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Distributed REal-Time Architecture for Mixed Criticality Systems

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Una arquitectura de vanguardia supera los obstáculos de seguridad y certificación de los sistemas incorporados

En sectores como la aviónica, el control industrial y la asistencia sanitaria, existe la tendencia en auge de utilizar sistemas de criticidad mixta en los que se combinan múltiples funciones de diferente importancia y niveles de garantía de certificación en una plataforma informática compartida. Ciertos desafíos tecnológicos clave impiden la integración de tales sistemas.

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Esta integración se basa en mecanismos de partición temporal y espacial e incluye la combinación de visualización de «software» y segregación de «hardware», así como la extensión de mecanismos de partición para cumplir conjuntamente requisitos importantes en materia de tiempo, presupuestos de consumo de energía y electricidad, fiabilidad y seguridad. Facilitando la integración de funciones con diferente criticidad en plataformas compartidas También serán necesarias plataformas con chips multinúcleo en red en numerosos sistemas de criticidad mixta. Además, la tecnología actual no permite la fabricación de dispositivos electrónicos con tasas de error suficientemente bajas como para cumplir los requisitos de fiabilidad de los sistemas ultraconfiables. Para afrontar estos desafíos, el proyecto financiado con fondos europeos DREAMS «introdujo una arquitectura intersectorial y herramientas de diseño para sistemas complejos en red que permitan la ejecución de subsistemas de aplicación con diferentes niveles de criticidad en chips multinúcleo en red», explica el profesor Roman Obermaisser, coordinador del proyecto. Los esfuerzos se concentraron en tres ámbitos de aplicación: la aviónica, la energía eólica y la asistencia sanitaria. Estilo arquitectónico para orientar el desarrollo de sistemas de criticidad mixta Al consolidar y ampliar conceptos arquitectónicos de proyectos anteriores (como ACROSS, ARAMIS, GENESYS o RECOMP), DREAMS introdujo un nuevo estilo de arquitectura para la virtualización imperceptible de las plataformas incorporadas en red. Estas plataformas varían desde chips multinúcleo hasta el nivel de grupo compatible con funciones de seguridad y rendimiento en tiempo real, así como de integridad del sistema, energía y datos. Definió una arquitectura central con servicios de plataforma independientes del sector. Tales servicios se pueden perfeccionar sucesivamente y ampliar para desarrollar servicios de aplicación y plataformas más especializados. Los resultados concretos de DREAMS incluyen servicios de plataforma certificables para la virtualización y segregación de recursos a nivel de grupo y de chip. Sus estrategias de adaptación para sistemas de criticidad mixta abordan situaciones medioambientales impredecibles, fluctuaciones en los recursos y la ocurrencia de averías, al mismo tiempo que garantizan la predictibilidad y la seguridad. Se introdujo una gestión de recursos integrada para sistemas de criticidad mixta que incluía el seguimiento, el control del tiempo de funcionamiento y las extensiones de virtualización que reconocen las limitaciones de alto nivel a escala del sistema, tales como las relativas a fiabilidad y plazos de extremo a extremo. Los socios del proyecto establecieron una metodología basada en modelos y prototipos de herramientas para el mapeo de aplicaciones de criticidad mixta en plataformas en red heterogéneas, como algoritmos para la planificación y asignación, análisis de la temporización, energía y fiabilidad. Como base para la certificación modular, suministraron bloques de construcción modulares que se pueden combinar en una carcasa de seguridad para la certificación y para aumentar las opciones de reutilización de las pruebas disponibles. Para validar el enfoque de DREAMS, los miembros del equipo desarrollaron demostradores para aviónica, energía eólica y asistencia sanitaria. Los demostradores emplearon y valoraron la plataforma, las herramientas y los métodos de certificación/desarrollo. Por último, DREAMS orientó e impulsó la investigación europea y la conciencia de las tecnologías en sistemas informáticos integrados y de criticidad mixta distribuidos. Se crearon un foro de criticidad mixta y un depósito de código para divulgar noticias sobre eventos relacionados con sistemas de criticidad mixta, proyectos, resultados de investigación, bloques de construcción tecnológicos y enlaces a información adicional. Ahorros operativos y de costes en todos los niveles El profesor Obermaisser explica que, al reducirse la necesidad de contar con excedentes de «hardware», se recortan los gastos en materiales y mantenimiento. Un «hardware» más sencillo, una menor separación espacial innecesaria de los componentes, así como un menor cableado y número de tipos de componentes, también reducirán considerablemente los costes de explotación. «Por su diseño, DREAMS permitirá la integración de sistemas con diferentes niveles de criticidad a un coste muy inferior al que tendrían los sistemas individuales combinados», concluye. «Los resultados permitirán reducir considerablemente los esfuerzos de desarrollo, ciclo de vida y certificación, además de permitir crear series de productos de criticidad mixta». Se publicará un libro donde se resumirán los objetivos, enfoque y logros de DREAMS. Existen dos proyectos adicionales financiados con fondos europeos que están ampliando la arquitectura de DREAMS para el ámbito de la eficiencia energética/eléctrica y los sistemas de gestión y control de trenes.

Palabras clave

DREAMS, sistemas de criticidad mixta, arquitectura, chips multinúcleo, plataforma compartida, sistemas incorporados

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