2nd International Conference “Integrated Modular Avionics and CNS/ATM”

2nd International Conference“Integrated Modular Avionics and CNS/ATM”

Методы и инструментальные средства поддержки автоматизированного проектирования КБО на базе ИМА

Computer-aided design methodsfor Avionics based on IMA and support tools

Igor Koverninskiy

MAKS-2013 Air Show, August 29, 2013

2

Интегрированная модульная архитектура

СAN

ARINC 664(AFDX)

ATA-21 ПО1

ATA-21 ПО2

ATA-31 ПО1

ATA-22 ПО1

ATA-22 ПО2

ATA-23 ПО1

ATA-23 ПО2

Коммутатор

AFDX

Концентраторданных

Удаленныйконцентратор

данных

Федеративнаясистема

ARINC 429

Аналоговые и дискретные интерфейсы

датчик 211 датчик 221силовойпривод 211 датчик 222

силовойпривод 231силовой

привод 212 силовойпривод 221

Процессорный модульСРМ 1

• ARINC 653 RTOS• Drivers• I/O routing• ARINC-615A• BIT• InstrumentationБа

зово

е П

О AR

INC

818

Дисплей

Мезонины

графический

массовой памяти

……………

датчик 212



зово

е П

О

3

Система ИМА & Платформа ИМА

СAN

ARINC 664(AFDX)


AFDX



данных


ARINC 429


силовойпривод 231

Система ИМА

силовойпривод 212 силовой

привод 221

ПлатформаИМА

AR

INC

818

Дисплей

Мезонины



……………

датчик 212


ATA-21 ПО1

ATA-21 ПО2

ATA-31 ПО1

ATA-22 ПО1

ATA-22 ПО2

ATA-23 ПО1

ATA-23 ПО2



зово

е П

О



зово

е П

О

4

Компоненты платформы

Дисплей

ATA-21 ПО1

ATA-21 ПО2

ATA-31 ПО1

ATA-22 ПО1

ATA-22 ПО2

ATA-23 ПО1

ATA-23 ПО2



зово

е П

О



зово

е П

О


AFDX



данных






привод 221


Мезонины



……………

датчик 212

Компонентыплатформы

5

ATA-XX & ATA-YY

ATA-YY


AFDX



данных






привод 221


датчик 212

ATA-ХХ

ATA-21 ПО1

ATA-21 ПО2

ATA-31 ПО1

ATA-22 ПО1

ATA-22 ПО2

ATA-23 ПО1

ATA-23 ПО2



зово

е П

О



зово

е П

О

Мезонины



……………

Дисплей

6

Конфигурационные данные платформы ИМА



зово

е П

О



зово

е П

О


AFDX


Удаленныйконцентраторданных






привод 221


Дисплей

Мезонины



……………

датчик 212

CPM Cfg

MW Cfg

CPM Cfg

AFDX Cfg

MW Cfg

DC Cfg RDC Cfg

ATA-21 ПО1

ATA-21 ПО2

ATA-31 ПО1

ATA-22 ПО1

ATA-22 ПО2

ATA-23 ПО1

ATA-23 ПО2

7

Проектирование & Интеграция Системы

Проектированиесистемы

Процессы создания КБО

Функциональные

Требования Самолета

Процессы системной группы ИМА Интеграциясистемы

РазработкаФПО АТА-ХХ

Разработкааппаратуры

Создание архитектурной модели системы ИМА

Уточнение деталей реализации системы

Генерация таблиц конфигураций

•согласование интерфейсов, валидация архитектуры:

•анализ отказобезопасности;•проверка загрузки процессоров;•проверка пропускной способности и латентности сети;

•проверка распределения памяти;

•проверка загрузки шин ввода-вывода.

•валидация уточненной модели;

•оптимизация распределения ФПО по модулям;

•генерация расписаний;•имитационное моделированиеи виртуальная интеграция

•компонентов и их моделей.

•ARINC-653 систем;•драйверов устройств;•связующего ПО;•элементов AFDX сети;•имитационной среды моделирования.

