הסמכת  DO-178C, עלולים להיות מאתגרים כאשר ערוצי תקשורת אל העולם שבחוץ נותרים פתוחים תמיד. ספקי אוויוניקה צריכים להחליט אילו חלקים מהמערכת יהיו נגישים מבחוץ, אילו חלקים ניתן לעדכן מסיבות אבטחה, ואילו חלקים נשארים מבודדים כדי לשמור על ההסמכה ללא פגע.

 

זה המקום בו נכנסות לתמונה פלטפורמות COTS אשר תומכות במספר רמות של בטיחות, יחד עם  הוכחות להסמכת COTS. להחלטה היכן נדרשת הסמכה חוזרת ומהו הנתיב היעיל והחסכוני ביותר להשלמת עבודת הסמכה, יכולה ליצור הבדל משמעותי בתקציבי הפרויקט הכוללים. חבילות הוכחות הסמכת COTS המגבירות את איכות ועומק ההוכחות, אינן אפשריות מבחינה כספית כאשר משתמשים בתקציבי תכנית יחידה, ובמקביל הן מפחיתות את העלות הכוללת של ההסמכה, כולל כל עבודה של הסמכה חוזרת. פלטפורמות פתוחות, עם בלוקים מודולריים של תוכנה, יהיו גם הן קריטיות כדי להגיע לרמה הבאה של בשלות בתעשייה: מימוש הבטחת ערכו של שימוש חוזר בתוכנה בין פרויקטים. יוזמה טובה בהקשר זה היא Future Airborne Capability Environment (FACE) – סטנדרט תוכנה ממשלה-תעשייה ואסטרטגיה עסקית עבור רכישה של מערכות תוכנה זמינות מבחינה כספית, שמקדמות חדשנות ואינטגרציה מהירה של יכולות מתניידות ברחבי פרויקטים ביטחוניים גלובליים, תכניות ופלטפורמות.

5. הוכחת הסמכה בהתאם לרגולציה

בסך הכל יש עדיין אי וודאות בכל הנוגע לבחירה של מעבדים מרובי ליבה עבור תכניות אוויוניקה, מאחר שלא פורסמה מדיניות רשמית כלשהי לגבי הסמכה של ריבוי ליבות.

ספקי אוויוניקה חייבים לשקול את מדיניות ההסמכה המתפתחת  והקווים המנחים שלה, שכוללים היבטי חומרה וגם תוכנה של הסמכה. עבור מערכות מרובות ליבה ה- FAA מספק סטנדרטים קשיחים, כגון DO- 178C או DO-297, בשילוב עם ניירות עמדה שונים, כגון CAST-32A המפרט 12 יעדים בקטגוריות של תכנון, שימוש במשאבים, תוכנה וטיפול בטעויות. הוכחת הסמכה מסחרית מהמדף (COTS) תמיד עוזרת לתמוך בהסמכת לקוח מהירה, אמינה ואיכותית.