Christine Van De Graaf, Kontron
מפות ומדריכים מודפסים שמשתמשים בהם בכלי טייס מוחלפים יותר ויותר על ידי תיקי טיסה אלקטרוניים (EFB), מערכת תצוגה אלקטרונית המספקת לטייסים נתוני תעופה חיוניים. EFB, שקיבלו את שמם מתיקי הטיסה המסורתיים של הטייסים, שנישאו במטוסים והיו פעם מלאים במידע על נייר שהיה דרוש כדי להטיס בביטחה כל מטוס ספציפי, הפכו לכלי יקר ערך בשיפור היעילות והבטיחות בתא הטייס של מטוסים כלליים (לדוגמה, שירותי משלוחים), מסחריים וצבאיים. המכשירים הניידים המשובצים האלה, המפחיתים משקל ומסלקים את ערבוביית הניירות בתא הטייס, מציעים היום מפות, מפות ניווט, חישובי משקל ואיזון, נוהלי טרמינלים, לוחות זמנים, עדכונים על תנאי מזג אוויר, מדריכי הפעלה של המטוס ומגוון של כלי ניהול טיסה בפורמט דיגיטלי עם גישה בזמן אמת.
EFB, שמתאפשרים בעיקר באמצעות פלטפורמת המחשב על מודול (COM) עתירת הביצועים וקטנת המימדים, הוגדרו פורמלית על ידי מינהל התעופה הפדראלי האמריקני (FAA) ואפשר להעריך אותם באמצעות קריטריונים ספציפיים של חומרה ותוכנה. נוחות שימוש פיזית, גודל, משקל וצריכת חשמל הם רכיבי מפתח בתכנון. וגם הביצועים הכלליים המאפשרים נגישות ליכולות של ריבוי יישומים, טיפול בשגיאות ומימשק משתמש הקצה שמפיקות את המירב מהפונקציונליות של הEFB- בתא הטייס. גם מודולריות ושדרוגיות הן קריטיות לשוק הEFB. כתוצאה מכך – וכדי להגיע לשוק מהר תוך מזעור סיכוני התכנון – למתכננים חייבת להיות הבנה מוצקה של דרישות היישומים וגם של פונקציות הדור הבא ומסלולי שדרוג.
הגדרת תיקי טיסה אלקטרוניים (EFB)
אנשי צוות אוויר הכירו מזמן ביתרונות של השימוש במכשירים אלקטרונים ניידים, כמו מחשבים נישאים שזמינים בשוק, כדי לבצע מגוון של פונקציות שבאופן מסורתי בוצעו באמצעות נתונים מודפסים. כדי לתת מענה לצורך הזה, FAA הגדיר שלוש קטגוריות פיזיות של EFB: התצוגות יכולות להיות ניידות (סוג 1), מחוברות למכשיר תומך (סוג 2) או מובנות במטוס (סוג 3). כל ה-EFB מחייבים מערכות קטנות פיזית ועתירות ביצועים, והם יכולים להחליף את החומר המודפס שהטייסים מחזיקים בדרך כלל בתא הטייס או שאפשר להשתמש בהם יחד איתו.
EFB, שווי הערך הפונקציונלי של מפה אווירית מודפסת, יכולים לאחסן ולאחזר באופן אלקטרוני מידע הנחוץ לפעולות הטיסה, לספק מידע סטטי שחובר מראש, עם תוכן עקבי שניתן לאימות, וגם תוכן אינטראקטיבי המוצג באופן דינמי באמצעות יישומי תוכנה. הפונקציות האינטראקטיביות של מכשירי EFB מצריכות אלגוריתמי תוכנה מונחי נתונים, ומציגות תפיסות של סידור ויצירה תוך כדי טיסה של מה שצריכים בתא הטייס בזמן שצריכים.
מפעילי המטוסים מייחסים ערך רב להחלפת הנתונים המודפסים הקונבנציונאליים בסביבה שכולה דיגיטלית בתא הטייס. היתרונות בתא הטייס הם ארגונומיה משופרת, ומידע קריא בכל תנאי התאורה שבתא ובכל שלבי הטיסה. המערכות מוקשחות לפעילות אמינה, קומפקטיות וקלות משקל, ומתוכננות לתנאי המיחשוב הקיצוניים שקיימים במטוסים. ה-EFB של ימינו לא רק משלבים פתרונות חומרה ותוכנה חדשניים בתוך המטוס, אלא גם מאפשרים להחליף יותר מידע בין מערכות מוטסות וקרקעיות, וזה משפר את הבטיחות וההפעלה הבטוחה.
