Современные операционные системы реального времени для перспективной авионики

Сергей Золотарев

Быть конкурентоспособным - главная задача, стоящая перед всеми субъектами рынка авионики на мировом рынке. И российские предприятия - не исключение. В современной России отечественные производители авионики и их потребители -полноправные субъекты локальной и международной конкуренции за авиационные заказы.

Близкая перспектива вступления России в ВТО, рыночные законы генерации новых поколений авиационных систем, диктующие необходимость сокращения сроков разработки и производства, обеспечения современного функционала, надежности и качества на фоне недостаточных кадровых, временных и финансовых ресурсов, - вот неполный перечень задач, требующих постоянного внимания.

Создать конкурентоспособную отечественную военную и гражданскую авионику, гарантировать долговременный успех этого бизнеса невозможно без грамотного учета новейших общемировых бизнес-тенденций и инженерных достижений в области современных встраиваемых компьютерных технологий, как аппаратных, так и программных.

Отечественные разработчики остро чувствуют необходимость использования наиболее распространенных, открытых, развитых и апробированных стандартных компьютерных технологий с целью существенного сокращения затрат и времени вывода на рынок законченных изделий мирового уровня. Недооценка этих факторов гарантирует только одно: постоянно ускоряющееся отставание от наиболее развитых стран мира на фоне крупных финансовых и временных затрат с минимальным конечным результатом.

Невозможно строить перспективную авионику, базируясь на идеологиях ведения бизнеса и технологиях (как аппаратных, так и программных) далекого прошлого. Идеология использования закрытых, слабо развитых, не отвечающих современным уровням стандартизации и сертификации любых отечественных или зарубежных базовых компьютерных технологий для авионики никогда не обеспечит необходимой основы для достижения конкурентоспособного уровня отечественных продуктов.

Современные операционные системы реального времени (ОСРВ) - вот важнейший, ключевой технологический фундамент, на котором строится весь вычислительный процесс систем управления в постоянно усложняющихся авиационных системах, в том числе бортовых. В последние годы эксперты в области ОСРВ во всем мире, в том числе в России, отмечают появление нового класса ОСРВ, специально разработанных для применения в авионике. Во многом это связано с концепцией интегрированной модульной авионики (ИМА). Именно сейчас российские производители программного обеспечения для перспективной авиационной техники имеют реальные шансы воспользоваться плодами технического прогресса в этой области как результата международного разделения труда.

Операционные системы и интегрированная модульная авионика

В силу экономических причин и адекватности свойств современных ОСРВ темпы их применения в гражданской и военной авионике будут возрастать во всех странах, претендующих на роль лидеров в авиационной отрасли. Технологическое лидерство LynxOS-178 на мировом рынке, вне всякого сомнения, имеет все шансы предоставить отечественным разработчикам не меньший набор конкурентных преимуществ, чем имеют их коллеги-конкуренты в Азии, Европе или Америке.

В настоящее время авиационная промышленность разрабатывает новый подход, получивший название интегрированная модульная авионика. Разработка его ведется как в России, так и во всех развитых странах мира. Как результат этой работы в рамках RTCA Special Committee 200 и EUROCAE Working Group 60 подготовлен проект стандарта по формализации концепции ИМА (Integrated Modular Avionics -IMA Development Guidelines and Certification Considerations).

Концепция ИМА диктует жесткие требования к системным программным платформам, способным адекватным образом реализовать потенциал новой парадигмы архитектуры аппаратно-программной поддержки. Основная мотивация при ее создании - найти такие программно-аппаратные решения, которые позволят устранить недостатки традиционной архитектуры за счет значительного сокращения распределенных в пространстве информационно-управляющих ресурсов и сосредоточения вычислительного процесса в нескольких высокоинтеллектуальных, чрезвычайно надежных, защищенных и отказоустойчивых вычислительных модулях. При таком подходе интеграция понимается как разделение ресурсов (источников питания, процессоров, памяти, коммуникационных шин, подсистем связи и ввода-вывода) между несколькими вычислительными модулями. Программное обеспечение (и в первую очередь операционные системы реального времени) играет ключевую роль в успешной реализации концепции ИМА.

Как следствие этого, большинство системных аналитиков в мире констатируют бурный рост рынка ОСРВ, встраиваемых ОС и сервисов для авионики (гражданской и военной).

