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Illustration sur l’avionique civile : modèles de simulation APEX + AFDX

Illustration sur l’avionique civile : modèles de simulation APEX + AFDX. Frédéric Boniol ONERA-CERT. 2, av. E. Belin - 31055 Toulouse ENSEEIHT - Département Télécommunication et Réseaux 2, rue Camichel, 31000 Toulouse Frederic.Boniol@cert.fr. Introduction. Préambule :

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Illustration sur l’avionique civile : modèles de simulation APEX + AFDX

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  1. Illustration sur l’avionique civile :modèles de simulation APEX + AFDX Frédéric Boniol ONERA-CERT. 2, av. E. Belin - 31055 Toulouse ENSEEIHT - Département Télécommunication et Réseaux 2, rue Camichel, 31000 Toulouse Frederic.Boniol@cert.fr

  2. Introduction • Préambule : • Un système embarqué = • Des calculateurs temps réels • Des réseaux de communication temps réel • Nécessité d’étudier l’intégration et l’impact de l’un sur l’autre pour le dimensionnement global du système • Nécessité de modèles intégrés • Objet de la présentation : • Illustration une intégration des concepts temps réel et réseaux sur le domaine de l’avionique civile modulaire intégrée • Exercice sur une architecture donnée • Pour des fonctions données

  3. 1. Architecture Ethernet Environnement IHM 429 Environnement LRU Ethernet 429 GWM IOM CPM CPM IOM GWM Etagère Plate-forme « cockpit » SWITCH SWITCH Réseau AFDX Environnement AFDX plate-forme « cabine » plate-forme « utility »

  4. 1. Architecture Module Cœur CPM Unité de Traitement des Applications (UTA) Unité de Traitement des Communication (UTC) UER AFDX 1.1. Le module cœur : CPM

  5. 1. Architecture E E E C C C S S S Partition P1 Partition P2 t1 tn ta1 E C S E C S Traitements périodiques Traitements apériodiques éventuels • 1.1.1 CPM/UTA : Unité de traitmement de applications • L’exécutif (APEX) : • Un système = {partitions} • une partition regroupe des fonctions avioniques • l’ordonnancement des partitions / CPM est statique • partition = unité de ségrégation spatiale et temporelle • Une partition = {processus} • l’ordonnancement des processus / partition est dynamique (préemptif) • Modèle  niveau intermédiaire (entre partition et processus) • notion de « Traitement Elémentaire » (TE) • un TE = Entrée + Calcul + Sortie (abstraction/simplification de la réalité) • => Ordonnancement des TE :

  6. 1. Architecture Table d ’Ordonnancement des Traitements (périodiques) Table de Description des Traitements Apériodiques Table de Description des Traitements (périodiques) Nom Partition Nom Priorité Période Activation Fenêtre Calcul Calcul Entrées Entrées Sorties Sorties Partition Durée Traitements A_COM 50.0 15.0 100.0 0 0 1 FGE-COM 50.0 0 1 4 5 B1_COM 200.0 15.0 100.0 0 2 FGE-COM 50.0 0 B2_COM 200.0 15.0 100.0 0 3 FGE-COM 50.0 0 2 B3_COM 200.0 5.0 0.2 0 4 FGE-COM 50.0 0 3 C_COM 200.0 3.0 0.1 0 1 5 D_COM 200.0 2.0 0.1 2 6 • 1.1.1 CPM/UTA : Unité de traitmement de applications (suite) • => Représentation des TE et de leur ordonnancement par 3 tables : • TDT, TDT-A et TOT

  7. 1. Architecture 0 40 ms 80 ms cycliques apériodiques 0 17 ms 40 ms cycliques apériodiques Guidage Latéral et Vertical (11% de 17 ms = 1.87 ms) Application BITE (5% de 17 ms = 0.85 ms) Gestion Trame EFIS (3% de 17 ms = 0.51 ms) 1.87 ms 2.38 ms 3.23 ms 0 17 ms • 1.1.1 CPM/UTA : Unité de traitmement de applications (suite) • => Prise en compte des traitements apériodiques

  8. 1. Architecture API* Unité centrale application TFTP : trivial file transfer protocol SAMPLING QUEING SNMP : simple network management protocol MIB : Management Information Base 7 présentation 6 session 5 transport UDP : User Datagram Protocol 4 Unité dédiée réseau IP : Internet Protocol 3 LLC MAC lien 2 Ethernet ARINC 664 physique 1 1.1.2. Unité de traitement dédiée pour les communications • traite les comm. en parallèle avec l’exécution des partitions sur le processeur central • unités dédiée et centrale communiquent par mémoire partagée : les données transitent par des tables d’émission et de réception.