8

Что такое MASIW?

8

Программный комплекс, предназначенный для автоматизации деятельности системной группы ИМА (IMA-SG)

Роли в системной группе: Конструктор системы ИМА; Координатор ATA-XX; Координатор поставщиков компонент платформы (PCS); Системный интегратор ИМА; Верификатор системы ИМА

Уточнениемодели

Генерацияконфигурационных

данных

Процессы проектированиясистемной группы ИМА

Процессы по управлению изменениями системной группы ИМА

Интеграционные процессы системной группы ИМА

9

Роли системной группы ИМА (1)

Конструктор системы ИМА:

проектирует систему ИМА;

разрабатывает проектную документацию системы ИМА

Координатор ATA-XX:

обеспечивает взаимодействие с поставщиком ATA-XX, включая:

•первичное определение требований системы ATA-XX к платформе ИМА и будущие запросы на изменения;

•конфигурацию компонентов ATA-XX

10


Координатор PCS : координирует взаимодействие с PCS, включая:

•первичное определение характеристик компонентов платформы и будущие запросы на изменения;

•конфигурацию компонентов платформы

Системный интегратор ИМА: подготавливает полный набор конфигурационных данных для:

• процессорных модулей;• модулей концентратора данных;• модулей удаленного концентратора данных;• сети AFDX;• базового ПО

11


Верификатор системы ИМА : верифицирует проект системы ИМА;

верифицирует конфигурационные данные системы ИМА

12

Целевые характеристики MASIW

Автоматизация работы системной группы ИМА с целью:

обеспечения согласованности различных частей проектной документации ВС (в т.ч. разрабатываемой IMA-SG и её контрагентами); выявления ошибок проектирования ИМА на ранних стадиях разработки; снижения стоимости и сокращения времени

проектирования системы ИМА; оптимизации архитектуры ИМА

Удобство эксплуатации;Простота интеграции с внешними инструментами

13

Процессы проектированиясистемной группы ИМА

Отчето верификациисистемы ИМА

Проектсистемы ИМА

Системная группа ИМА

MASIWВерификаторсистемы ИМАКонструктор

воздушногосудна

Аналитикпо безопасности

Конструкторсистемы ИМА

Координаторпоставщиков

компонентов платформы

Поставщиккомпонентовплатформы

Разработчиксистемы АТА-ХХ

Координатор АТА-ХХ

Разработчиксистемы АТА-YY

КоординаторАТА-YY

Системы АТА-ХХ,размещенные в ИМА

Системы АТА-YY, неразмещенные в ИМА

ХранилищеАрхитектурных

моделей

ArchDB

Системауправления

требованиями

RMS

Системаподдержки

взаимодействия

СMSСистема

поддержкивзаимодействия

СMSСистема


СMS

14

Хранилище Архитектурной модели


моделей

(ArchDB)

Проект системы ИМА

Распределение Функциональных приложений по аппаратным компонентам

Параметры Проекта

Библиотекакомпонентов платформы

Моделикомпонентовплатформы



Логическая архитектурасистемы ИМА

Моделисистем АТА-ХХ


Моделисистем АТА-ХХ, систем ATA-YY

Топология платформы

15









Моделисистем АТА-ХХ,систем ATA-YY


Создание проектной инфраструктуры

REALRule Editor

Редактор правил REAL

RMS (Requirements Management System – Система управления требованиями) хранит документацию;

Конструктор системы ИМА формализует: соответствующие требования стандартов разработки

и высокоуровневой спецификации ВС (например,максимальная загрузка процессора и информационногоканала для первоначального проектирования)


моделей

ArchDB



Верификаторсистемы ИМА


КоординаторПоставщиков













Конструкторвоздушного

судна





моделей

ArchDB

Конструктор ВС (ВС –Воздушное Судно) обеспечивает: высокоуровневую спецификацию ВС; стандарт проектирования ИМА; список ATA-XX систем, размещенных

