Multicore-OS INTEGRITY-178 tuMP nach FACE Technical Standard v3.0 zertifiziert

| Redakteur: Sebastian Gerstl

Das Rockwell Collins Avionik-Management- und Anzeigesystem an Bord des S-92 Sikorsky-Hubschraubers gehört zu den INTEGRITY-178-Anwendungen, die als konform zu DO-178B Level A zugelassen sind.
Das Rockwell Collins Avionik-Management- und Anzeigesystem an Bord des S-92 Sikorsky-Hubschraubers gehört zu den INTEGRITY-178-Anwendungen, die als konform zu DO-178B Level A zugelassen sind. (Bild: Green Hills)

Green Hills Echtzeit-Betriebssystem INTEGRITY-178 Time-Variant Unified Multi Processing (tuMP) ist nun konform zum offenen technischen Standard Future Airborne Capability Environment (FACE) 3.0. Die Zertifizierung umfasst sowohl das Safety-Base- als auch das Security-Profil.

Die Ausgabe 3.0 des FACE Technical Standard stellt eine wichtige Verbesserung gegenüber der Vorgängerversion 2.1.1 dar, da sie die Verwendung von Multicore-Prozessoren in sicherheitskritischen Anwendungen adressiert. Der Standard erfordert nun, dass jedes Betriebssystemsegment (OSS; Operating System Segment), das Unterstützung für Multicore-Partitionen beansprucht, der ARINC-653 (Teil 1, Ergänzung 4), einschließlich der Anforderungen für Multicore-Betrieb (wie in Abschnitt 2 definiert) entspricht: „Mehrere Prozesse innerhalb einer Partition sollen auf verschiedenen Prozessorkernen gleichzeitig ausgeführt werden können.“ In ARINC-653 wird jede Anwendung als Partition bezeichnet und verfügt über ihren eigenen Speicherbereich.

Asymmetrisches Multi-Processing (AMP), die einfachste Softwarearchitektur in einem Multicore-basierten System, reicht nicht aus, um die Anforderungen der Ergänzung 4 zu erfüllen. INTEGRITY-178 tuMP ist das einzige zertifizierte FACE-kompatible Betriebssystem, das die Anforderungen von ARINC-653 (Ergänzung 4) erfüllt. Dafür steht Bound Multi-Processing (BMP) zusätzlich zu AMP und symmetrischem Multi-Processing (SMP) zur Verfügung. Per Definition ist BMP eine erweiterte und eingeschränkte Form von SMP, die die ARINC-653-Prozesse (Tasks) einer Anwendung statisch an einen bestimmten Satz von Cores binden kann, wodurch der Systemarchitekt den gleichzeitigen Betrieb mehrerer Cores genauer steuern kann. INTEGRITY-178 tuMP ermöglicht es den Systementwicklern, ARINC-653-Prozesse innerhalb einer Anwendung mithilfe einer API an einen Core zu binden oder die Systemkonfigurationsdatei zu verwenden. Darüber hinaus erfüllt INTEGRITY-178 tuMP die Anforderungen nach ARINC-653 (Teil 2, Ergänzung 3) für den SMP-Betrieb.

INTEGRITY-178 tuMP unterstützt alle Kombinationen von AMP, SMP und BMP zeitpartitioniert (Time-Variant Unified Multi-Processing) auf einem Multicore-Prozessor. Das Einhalten der Worst-Case-Ausführungszeiten (WCET), während auf mehreren Kernen gleichzeitig ausgeführt wird, kann unabhängig von der Wahl von AMP, SMP oder BMP sehr schwierig sein. Konflikte von mehreren Cores, die versuchen, auf eine bestimmte gemeinsam genutzte Ressource wie Speicher oder I/Os zuzugreifen, können Störungen zwischen Cores verursachen. Die Zertifizierungsbehörden haben ihre Besorgnis darüber zum Ausdruck gebracht, indem sie Ziele für die Identifizierung, Minderung und Überprüfung von Störungen in das Positionspapier von CAST-32A aufgenommen haben. INTEGRITY-178 tuMP ist ein echtes Multicore-IMA-Betriebssystem mit einer über 8-jährigen bewährten Service-Historie. Es enthält sowohl einen ausgereiften Multicore-Scheduler als auch Unterstützung für die Bandbreitenzuweisung und die Verwaltung des Zugriffs auf gemeinsam genutzte Prozessorressourcen.

Das unterstützte Bandbreiten-Managementverfahren emuliert einen auf Hardware basierenden Ansatz, um eine kontinuierliche Durchsetzung der Zuweisung zu gewährleisten. Damit verringert sich das Integrations- und Zertifizierungsrisiko erheblich und ermöglicht es dem Integrator, erhebliche Kosten für die erneute Überprüfung von Software zu verhindern, die bei Änderungen oder Erweiterungen einer Software-Anwendung entstehen würden. Ohne Betriebssystemfunktionen und Unterstützung für das Bandbreiten-Management der gemeinsam genutzten Multicore-Ressourcen würden solche Softwareänderungen eine Analyse und einen erneuten Test aller anderen möglichen gleichzeitig ablaufenden Anwendungen erfordern. In Anbetracht der folgenden Aspekte: a) Entwicklungs-, Integrations- und Zertifizierungsrisiken; b) zukünftige Anforderungen an größer werdende Anwendungen und c) langfristige Systemerhaltungsziele, ist INTEGRITY-178 tuMP damit die ideale hochsichere RTOS-Lösung für Multicore-Systeme.

Green Hills präsentiert diese und weitere Angebote auf der Embedded World 2019 in Halle 4, Stand 325.

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