COM עוברים את מבחן הביצועים
המערכות שבפיתוח תומכות בפונקציות הדרושות לכל השלבים של פעולות הטיסה, ושוק ה-EFB מחפש ניהול טוב יותר של צריכת החשמל וביצועים כוללים טובים יותר במכשירים האלה. COM עונים על הצורך הזה בכך שהם מספקים יחסי הספק לביצועים משמעותיים במערכות מאוד קטנות פיזית, בהתבסס בעיקר על זרם קבוע של התפתחויות טכנולוגיות, יחד עם אימוץ נרחב של התעשייה בקרב היצרנים והמשתמשים.
ב-COM היו למעשה שיפורים משני מצב בכמות הביצועים שהם יכולים לספק ובכמות החשמל שהם יכולים לחסוך. לדוגמה, הארכיטקטורה של מעבד ה-45 נ”מ Intel® Atom™ משיגה ביצועים מהירים (עם מהירויות שעון בין 1.1 ל-1.6 גה”צ) ומעטפת הספק תרמי של פחות מ-5 ואט. יש במעבד אפיק קדמי ממוטב הספק (של עד 533 מה”צ) להעברה נתונים מהירה יותר. כתוצאה מכך, המתכננים יכולים לפתח התקנים גרפיים עתירי יכולת וחסכוניים באנרגיה על המעבד Intel Atom ועל מערכת השבבים Intel System Controller Hub US15W – מבלי לעזוב את מסלול הפיתוח הבטוח והמוכח של COM כתקן תעשייה מבוסס שיתאפשר גם בעתיד.
מודולים המכלילים את הפיתוחים של Intel Core™ i7 מספקים לפלטפורמת ה-COM גמישות תכנון גדולה אפילו יותר מבחינת הביצועים והפונקציות המובנות. פתרונות COM מבוססי Core i7 זמינים עכשיו, וכוללים פתרון יעיל עם שני שבבים לשיפור שלמות האות וצמצום שטח הכרטיס, המאפשר ביצועים טובים יותר עבור תכנונים ניידים קטנים יותר עם מגבלות הספק. אי אפשר להשיג ביצועים לוואט טובים יותר מזה, ואין שקלול תמורות בביצועים כתוצאה מיכולות הקלט/ פלט המשופרות.
ההתאמה הספציפית שולטת
באמצעות ניצול יעיל של תכנון מבוסס COM, התכנונים של EFB יכולים להוריד את ההתאמה הספציפית שנחוצה ביישום מהמודול עצמו אל הכרטיס הנושא שלו. זאת גישת תכנון פרקטית שמאפשרת למהנדסים שמתכננים מערכות EFB את היתרון התחרותי של הקדשת כל תשומת הלב שלהם ליישום ה-EFB. המתכננים מרוויחים גם מידה רבה של גמישות והאצת זמן ההגעה לשוק.
מודולים סטנדרטיים כוללים מעבד, אפיק, זיכרון ורכיבי ק/פ. האתגרים בתכנון הספציפי של החומרה נמצאים בעיקר בכרטיס הנושא – לדוגמה, התכנון במימשקים ובמעגלי המיתוג. כאשר האתגרים הספציפיים פתורים, הפתרון שהתקבל יכול להספיק לכמה דורות עם ליבות מעבד שונות, כשמודול מעבד אחד מוחלף בבא אחריו. זה אומר ש-COM אידיאליים עבור מכשירי EFB שנחוצה להם מדרגיות לא רק בין דורות אלא גם באותו דור. כך שכאשר דור עתידי צריך יותר כוח מיחשוב או נצילות אנרגיה משופרת, אפשר להחליף במהירות ובקלות ה-COM של ה-EFB באחד שעונה על דרישות הביצועים וצריכת החשמל המתאימות.