на платформе ИМА

16

Формирование архитектурных моделей

систем АТА-ХХ



Верификаторсистемы ИМАКонструктор




















моделей

ArchDB

AADLModel Editor

Редактор AADL моделей

Разработчик системы ATA-XX обеспечивает: HLD (High Level Design – высокоуровневая архитектура); RR (Resource Requirements – требования к ресурсам); ICD (Interface Control Document – Протокол

информационного взаимодействия); PSA (Preliminary Safety Assessment – предварительная оценка

безопасности)

Координатор ATA-XX формализует все данные в модели системы ATA-XX










Моделисистем ATA-ХХ


моделей

ArchDB

REALRule Editor

17

Артефакты проектирования ATA-XX (1)

Высокоуровневая архитектура (HLD) определяет:компоненты: программные разделы, датчики, приводы

(software partitions, sensors, actuators);соединения между ними;ограничения физического расположения

Требования к ресурсам (RR):период, продолжительность (для программных разделов);требования к памяти (для программных разделов);питание (для аппаратных компонентов);специальные требования (наличие мезонинов)

18

Артефакты проектирования ATA-XX (2)

Протокол информационного взаимодействия (ICD)определяет коммуникационные потоки данных:

источник и назначение; виды сообщений:

•максимальный размер & частота;•структура & семантика

требования на время доставки и обработки сообщений

Предварительная оценка безопасности (PSA):требования распределения/разделения

(segregation requirements)

19























моделей

ArchDB



REALRule Editor


AADLModel Editor


Поставщик компонентов платформы предоставляет спецификацию компонента:

характеристики аппаратногообеспечения (включая возможные вариации):

процессор, память;порты ввода-вывода и шины

предварительные Правила и ограниченияиспользования компонентов платформы(preliminary Usage Domain Rules)

Координатор PCSформализует данные в модели компонента платформы









Моделисистем АТА-ХХ,систем ATA-YY



моделей

ArchDB

20


систем АТА-YY

Разработчик системы ATA-YY предоставляет: ICD (Interface Control Document –

Протокол информационного взаимодействия) в части взаимодействия с системами АТА-ХХ























моделей

ArchDB

Координатор ATA-YY формализует все данные в высокоуровневой модели ATA-YY

AADLModel Editor











Моделисистем ATA-YY


моделей

ArchDB

21










Моделисистем АТА-ХХсистем ATA-YY

Проектирование системы ИМА

Designer

Конструктор

AADLModel Editor
























моделей

ArchDB


моделей

ArchDB

Аnalyzer

Анализатор моделей

Конструктор системы ИМА разрабатывает архитектуру системы ИМАструктуру и топологию платформы ИМА;размещение функциональных приложений

по модулям CPM;циклограммы выполнения функциональных

приложений;распределение коммуникационных потоков АТА-ХХ

на виртуальные каналы AFDX и/или другие шины;конфигурацию компонентов

базового ПО

22

Хранилище Архитектурной модели



моделей

(ArchDB)





КоммутаторAFDX



данных

Мезониныграфический

массовой памяти……………

ПроцессорныймодульСРМ 1






данных



ПроцессорныймодульСРМ

Логическаяархитектура

системы ИМА

22

СAN

ARINC 664(AFDX)




данных


ARINC 429

датчик 211 датчик 221



AR

INC

818




ATA-21 ПО1ATA-21 ПО2

ATA-31 ПО1



зово

е ПО

датчик 212

датчик 222


привод 231силовойпривод 212






зово

е ПО

Дисплей

23

Оценка безопасности архитектурысистемы ИМА

Model Exporter

Экспортер модели























моделей

ArchDB

Конструктор системы ИМА передает проект системы ИМА

Аналитику по безопасности

Аналитик по безопасности принимает участие в разработке ИМА; проводит анализ проекта системы ИМА

с точки зрения безопасности с использованиемFHA (Оценка Функциональной Опасности) и PASA (Предварительная Оценка Безопасности) уровня ВС;

