مجازی‌سازی سیستم‌های اویونیک با محصول جدید ویندریور

امروزه طراحان و تولیدکنندگان سیستم‌های هوافضا به دنبال استفاده از فناوری‌های آینده برای ساخت هواپیماهایی با انعطاف‌پذیری بیشتر در معماری سیستم‌ها هستند. مجازی‌سازی یکی از این فناوری‌ها است که می‌تواند بخشی از آینده سیستم‌های اویونیک را تشکیل دهد.

گزارش‌های منتشر شده در سال‌های اخیر نشان‌دهنده نزدیکی حضور تاکسی‌های هوایی در سطح شهرها است. شرکت‌های مختلفی در این مدت مدل‌های طراحی‌شده خود را آزمایش و رو‌نمایی کرده‌اند. مروری بر سیستم‌های الکترونیک این وسایل نقلیه نشان‌دهنده بهره‌گیری از فناوری‌های روز دنیا همچون سیستم کنترل Fly-by-Wire در آن‌ها است. به عنوان نمونه هانی‌ول در سال جاری از پلتفرم تاکسی هوایی خود رو‌نمایی کرد. این پرنده از مدرن‌ترین فناوری‌های اویونیک برای ناوبری، کنترل، رادار، نظارت و دیگر حسگرها بهره‌ می‌برد. کامپیوتر مدیریت این پلتفرم از فناوری پردازنده‌های چند هسته‌ای استفاده کرده و وظایف مختلفی از جمله مدیریت پرواز، پردازش نمایشگرها، مدیریت باتری، رابط کنترل پرواز، ترکیب داده حسگرها، رابط‌های انسان- ماشین و غیره را بر عهده دارد. هر چند تلفیق مجموعه این وظایف یک امر حیاتی برای پلتفرم‌های کوچکی مثل تاکسی‌های هوایی است، اما پیچیدگی سخت‌افزار و نرم‌افزار در آن‌ها باعث افزایش احتمال بروز خطاهای نرم‌فزاری و سخت‌افزاری می‌شود.

مقامات نظارت بر هوانوردی غیرنظامی مجموعه‌ای از قوانین ایمنی را برای سیستم‌های اویونیک ایمنی- بحرانی تعریف کرده‌اند تا از عدم وجود ریسک‌ به دلیل رفتار نامطلوب تجهیزات الکترونیک اطمینان حاصل شود. این موضوع سبب شده است تا سیستم‌های پیچیده اویونیک با چالش‌های زیادی در فرایند صدور گواهینامه‌ مواجه شوند.

در این میان مواردی همچون بدترین حالت زمان اجرا، رفتار قطعی، اشتراک حافظه بین چند اپلیکیشن و اشتراک‌گذاری حافظه پنهان منجر به بیشترین ناپایداری و تاخیر می‌شود. اینتل به عنوان طراح و سازنده پردازنده‌های چندهسته‌ای و سیستم‌های تعبیه شده در مورد ساخت سیستم‌های کنترل پرواز که دارای بیشترین نیازمندی در سطح تضمین طراحی هستند، پیشنهاد می‌کند از معماری ناهمگن و افزونگی ماژولار استفاده شود.

معماری پلتفرم مجازی‌سازی Helix

همانطور که گفته شد فناوری پردازنده‌های چند هسته‌ای باعث شده است تعدادی از برنامه‌های اویونیک با سطوح تضمین طراحی مختلف روی یک تراشه با منابع حافظه مشترک اجرا شوند. مجازی‌سازی یک راهکار مناسب برای جلوگیری از تداخل بین برنامه‌ها است. در همین راستا شرکت ویندریور اخیرا پلتفرم مجازی‌سازی جدید خود با نام Helix را برای استفاده در سیستم‌های اویونیک معرفی کرد. پلتفرم مجازی‌سازی Helix امکان استفاده از چند سیستم‌عامل و اجرای ترکیبی از اپلیکیشن‌ها با سطوح بحرانی متفاوت را می‌دهد. محصول جدید ویندریور به کاربران امکان اجرای نرم‌افزارهای مبتنی بر نسخه‌های قدیم سیستم‌عامل‌های VxWorks و لینوکس را در کنار نرم‌افزارهای توسعه یافته برای سیستم‌عامل‌های جدید فراهم می‌کند. پلتفرم Helix با بهره‌گیری از یک هایپروایزر بلادرنگ نوع 1، امکان پارتیشن‌بندی امن و کامل یک سیستم را دارد.

طبق اسناد منتشر شده از سوی ویندریور، از مهم‌ترین مزایای Helix می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

کاهش هزینه‌ها: Helix متناسب با نیازمندی‌های تعریف شده در استانداردهایی همچون DO-178C (ملاحظات نرم‌افزاری سیستم‌های هوایی)، IEC 61508 (ملاحظات برای سیستم‌های ایمنی محور) و ISO 26262 (ملاحظات ایمنی برای سیستم‌های حمل و نقل جاده‌ای) طراحی شده است. معماری باز و ماژولار آن باعث می‌شود پارتیشن‌ها کاملا از یکدیگر مستقل بوده و این موجب کاهش نیاز به انجام تست‌های مجدد در صورت تغییر یک برنامه می‌شود. همچنین پشتیبانی از استانداردهای ARINC 653 APEX API، POSIX و FACE باعث می‌شود توسعه‌دهندگان سیستم بتوانند به راحتی از اپلیکیشن‌های قبلی خود یا برنامه‌های تولید شده توسط سایر شرکت‌ها در سیستم جدید استفاده کنند.
انعطاف‌پذیری: پلتفرم‌ می‌تواند به‌صورت ثابت یا پویا پیکربندی شود. برنامه‌ها با ویژگی‌ها و سطوح بحرانی مختلف می‌توانند از طریق این پلتفرم روی یک سخت‌افزار مشترک اجرا و با یکدیگر تبادل داشته باشند.
پشتیبانی از سیستم‌عامل‌ها: هایپروایزر Helix قابلیت پشتیبانی از سیستم‌عامل‌های متعددی از جمله VxWorks، لینوکس، ویندوز، بیرمتال و غیره را دارد. علاوه بر این Helix امکان میزبانی از سیستم‌عامل‌های نوشته شده توسط خود کاربر را نیز دارد.
افزایش ایمنی و امنیت: مجازی‌سازی Helix باعث می‌شود برنامه‌های ایمن و غیرایمن بتوانند به‌طور موازی روی هسته‌های مختلف اجرا شوند.
کارایی بالا و جبرگرایی: هایپروایزر نوع 1 تعبیه شده در Helix امکان کنترل و پیکربندی کامل سخت‌افزار را ایجاد می‌کند. این هایپروایزر با استفاده از شتاب‌دهنده‌های مجازی‌سازی سخت‌افزار کارایی سیستم را افزایش می‌دهد.
پشتیبانی از طیف مختلفی از معماری و CPU: پلتفرم Helix از آخرین معماری‌های موجود در Arm و Intel پشتیبانی می‌کند. انواع مختلف CPUهای تولیدی توسط Intel، NXP و Xilinx نیز توسط این پلتفرم پشتیبانی می‌شوند.