יש כמה פרטים שצריך להתייחס אליהם כשמחליפים ליבת מעבד. אפשר לשדרג את התכנון בתוך משפחת מוצרים, לדוגמה החלפת מודול COM Express™ במודול COM Express, או שאפשר לשדרג את התכנון במסגרת המיפרט של ה-COM. יש הבדל – ובתרחיש השני יישום ה-ETF יעבור מטכנולוגיה מדור קודם כגון ETX® אל ה-ק/פ והמימשקים היותר עדכניים שנמצאים ב-COM Express. טכנית זאת לא החלפה של מודול ליבת מעבד אלא ממש החלפה של טכנולוגיית ה-COM המותקנת ויידרש כרטיס נושא חדש. אולם, בגלל הדמיון בין הפלטפורמות, המתכננים יוכלו למנף את טכנולוגיות התוכנה התואמות שכבר פותחו.
תכנון לאריכות ימים
משום ש-EFB רבים מקורם בפלטפורמה ETX 3.0, תקן מוקדם יותר של מחשב על מודול, סוגיה נפוצה בקרב מתכנני EFB היא השיקול האם להישאר עם ETX או להתקדם אל התקן COM Express כאמצעי להבטיח שהתכנונים יתאפשרו גם בעתיד ולהכללת פונקציות ורמות ביצועים חדשות. אולם, לכל אחד מהתקנים יש את ההתאמה המיטבית שלו, ומה שחיוני הוא לתכנן קדימה לדורות עתידיים של תכנונים ספציפיים של המכשיר, וגם להבין מתי עדיף לשדרג את התכנונים מ-ETX מהדור הקודם אל COM Express מהדור הבא.
לצד ETX 3.0, COM Express משיג תוצאות של הדור הבא עם מספר גדול יותר של פינים בפחות מחברים – אולם, לא תמיד יש הכרח צורך לעבור תקן. לדוגמה, תכנונים מבוססי ETX® נמצאים בשימוש נרחב ב-EFB, תוך מילוי דרישות הביצועים באמצעות תסדיר של ארבעה מחברים ומעבדי Intel Core 2 Duo ו-Core Duo. למוצרים מבוססי ETX כגון Kontron ETX®-CD יש זמינות ארוכת טווח והם מספקים יכולות ביצוע גבוהות תוך שהם עדיין תומכים בטכנולוגיות קודמות כגון IDE. יש הגיון להישאר עם ETX כשפותחו מספר דורות של מוצרי EFB בפלטפורמה הזאת. יש תמיכה ב-SATA, שהיא קריטית ב-EFB בגלל הגודל הקטן שלו והפרופיל הנמוך. אפשר להכליל גם כרטיסי SD, הנתמכים באופן מקורי או באמצעות פונקציונליות שמספק הכרטיס הנושא של המודול. באופן כללי, עם מעבד Intel Core 2 Duo שמספק ביצועים ויכולות גרפיות איתנות, לתכנונים מבוססי ETX יש תמיכה מקורית בטכנולוגיות העברת הנתונים העיקריות פרט ל-PCI Express. עזיבת משפחת מוצרים מבוססי ETX וכניסה ל-COM Express יכולה להיות בחירת התכנון הנכונה לגבי מוצרי EFB חדשים שתביא איתה את הזמינות של PCI Express. התסדיר עם שני המחברים של התקן COM Express יחייב כרטיס נושא חדש, אבל המתכננים ימוצבו היטב למימשקי ק/פ מתקדמים ושיפורים בביצועים כגון הגדלת סבולת הטמפרטורה. נתיבי PCI שזמינים עשויים להיות תלויים בתכנון של הכרטיס הנושא או בערכת השבבים הכלולה (לדוגמה, microETXexpress®-XL הקטן יותר תומך בשני נתיבים של PCI Express אבל שואל את הנתיבים האלה כדי להתקין תמיכה ל-Gigabit Ethernet ול-PCI) למרות שתסדירי הפינים הם סטנדרטיים כפי שמגדיר COM Express.