предоставляет отчет по анализу безопасности системы ИМА

24

Верификация архитектуры системы ИМА



судна





















моделей

ArchDB

Верификатор системы ИМА контролирует разработку системы ИМА

в соответствии с :Требованиями уровня ВС;Стандартами разработки ИМА;Требованиями к ресурсам систем ATA-XX;Правилами и ограничениями использования компонентов

платформы (UDR) подготавливает Отчет о

верификации системы ИМА;

Аnalyzer

Анализатор модели

24

25

Формирование проектной документации

Конструктор системы ИМА предоставляет окончательные версии:

документации проекта системы ИМА;модели системы


судна






















моделей

ArchDB

26

Процессы по управлению изменениями системной группы

ИМА




MASIW












моделей

(ArchDB)



СMSСистема


СMSСистема


СMS

27

Процессы по управлению изменениями системной группы

ИМА

Конструктор ИМА, Координаторы АТА-ХХ и PCS: входят в Группу Управления Изменениями

системы ИМА ; проводят оценку влияния запроса на систему ИМА; обеспечивают синхронизацию модели системы ИМА

и документации

Аналитик по безопасности и Верификатор системы ИМА привлекаются при необходимости

Designer


Аnalyzer


Model Exporter


AADLModel Editor


Аnalyzer


AADLModel Editor




СMS

CMS – Система управления взаимодействием состоит из:

Configuration Management System – Система контроля конфигурацииChange Request Management System – Система

управления запросами на изменение

28

Интеграционные процессысистемной группы ИМА


MASIWВерификаторсистемы ИМА

Системныйинтегратор ИМА




Поставщиксистемы АТА-ХХ



моделей

(ArchDB)

Системныйинтегратор ВС



СMS



СMSСистема


СMS

29

Конфигурация вычислительного модуля

Конфигурация модуля (МС)

Конфигурация уровня модуля

Конфигурация уровня раздела

Глобальнаяконфигурацияраздела (PGC)

Локальная конфигурацияраздела (PLC) включает:• мониторинг рабочего состояния раздела;• распределение памяти в разделе

ATA-XX разделы Ответственностьсистемной группы ИМА

ОтветственностьАТА-ХХ специалистов

• R

TOS

• баз

овое

ПО

• др

айве

ры

• R

TOS

• баз

овое

ПО

• др

айве

ры

Локальнаяконфигурацияраздела (PLC)

• RTOS

30














моделей

ArchDB



Первичная конфигурацияразделов АТА-ХХ

Координатор АТА-ХХ предоставляет: эмулятор ARINC 653; шаблон локальной конфигурации раздела PLC; глобальную конфигурацию раздела PGC; конфигурацию модуля МС

(МС)

(PGC)

(PLC)

Cfg Generator

Генераторконфигурационных

файлов

31

Поставщик компонентов платформы (PCS) предоставляет:компоненты и инструментальные средства разработки;аппаратное обеспечение, RTOS*, аппаратно-зависимую

часть системы (BSP), компиляторы*, инструментальные средства* (для CPMs);стандартную конфигурацию

модуля (BareMC);

правила и ограничения использования компонентов платформы (UDR)














моделей

ArchDB



Поставка компонентов платформы

PCS координатор обеспечивает: импортирование BareMC; формализацию Правил и ограничений

использования компонентов платформы* – некоторые компоненты и инструментальные средства могут быть поставлены 3-ми сторонами

REALRule Editor


Bare (МС)

Configurator

32














моделей

ArchDB



Окончательная конфигурацияразделов АТА-ХХ

Координатор АТА-ХХ предоставляет:доступ к компонентам платформы

и соответствующим инструментам; окончательную MC и PGC;Правила и ограничения

использования компонентов платформы (UDR)

Поставщик системы АТА-ХХ обеспечивает:окончательную PLC;загружаемое ПО АТА-ХХ;компоненты аппаратного обеспечения

АТА-ХХ

Координатор АТА-ХХимпортирует PLC в ArchDB

Cfg Generator


файлов


(PGC)

(PLC)

