Skip to main content

Distributed REal-Time Architecture for Mixed Criticality Systems

Article Category

Article available in the folowing languages:

Nowatorska architektura pokonuje problemy dotyczące bezpieczeństwa i certyfikacji w systemach wbudowanych

W obszarach takich jak awionika, przemysłowe systemy sterowania i opieka zdrowotna coraz powszechniej stosuje się systemy o mieszanej krytyczności (ang. „mixed criticality”), w których różne funkcje o różnorodnym znaczeniu i poziomach certyfikacji są umieszczane na wspólnej platformie obliczeniowej. Integrację taką utrudniają pewne kluczowe trudności technologiczne.

Gospodarka cyfrowa
Technologie przemysłowe

Fundamentem integracji są mechanizmy partycjonowania czasowego i przestrzennego. Chodzi tu między innymi o połączenie wirtualizacji programowej i segregacji sprzętowej oraz o rozszerzenie mechanizmów partycjonowania, aby wspólnie spełniały ważne wymagania, takie jak budżety czasu, energii i mocy, a także niezawodność, bezpieczeństwo i zabezpieczenia. Integracja funkcji o różnej krytyczności na współdzielonych platformach Platformy obejmujące sieciowe mikroukłady o wielu rdzeniach będą również potrzebne w wielu systemach o mieszanej krytyczności. Ponadto, współczesna technologia nie umożliwia wytwarzania urządzeń elektronicznych z wystarczająco niskim wskaźnikiem wad, aby spełnić wymagania w zakresie niewydolności ultraniezawodnych systemów. Aby zaradzić tym problemom, w projekcie DREAMS, finansowanym przez Unię Europejską, „opracowano międzydomenową architekturę i narzędzia projektowe dla złożonych systemów sieciowych, wspierających wykonywanie podsystemów aplikacji o różnych poziomach krytyczności w sieciowych mikroukładach o wielu rdzeniach”, wyjaśnia koordynator projektu prof. Roman Obermaisser. Prace koncentrowały się na trzech obszarach zastosowań: awionice, energii wiatrowej i opiece zdrowotnej. Architektura pomagająca w opracowywaniu systemów o mieszanej krytyczności Dzięki połączeniu i rozwinięciu koncepcji architektonicznych opracowanych w ramach wcześniejszych projektów (ACROSS, ARAMIS, GENESYS, RECOMP), uczestnicy inicjatywy DREAMS stworzyli nowy styl architektury, umożliwiający bezproblemową wirtualizację sieciowych platform wbudowanych. Chodzi tu o różnorodne platformy, od mikroukładów wielordzeniowych po klastry, wspierające bezpieczeństwo, zabezpieczenia i wydajność w czasie rzeczywistym, a także integralność danych, energii i systemów. Uczeni zdefiniowali architekturę typu waistline z usługami platformy niezależnymi od domeny. Tego rodzaju usługi można z powodzeniem udoskonalać i rozszerzać, aby stworzyć bardziej wyspecjalizowane usługi platformy i aplikacji. W ramach projektu DREAMS powstały certyfikowalne usługi platformy do wirtualizacji i segregacji zasobów na poziomie klastrów i mikroukładów. Opracowane strategie adaptacyjne dla systemów o mieszanej krytyczności pomagają w radzeniu sobie z sytuacjami związanymi z nieprzewidywalnym środowiskiem, wahaniami zasobów oraz występowaniem błędów, zapewniając jednocześnie przewidywalność i bezpieczeństwo. Dla systemów o mieszanej krytyczności wprowadzono zintegrowane zarządzanie zasobami obejmujące monitorowanie, kontrolę czasu uruchamiania i rozszerzenia wirtualizacji, które rozpoznają ogólnosystemowe ograniczenia wysokiego poziomu, takie jak kompleksowe terminy i niezawodność. Partnerzy projektu opracowali opartą na modelach metodologię i prototypy narzędzi do mapowania aplikacji o mieszanej krytyczności do heterogenicznych platform sieciowych, w tym algorytmy do planowania i alokacji, analizy synchronizacji, energii i niezawodności. Jako podstawę dla modułowej certyfikacji stworzyli modułowe elementy budulcowe, które można łączyć ze sobą w analizie bezpieczeństwa w celu certyfikacji, zwiększając możliwości ponownego wykorzystania dostępnych dowodów. W celu sprawdzenia działania rozwiązania DREAMS uczeni opracowali demonstracyjne systemy dotyczące awioniki, energii wiatrowej i opieki zdrowotnej. W systemach demonstracyjnych wykorzystano i oceniono platformę, narzędzia oraz metody certyfikacji i opracowywania. Projekt DREAMS przyczynił się również do zwiększenia świadomości na temat technologii i badań nad rozproszonymi systemami o mieszanej krytyczności i wbudowanymi systemami obliczeniowymi w Europie. Założono forum poświęcone mieszanej krytyczności i przygotowano repozytorium kodu, aby informować o wydarzeniach, projektach, wynikach badań i technologiach dotyczących systemów o mieszanej krytyczności, jak również udostępnić odnośniki do dalszych informacji. Zmniejszenie nakładów finansowych i roboczych Prof. Obermaisser tłumaczy, że zmniejszone zapotrzebowanie na nadmiarowe zapewnianie zasobów sprzętowych pozwoli na obniżenie kosztów materiałów i konserwacji. Prostszy sprzęt, ograniczenie nieekonomicznej separacji przestrzennej komponentów, mniej przewodów oraz mniejsza liczba rodzajów komponentów przyczynią się również do znaczącego zredukowania kosztów operacyjnych. „Zgodnie z założeniami DREAMS umożliwi integrację systemów łączących różne poziomy krytyczności przy kosztach znacznie niższych niż koszty złożenia poszczególnych systemów”, konkluduje uczony. „Rezultatem będzie znaczące zmniejszenie nakładów związanych z opracowywaniem, obsługą eksploatacyjną i certyfikacją, a także możliwość tworzenia linii produkcyjnych do wytwarzania systemów o mieszanej krytyczności”. Planowane jest opublikowanie książki opisującej założenia, metody i osiągnięcia projektu DREAMS. Aktualnie w ramach dwóch innych unijnych projektów architektura DREAMS jest rozwijana pod kątem oszczędności energii oraz systemów sterowania i zarządzania pociągami.

Słowa kluczowe

DREAMS, systemy o mieszane krytyczności, mikroukłady wielordzeniowe, współdzielona platforma, systemy wbudowane

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania