隨著航空系統(tǒng)復(fù)雜性的提高，對有人駕駛和無人駕駛飛機的安全關(guān)鍵系統(tǒng)進行認證已促使工程師走向自動化并并行工作以提高流程效率。多核處理器在這一推動中發(fā)揮著重要作用，并增加了簡化流程的工具。然而，隨著美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）和歐洲航空安全局（EASA）努力簡化流程，挑戰(zhàn)仍然存在。

多年來，系統(tǒng)的復(fù)雜性呈指數(shù)級增長，促使行業(yè)尋找提高流程效率的方法。

事實上，“下一代系統(tǒng)的絕對復(fù)雜性要求供應(yīng)商需要向系統(tǒng)集成商提供的不僅僅是原始硬件和軟件 - 他們還需要提供安全認證工件，以實現(xiàn)系統(tǒng)的快速集成和認證測試，”舊金山灣區(qū)風河航空航天和國防部門高級總監(jiān)Chip Downing說。

作為回應(yīng)，設(shè)計人員正在使用自動化工具來簡化無人駕駛和有人駕駛飛機的認證過程?！霸谙到y(tǒng)的生命周期中使用自動化工具是一個巨大的變化，”位于馬薩諸塞州韋斯特福德的Verocel，Inc.總裁兼首席執(zhí)行官George Romanski說。這是因為“標準要求非常嚴格的認證方法。您必須生成需求并查看這些需求、生成設(shè)計、查看設(shè)計、生成代碼、查看代碼等。在一個典型的系統(tǒng)中，我們將有成千上萬的工件，這些工件必須被開發(fā)，必須對其進行審查，我們必須確保這些要求是合理的，并且彼此契合。

這個過程變得非常不現(xiàn)實?！氨Ａ舸罅啃枨蠛团缮枨蟮腅xcel電子表格非常繁瑣和乏味，”加拿大渥太華Curtiss-Wright Defense Solutions的產(chǎn)品經(jīng)理Rick Hearn說?！澳憧梢酝ㄟ^軟件工具實施任何自動化，以便能夠在整個生命周期中跟蹤所有這些需求，你就越好。

設(shè)計人員正在分階段認證安全關(guān)鍵系統(tǒng)：“大多數(shù)人試圖做的是開始并行工作，這樣你就可以有需求，你可能有五千個需求，其中一千個可能已經(jīng)準備好了，所以你可以開始實施這些需求，但另外四千個仍在開發(fā)中，當你開發(fā)設(shè)計時， 現(xiàn)在你可以開始實施了，“羅曼斯基解釋道。“換句話說，你開始重疊這些流程，如果你非常嚴格地管理信息，那么就有可能使這個過程更有效率。為此，它需要使用數(shù)據(jù)庫，需要將該數(shù)據(jù)庫鏈接到配置控制系統(tǒng)，并且需要非常嚴格的基線。

他補充說，該過程還需要自動身份驗證?！叭藗儸F(xiàn)在可以在數(shù)據(jù)庫中進行審查，你可以維護整個項目的整個開發(fā)過程，你可以讓分布式團隊同時處理這個問題。

“由于復(fù)雜性，必須在這些系統(tǒng)上進行的測試量呈指數(shù)級增長，并且必須實現(xiàn)測試的自動化，”位于亞利桑那州圖森的水星任務(wù)系統(tǒng)業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)Scott Engle說?！安豢赡苁謩油瓿纱瞬僮鳌?/p>

Romanski解釋說，Verocel的VeroTrace管理和控制所有生命周期數(shù)據(jù)，包括需求，設(shè)計，源代碼，測試用例，結(jié)果，文檔等。更重要的是，VeroTrace管理每個生命周期數(shù)據(jù)項的狀態(tài)，并提供每個項之間的可追溯性鏈接，以滿足包括DO-178C，IEC61508和ISO26262在內(nèi)的許多標準。（見圖1）。

圖1：Verocel的VeroTrace數(shù)據(jù)庫可以導(dǎo)出到DVD ROM，允許超鏈接瀏覽所有數(shù)據(jù)和文檔。由維羅塞爾提供。

多核處理器的興起

促成因素將是使用多核處理器。多年來，從單核處理器轉(zhuǎn)向并行工作的轉(zhuǎn)變已經(jīng)發(fā)展到“有興趣為安全應(yīng)用認證多核處理器，”紐約市Mercury Systems任務(wù)系統(tǒng)集團PLM和BD總監(jiān)Greg Tiedemann說?！皬陌踩嵌葋砜?，當你只有一個處理器時，認證更容易。當您有多個處理器在同一應(yīng)用程序上工作時，這更具挑戰(zhàn)性。對此的需求確實非常簡單。你可以在其他市場和水星的其他地方看到它。我們之所以采用多核，是因為您可以在處理和功耗方面提高效率，并且只是一般的 SWaP ［尺寸、重量和功耗］ 要求。你可以在更小的空間里做更多的事情。