33

Верификация конфигурациисистемы ИМА

Верификатор системы ИМАверифицирует конфигурацию

Интегратор системы ИМА предоставляет

таблицы конфигурации для всех компонентов платформы (ARINC-653 RTOS, AFDX network switches, endpoints, middleware)

Cfg АnalyzerАнализатор

конфигурации

Cfg Generator


файлов
















моделей

ArchDB

34

Архитектура MASIW

34

35

Архитектура MASIW


моделей

ArchDB

DesignerКонструктор

ConfiguratorКонфигуратор

Аnalyzer

Анализатормодели

AADLModel Editor

РедакторAADL моделей

REALRule Editor

Редактор правилREAL

Cfg GeneratorГенератор

конфигурационныхфайлов

Model Exporter


35

3636

Архитектурная модель

MASIW является программным комплексом использующим модельно-ориентированное моделирование на AADL

AADL version 2 (SAE AS5506B) является универсальным языком с заданной графической нотацией, который может использоваться для описания различных встроенных и систем реального времени.

встроенная семантика компонентов

ограничения модели

связи между уровнями: структурная модель, потоки данных, связи между программным и аппаратным уровнями

Текстовая и графическая нотации

Возможность расширения через свойства и annex

Моделирование архитектуры ИМА от спецификаций системного уровня до аппаратных и программных компонентов

AADLModel Editor

3737

REAL

Подтверждение корректности распределения ресурсов и специализированных нефункциональных ограничений

REALRule Editor

REAL Checker

THEOREM PROCESS_FITFOREACH PRC IN PROCESS_SET DO PRCSRS := { V IN VIRTUAL_PROCESSOR_SET | IS_BOUND_TO(PRC, V)};VAR VIRTUAL := HEAD(LIST(PRCSRS));

VAR BLACKBOX := ( IF EXISTS(PRC, "VxWorks653::MemorySizeBss") THEN PROPERTY(PRC, "VxWorks653::MemorySizeBss") ELSE 0 ) + ( IF EXISTS(PRC, "VxWorks653::MemorySizeData") THEN PROPERTY(PRC, "VxWorks653::MemorySizeData") ELSE 0 ) + ( IF EXISTS(PRC, "VxWorks653::MemorySizeRoData") THEN PROPERTY(PRC, "VxWorks653::MemorySizeRoData") ELSE 0 )

CHECK ( NOT EXISTS(VIRTUAL, "VxWorks653::RequiredMemorySize") OR

BLACKBOX <= PROPERTY(VIRTUAL, "VxWorks653::RequiredMemorySize"));END PROCESS_FIT;

3838

Автоматическое распределение ресурсов

Распределение программных разделов

Распределение потоков данных

Задержки потоков данных

Возможность генерации расписания

Совместимость программных разделов

Требования конструктора ВС

Требования Поставщика ATA-XX

Требования поставщика компонент

Designer

Аnalyzer

3939


Предположения: топология платформы частично задана, допущения при обмене сообщениями через ARINC порты

Распределение ATA-XX по CPM

Генерация расписания для периодических разделов A653

Необходимость добавления мультиплексора в раздел

Конфигурация AFDX сети

Распределение виртуальных линков

Оценка задержек, пропускной способности

4040

Анализатор

AFDX статический анализатор: величины задержек и буферов

Анализатор задержек: расширение AFDX анализа на не AFDX-компоненты

AADL симулятор на основе дискретно-событийного моделирования динамический анализ сети AFDX

Отчет оверификации

REAL Checker

IMA LatencyAnalyzer

AADL Simulator

Проект системы

Аnalyzer

AFDX NetworkAnalyzer

4141


4242

Графический редактор

4343

Распределение ATA-XХ по CPM

44

MASIW 2013

Моделирование архитектуры ИМА от спецификаций системного уровня до аппаратных и программных компонентов

Автоматическое распределение ресурсов на основе требований и ограничений

Построение циклограммы выполнения функциональных задач и специализированных задач промежуточного слоя