  9. 1. Architecture 1.1.3. Unité d’Emission et de Réception AFDX • On les retrouve dans les 3 modules CPM, IOM, GWM d’une étagère. • Emission : • activées par requête des partitions • descente dans pile de com.  fragmentation : construction de trames • (d’après infos dans table d’E/R : adresses UDP/IP/MAC et no LV impliqués dans transmission) • trames stockées dans files associées à des liens virtuels (LV) • régulation de trafic : cadences (1 par LV) définies par le BAG • unité d’émission (UE) : temps d’émission sur médium = f (longueur) • Réception : • l’unité de réception (UR) filtre les trames (par adresses UDP/IP/MAC) • remontée dans la pile de comm.  défragmentation • => Délais d’E-R : variables selon l ’étape

  10. Table d ’émission/réception 1. Architecture UDP Descente pile de communication Montée pile de communication UDP IP IP fragmentation /défragmentation MAC MAC Lien virtuel 1 Lien virtuel n Contrôle de flux UE AFDX UR AFDX 1.1.3. Unité d’Emission et de Réception AFDX (suite)

  11. 1. Architecture Module IOM UR 429 UE 429 Interface 429 Unité de Traitement des Communications (UTC) UER AFDX 1.2. Le module Input / Output : IOM

  12. 1. Architecture Paquet 429 Paquet 429 Nom Ident Longueur Nom Ident Longueur ADR1 100 2 ADR1 100 2 FIFO Serveur • 1.2.1 Unité d’émission ARINC 429 (UE429) • Médium de comm. modélisé par une file FIFO de paquets 429 : • Un paquet = plusieurs labels 429 • taille d’un paquet dans la file = nombre de labels du paquet • saturation possible de la FIFO (solutions : refus du paquet ou paquet retaillé) • Bus ARINC 429 : • bus mono-émetteur à diffusion • identificateur de ligne encapsulé dans les messages. • 1.2.2 Unité de réception ARINC 429 (UR429) • PAL (piège à label) : reconnaît les identificateurs de ligne • délai de reconnaissance d’un paquet (dimensionné pour éviter les pertes).

  13. 1. Architecture E C S • 1.2.3 Unité de traitement de communications (UTC) de l'IOM • Deux rôles du module d ’E/S : • réceptionner les paquets 429 venant de l’extérieur de l’étagère, et les réémettre aux modules cœur via l’AFDX. • récupérer les trames AFDX venant des cœurs via le réseau AFDX et générer les paquets 429 pour envoi à l’extérieur de l’étagère. • Traitement périodique : • IOM piloté par une trame de comm. (inspirée de trame applicative) • Une trame = succession de TE (1 TE = ) • 429 vers AFDX : on veut émettre une trame AFDX (c’est ) •  besoin d’un paquet 429 et son @ de stockage dans table d’E/R (c’est ) • AFDX vers 429 : on veut émettre un paquet 429 (c’est ) •  besoin d’une trame AFDX et son @ de stockage dans table d’E/R (c’est ) • => dans les 2 cas : temps de traitement = f (longueur donnée, format) ( ) S E S E C

  14. 1. Architecture Module GWM UER Ethernet Unité de Traitement des Communications (UTC) UER AFDX 1.3. Le module passerelle : GWM En E : filtre les trames selon les adresses et récupère celles à traiter En S : émet les données après consultation de la trame  Idem IOM  Idem IOM et CPM

  15. 1. Architecture Liens AFDX Liens AFDX 16 ports d ’entrée 16 ports de sortie Fonction de routage et de surveillance des flux Table de routage et de caractérisation des liens virtuels 1.4. Le commutateur

  16. 2. Application Trajectoire Calcul de la Calcul des E S E S Trajectoire Predictions Prédictions E E Ajout waypoint Recherche en Modification du Plan de Vol Base de Données Plan de Vol Modifications S S {contexte interne à l'application} Plan de Vol E E E S E Guidage Emission Gestion trame Reception Application Latéral et MCDU EFIS MCDU BITE EFISCP/IO (Control Panel) Vertical S S S E S MCDU/IO (A739) IO/ EFIS (A702 ) IO/MCDU (A739) Emission IO Réception IO IO/SIMU (Ordre de guidage) SIMU/IO (Données simulateur ) AB_MESMAINT_FM • Exemple : FMS • Découpage en traitements

  17. 2. Application • Exemple : Application de maintenance • Plusieurs partitions : • Elements de base : Applications BITES (AB) et Resource BITES (RB) • Global BITE (GB) • Centralized Maintenance Function (CFM) • => Découpage en traitements de chaque partition • Exemple : Global BITE

  18. 3. Architecture + Application FCMS LGCS Bite CMF GB FMS ECS SDS Bite TestBench FCU MCDU ND MAT Utility Cockpit Cabine CPM1 IOM1 GWM1 ACR TestBench C1-1 SW1 SW1 C1-2 U1 SW1 C2-1 U2 C2-2 SW2 SW2 GGFMS CPM2 IOM2 GWM2 TestBench FCU MCDU ND MAT

  19. 4. Démarche de simulation Modèle d’application Modèle d’architecture/d’exécution Modèle d’intégration résultats Outil de simulation

  20. 4. Démarche de simulation Visualisation des traces (activités des CPU, du réseau…)

  21. 4. Démarche de simulation Visualisation de l'occupation du réseau AFDX

  22. 4. Démarche de simulation Visualisation de l'occupation de l'UTA du CPM1

  23. 5. Conclusion • Une démarche de modélisation de système temps réel distribué reposant sur le standard APEX et AFDX • But : s’appuyer, ultérieurement, sur ce type de modélisation pour dimensionner les syst. avioniques dans les phases amont de conception. • Difficulté : trouver le bon niveau d'abstraction • => Pas de recette miracle !

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