ה-COM החדישים ביותר כגון Kontron ETXexpress®-AI, המבוסס על COM Express, כולל ארכיטקטורות מעבד 32 נ”מ של אינטל ופונקציות של Intel Core i7 להגדלת הביצועים והפונקציונליות. לדוגמה, משפחת המוצרים ETXexpress-AI תומכת בעד שני מודולים של זיכרון DDR3 SO-DIMM דו-ערוצי 4 GB עם ECC ומציעה מגוון רחב של מימשקים באמצעות המחבר COM Express COM.0 Type 2. המתכננים יכולים להכליל 1x PCI Express Gen 2 graphics (PEG) עם אפשרות להגדרת תצורה גם בתור 2x PCIe x8, 6x PCI Express x1, 4x Serial ATA, 1x PATA, 8x USB 2.0, Gigabit Ethernet, LVDS דו-ערוצי, VGA ו-Intel High Definition Audio. יתר על כן, המתכננים יכולים לשלב רכיבים ישנים יותר שאינם תואמי PCI באמצעות מימשקי ה-PCI 2.3 המוכללים.
משתני ה-EFB משפיעים על בחירות התכנון
הפונקציות הנדרשות מה-EFB יכולות להשתנות משמעותית, תלוי היכן התכנון של ה-EFB יותקן. למטוס תובלה לא תידרש אותה רמה של הצפנת ניווט שדרושה למטוס צבאי – למעשה, במטוס כזה הדרישה יכולה להיות שמערכות הניווט יהיו הרבה יותר פתוחות. המתכננים צריכים לבחור את ה-COM בהתאם, ובהתאם ליצרן של ה-COM, אפשר שיהיו להם מבחר של פונקציות, ביניהן גישה לגרפיקה משוכללת, אבטחה מוגברת ופונקציות מתקדמות כגון מצבי שינה עם צריכת חשמל נמוכה מאוד.
למרות שהם סטנדרטיים ומודולריים, לא כל ה-COM נוצרו שווים. כרטיסים כמו לדוגמה ETXexpress-AI מתוכננים לתפקד ביעילות באמצעות תכונות סוללה חכמות על כרטיסים נושאים אבל גם ממנפים את צריכת החשמל המקורית הנמוכה באמצעות אפשרויות של מתח נמוך מאוד המוכללות ברמת היצרן. ביישומים בהם הבטיחות קריטית, הצפנה מובנית בכרטיס עם מודול TPM (Trusted Platform Module) אופציונלי ותמיכה סטנדרטית בזיכרון מערכת ECC של עד 8 GB.
בסופו של דבר, עומד לרשות המתכננים מבחר של פונקציות ושל אפשרויות ביצועים מדרגיות, המאפשר להפיק את המיטב מהתקן COM Express אבל מציע את האפשרויות המתאימות ביותר לביצועים הספציפיים ליישום. המגמה הזאת תימשך והמתכננים יכולים לצפות ש-COM עתידיים (כמו microETXexpress-XL שהוצג לאחרונה) יהיו אופציה טובה למכשירי EFB מהדור הבא שדרושה להם עמידות בפני זעזועים ורעידות תוך פעולה בתנאים של טמפרטורות קיצוניות.
מתקדמים
שוק ה-EFB ירוויח מההבטחה המתמשכת שמפגינים ה-COM ביישומים מאוד ספציפיים – במיוחד יישומים מאוד ניידים עם צריכת חשמל נמוכה שצריכים ביצועים של מעבדי x86 חוסכי אנרגיה, גרפיקה חזקה, PCI Express ו-Serial ATA יחד עם חיי סוללה ארוכים יותר. COM, שהם ישימים באופן ייחודי למגוון של שוקי תעופה, ימשיכו להציע מדרגיות מבחינת גודל וביצועים ולהשיג רמות גבוהות יותר של בטיחות ויעילות בתא הטייס.
יותר הקשחה, כגון סבולת גבוהה יותר לזעזועים, רעידות והגדלת טווח הטמפרטורות יעמיקו עוד את יכולת הקיום של COM בשוק. מכשירי EFB מהדור הבא יכילו את ההתפתחויות של טכנולוגיית Core i7 כגון הכללת תצוגה חדשה, יכולות גרפיות עתירות ביצועים, פונקציות אבטחה חזקות יותר ויותר ביצועים באופן כללי – יניעו את השוק הזה, יפחיתו את הסיכון בתכנון ויאפשרו למתכננים של מכשירי תעופה להצטיין במה שהם עושים הכי טוב.
