Havacılık Uygulamaları için Sahada Programlanabilir Kapı Dizilerini Kullanarak İzleme Araştırması

Öz

Çok çekirdekli işletim sistemleri, sağladıkları yüksek performans nedeniyle gelişen havacılık endüstrisinde daha önemli bir konu haline gelmektedir. Ancak bu gelişmeleriyavaşlatan bazı zorlukları da beraberinde getirmektedir. Çok çekirdekli işlemcilerin, aviyonik sistemlerde kritik görevler üstlendikleri için deterministik ve yüksek güvenilirliğe sahip olmaları beklenmektedir. Bu yönde çalışan yetkililer, gerçek zamanlı CPU performanslarının harici olarak farklı bir sistem ile izlenmesini önermektedir. Çalışma anında elde edilen bilgilerin yorumlanması ve sistemin performansı hakkında çıkarımlarda bulunulması bu yetkililerin önerileri arasındadır. Çok çekirdekli işlemcilerin güvenilir olmamasının nedenlerinden biri de kullandıkları ortak önbellek bellekleri nedeniyle yaşanan çakışmadır. Bu nedenle güvenilirlikte elde edilmesi gereken bilgilerden biri de CPU tarafından kullanılan belleklerin doluluk oranlarıdır. Ayrıca belleğin izlenmesiyle CPU'nun performansı hakkında çıkarımlar da yapılabilir. Bu bildiride, havacılık uygulamaları için sahada programlanabilir kapı dizileri (FPGA'lar) kullanan bir izleme araştırması sunulmaktadır. Simülasyon ortamında iki FPGA kullanımının konfigurasyonu dikkate alınarak çalışmalar yapılmış ve başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Kullanılan FPGA'lardan biri CPU'yu ve CPU tarafından kullanılan önbelleği temsil ederken, diğer FPGA izleme görevine sahiptir.

Anahtar Kelimeler

• Sahada programlanabilir kapı dizileri(FPGA)
• İzleme
• Havacılık Uygulaması
• Güvenilirlik
• Hafızaların Doluluk Oranları

Tracing Research Using Field Programmable Gate Arrays for Aviation Applications

Öz

Multicore operating system is becoming more significant topic in the developing aviation industry due to the high performance they provide. However, it also brings some difficulties that slow down these developments. Multicore processors are expected to be deterministic and have high reliability because they take on critical tasks in avionic systems. Authorities working in this direction recommend monitoring real-time CPU performances externally with a different system. Interpreting the information obtained at the time of operation and making inferences about the performance of the system is among the suggestions of this authorities. One of the reasons why multi-core processors are not reliable is the conflict experienced due to the common cache memories they use. Therefore, one of the information that needs to be obtained in the reliability is the occupancy rates of the memories used by the CPU. In addition, inferences can also be made about the performance of the CPU by monitoring the memory. In this paper, a tracing research using field programmable gate arrays (FPGAs) for aviation applications is presented. Successful results were obtained by carrying out studies considering the configuration of using two FPGAs in the simulation environment. One of the FPGAs represents the CPU and the cache memory used by the CPU and the other FPGA has the task of monitoring.

Anahtar Kelimeler

• Field Programmable Gate Arrays (FPGA)
• Tracing
• Aviation Applications
• Reliability
• Occupancy rates of the memories

Kaynakça

1. Anvar, S., Gachelin, O., Kestener, P., Provost, H. L., & Mandjavidze, I. (2006). FPGA-based system-on-chip designs for real-time applications in particle physics. IEEE Transactions on Nuclear Science, 53(3), 682-687. doi:10.1109/tns.2006.875076.
2. Atitallah, R. B., Viswanathan, V., Belanger, N., & Dekeyser, J. (2018). FPGA-Centric Design Process for Avionic Simulation and Test. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 54(3), 1047-1065. doi:10.1109/taes.2017.2733858.
3. Certification Authorities Software Team, “Multi-core Processors - Position Paper CAST-32A,” 2016.
4. Freitag, J. (2020). Virtual Timing Isolation Safety-Net for Multicore Processors. Dissertation, Universitat Augsburg University.
5. Lie, W., & Feng-Yan, W. (2009). Dynamic Partial Reconfiguration in FPGAs. 2009 Third International Symposium on Intelligent Information Technology Application. doi:10.1109/iita.2009.334.
6. Xilinx, “Aurora 8b/10b protocol specification 2010.” http://www.xilinx.com/support/documentation/ip_documentation/aurora_8b10b_protocol_spec_sp002.pdf.
7. Yan, D. (2012). FPGA Platform for Debug. Master Thesis, Department of Electronic Systems, School of Information and Communication Technology, Kungliga Tekniska Högskolan.
8. Zheng, W., Marzwell, N., & Chau, S. (n.d.). In-System Partial Run-Time Reconfiguration for Fault Recovery Applications on Spacecrafts. 2005 IEEE International Conference on Systems, Man and Cybernetics. doi:10.1109/icsmc.2005.1571763.