Симулятор AADLСтатический анализ и моделирование сети AFDXАнализатор задержек Подтверждение корректности распределения ресурсов и

специализированных нефункциональных ограничений

Создание конфигурационных таблиц для RTOS VxWorks 653 и элементов сети AFDX

Библиотека ATA-XX систем и компонетов аппратурыПоддержка коллективной разработки через SVN, Git

Функциональные характеристики MASIW версии 2013:


моделей

ArchDB

v

AADLModel Editor

РедакторAADL моделей

REALRule Editor

Редактор правилREAL

Designer


Configurator

Конфигуратор

Аnalyzer




4545

Перспективы развития

Интеграция со стендами

Удобство эксплуатации

Реализация трассируемости требований

Проверка требований на AADL Constraints Annex

Поддержка методов оценки безопасности

Сертификация

4646

Спасибо за внимание !

Igor KoverninskiyGosNIIAS, Deputy Head of Department

[email protected]

47

Поставка системы ИМА














моделей

ArchDB



Интегратор системы ИМА предоставляет таблицы конфигурации для процессов интеграции, испытательных стендов и заключительной поставки

48

Детальная конфигурация системы ИМА

Системный интегратор ИМА обеспечивает:расширение BareMC до МС;подготовку окончательной глобальной конфигурации

раздела PGCдля каждого CPM

Configurator



(PGC)

(PLC)Верификаторсистемы ИМА













Системный

интегратор ИМА


моделей

ArchDB

49

Редактор модели

Конструктор системы ИМАформализует релевантные требования стандартов

разработки и спецификации высокого уровня ВС;

Координатор АТА-ХХ формализует модель системы АТА-ХХ (HLD, RR, ICD)

Координатор PCS формализует модель компонента платформы (HC, CV, UDR)

Координатор АТА-YY формализует коммуникационную модель системы АТА-YY (ICD)

Координаторы АТА-ХХ и PCS актуализируют ArchDB в соответствии с запросами на изменение

Системнаягруппа ИМА


моделей

(ArchDB)

REALRule Editor


AADLModel Editor


50


Автоматизация процесса проектирования системы ИМА


Designer



Топология платформы;Распределение

Функциональных приложений по аппаратным компонентам



Модели

систем АТА-ХХ


51

Анализатор

Используется конструктором системы ИМА в процессе проектирования

Группа по верификации верифицирует дизайн системы ИМА на соответствие:

Требованиям уровня ВС;Стандартам ИМА;Требованиям к ресурсам АТА-ХХ системы;Правилам и ограничениям использования компонентов

платформы

Отчето верификации

REAL Checker

Блок контроля правил REAL

AFDX NetworkAnalyzer

Анализатор сети AFDX

Simulator

Имитатор


Аnalyzer


52


Системный интегратор ИМА :подготавливает конфигурацию для компонентов

платформы (MC, PGC, PLC)

Configurator



Configurator


Экземпляркомпонентаплатформы

Экземплярраздела

системы АТА-ХХ

Экземпляркомпонентаплатформы

Экземплярраздела

системы АТА-ХХ

Конфигурациямодуля

Глобальнаяи локальная

конфигурацияразделов

Проект системы ИМАПроект системы ИМА

53

Генератор конфигурации

Координаторы PCS и АТА-ХХ импортируют таблицы конфигурации в части ответственности поставщиков (BareMC, PLC)

Интегратор системы ИМАсоздает таблицы конфигурации в своей зоне

ответственности (PGC, MC, AFDX);генерирует таблицы конфигурации для процессов

интеграции, испытательных стендов и заключительной поставки

Координатор АТА-ХХ генерирует таблицы

конфигурации для тестирования АТА-ХХ


моделей

ArchDB

Cfg ImporterИмпортер




Cfg ImporterИмпортер




Конфигурация RTOS ,Конфигурация сети AFDX

2nd International Conference “Integrated Modular Avionics and CNS/ATM”

Documents

Transcript of 2nd International Conference “Integrated Modular Avionics and CNS/ATM”