“趨勢是多核，但這也是系統(tǒng)復(fù)雜性更高的趨勢，”Engle澄清道。“當我們進行聯(lián)合飛機設(shè)計時，航空電子設(shè)備是位于整個飛機上的單一用途，特殊用途的盒子，現(xiàn)在將整合和集成模塊化航空電子設(shè)備（IMA）整合到更少數(shù)量或件數(shù)或件的設(shè)備上，現(xiàn)在在此基礎(chǔ)上添加多核，這些系統(tǒng)變得非常復(fù)雜。這種復(fù)雜性只會增加出錯的可能性。

在過去的十年中，該行業(yè)一直在努力創(chuàng)建可行的多核安全解決方案。“我們一直在掙扎，因為我們試圖將單核處理器中使用的相同測試和檢查流程應(yīng)用于多核設(shè)計，”風河的唐寧解釋說?！爱斒褂脝魏颂幚砥鲿r，該內(nèi)存管理單元 （MMU） 非常擅長創(chuàng)建受內(nèi)存保護的分區(qū);當與強大的調(diào)度基礎(chǔ)相結(jié)合時，這是一條低風險的認證途徑。

“在多核環(huán)境中，在一對多核上使用MMU根本無法管理需要在安全關(guān)鍵型解決方案中控制的所有資源，”他補充道。“未來，多核安全解決方案必須使用一種稱為‘硬件虛擬化輔助’的功能。此功能為虛擬化分區(qū)/容器/虛擬機 （VM） 創(chuàng)建和管理僅靠軟件無法可靠地完成的所有資源。硬件輔助虛擬化創(chuàng)造了另一個更強大、更可靠、更全面的分離環(huán)境，解決了嘗試使用基于MMU的分離和單核系統(tǒng)的處理器/驅(qū)動程序控制的許多問題。

盡管取得了這一進展，但由于許多挑戰(zhàn)，多核處理器的使用還沒有完全準備好部署，“Tiedemann說。“但是，通常人們對它很感興趣。我認為這是市場上的一個重要趨勢，我們正在密切關(guān)注，以確保當解決方案支持它時，我們已經(jīng)準備好利用它。

“硬件輔助虛擬化創(chuàng)造了做更多事情的機會，”唐寧指出?！笆紫?，它增加了一個控制處理器和主板資源的執(zhí)行信封，因此在這些虛擬機中運行的操作系統(tǒng)（OS）可以像控制整個處理器一樣運行。此虛擬機還可以在一到多個內(nèi)核上分配，從而提供另一個級別的分離和抽象。

“此外，每個內(nèi)核都可以使用 MMU 在每個內(nèi)核上分離任務(wù)/線程，從而創(chuàng)建多個級別的分離，”他補充道?！疤摂M機還支持使用未經(jīng)修改的來賓操作系統(tǒng)執(zhí)行環(huán)境，從而可以在共享計算平臺上插入嵌入式和企業(yè)操作系統(tǒng)，如Linux。最后，通過虛擬機控制和分離計算機/板資源，該技術(shù)為支持混合安全關(guān)鍵性環(huán)境創(chuàng)造了非常好的封裝，提供了對共享板/設(shè)備的硬件控制訪問。

簡化流程的整體方法

對使用自動化工具和多核處理器的興趣日益濃厚之際，越來越多的無人駕駛飛機正在進入國家領(lǐng)空。

為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）和歐洲航空安全局（EASA）正在努力簡化流程。“FAA和EASA的一致性有增加的趨勢，”赫恩說。“他們稱之為‘協(xié)調(diào)’。我們過去看到的是，EASA和FAA的認證規(guī)則大致相同，但它們在實施上往往有所不同。然而，我們越來越多地看到規(guī)則通過標準機構(gòu)以及兩個認證機構(gòu)之間的一些會議得到協(xié)調(diào)。

美國聯(lián)邦航空局有“一套他們一直在討論的總體原則，以簡化整個認證過程，”羅曼斯基說?！八麄儚母娴慕嵌葋砜创嗟氖菑南到y(tǒng)的角度來看待它，而不是他們在DO-178B和DO-254中制定的非常規(guī)范的規(guī)則。

這個過程大約在一年半前開始，一群人為FAA，EASA和其他認證機構(gòu)工作?！拔覀冋陂_發(fā)一種新的簡化認證方法，”他補充道?！斑@只是一個開始，當前版本已于9月發(fā)布，我們正在繼續(xù)完善它，但這是一個我們試圖將系統(tǒng)標準ARP4754A融合在一起的過程;DO-178C 的軟件標準;以及 DO-254 的復(fù)雜硬件標準。

“總體屬性將試圖融合其他標準的本質(zhì)，以便您可以使用這些總體屬性來開發(fā)認證證據(jù)，而不是像DO-178C這樣的傳統(tǒng)屬性。它仍處于早期階段，但這種方式為用戶提供了更大的靈活性，可以進行認證，“Romanski說。“美國聯(lián)邦航空局正在采取的另一種方法是試圖制定一個基于風險的軟件認證流程，特別是對于小型飛機，通用航空飛機。美國聯(lián)邦航空局發(fā)現(xiàn)，在這些通用航空飛行器中，有新的設(shè)備進入機載，應(yīng)該經(jīng)過認證，因為它們對安全至關(guān)重要;現(xiàn)在的問題是，你可以不用這些設(shè)備飛行，或者你可以把這些設(shè)備放在飛機上，使小型飛機更安全。

審核編輯：郭婷