Современные требования к программным решениям для перспективной авионики

Несмотря на продолжающееся использование в авионике внутрифирменных специализированных аппаратных и программных средств, несомненным фактом стало повсеместное расширение доли COTS-решений, и в том числе коммерческих ОСРВ. Совершенно новым в последние 5 лет стал успешный выход на рынок коммерческих ОСРВ, ориентированных на применение в авионике. Авионика - одна из наиболее развитых и теоретически проработанных отраслей ИТ-индустрии с хорошо формализованными сложнейшими требованиями к аппаратным и программным средствам. Вот основные:

• ОСРВ должны соответствовать ключевым отраслевым, национальным и международным стандартам, таким, как POSIX, DO-178B, DO-255, ARINC-653, MILS, Common Criteria for Information Technology Security Evoluation. Многие из зарубежных стандартов имеют аналоги в России. Стандарт DO-178 Software Consideration in Airborne Systems and Equipment Certification поддерживается ассоциацией RTCA (Radio Technical Commission for Aeronautics) и определяет общие требования к разработке и сертификации ПО для авионики. ARINC-653 (Avionics Application Software Standard Interface) выпуска корпорации ARINC (Aeronautical Radio, Inc.) определяет концепцию изолированных разделов на основе универсального программного интерфейса APEX между операционной системой авиационного компьютера и прикладным ПО. 
  
• ОСРВ должны обеспечивать высокую степень "живучести" системы так, чтобы при отказе какой-либо части программного обеспечения другая продолжала нормально функционировать, и гарантировать отсутствие общего отказа системы. 
  
• ОСРВ должна удовлетворять чрезвычайно жестким требованиям по качеству программного   обеспечения,   которое должно иметь доказанное качество на основе всесторонней сертификации всех этапов жизненного цикла изделия.
  

В системе должны быть предусмотрены средства защиты и разграничения доступа к наиболее важной информации.

• Обеспечивать возможность многократного использования программного обеспечения без повторной сертификации с целью снижения стоимости чрезвычайно дорогостоящего этого процесса - сертификации FAA и иных национальных организаций. 
  
• Доступность для пользователей-разработчиков не только исходных текстов ОСРВ, но и исходных текстов систем разработок и отладки, максимально полного набора артефактов - сертификационных документов.
  

Не принципиальный, но чрезвычайно важный и ряд иных требований:

• способность работы на различных аппаратных  процессорных  платформах: PowerPC, x86 и др.; 
  
• наличие API, позволяющего обеспечивать двоичную совместимость с продуктами операционной системы Linux; 
  
• возможность поддержки как кросс-среды разработки на стандартных платформах типа Windows, Linux, так и среды самой ОСРВ; 
  
• наличие мощных локальных поддерживающих инженерных ресурсов в зоне работы предприятия-изготовителя авионики.
  

Без адекватного исполнения этих сложных требований практически невозможна реализация концепции ИМА и, как следствие, создание перспективной авионики, имеющей долговременную конкурентоспособность на мировом рынке. Равным образом сегодня чрезвычайно дорого и экономически нецелесообразно разрабатывать современную специализированную ОС для авионики на предприятии-изготовителе, отвечающей всем перечисленным требованиям, каким бы мощным оно ни было. Это главная причина того, почему все мировые авиастроители выбирают коммерческие, развитые ОСРВ для своих действующих и перспек-тивых проектов.

Коммерческие ОСРВ для авионики

В настоящее время на мировом рынке наличествует несколько коммерческих ОСРВ для авионики от ведущих мировых компаний,   таких,   как   LynuxWorks, WindRiver, Green Hills. Большинство из них - специализированные версии для применения в авионике, построенные на базе новейших версий ОСРВ общего назначения, таких, как LynxOS, VxWorks, Integrity. Нет сомнений, что такой подход абсолютно оправдан, так как является развитием лучших технологических достижений из области общегражданских, общепромышленных программных технологий, результаты применения которых подтверждены миллионами реально работающих приложений. Среди коммерческих ОСРВ, которые полностью или частично удовлетворяют изложенным выше требованиям и которые сертифицировались по стандарту DO-178B в составе авиационных изделий военного и гражданского назначения, необходимо назвать следующие ОСРВ (см. таблицу)

Таблица 1. 

Новый подход к проблеме сертификации ОСРВ для авионики

В декабре 2004 года Федеральным агентством по гражданской авиации США (FAA) был опубликован документ "Рекомендательный циркуляр АС 20-148. Программное обеспечение многократного использования" (Advisory Circular AC 20-148. Reusable Software Components - RSC), в котором изложен новый подход к сложнейшей проблеме сертификации программного обеспечения для авионики. Ключевая особенность этого подхода заключается в том, что вводится новое понятие - "программное обеспечение многократного использования". Оно должно пройти процедуру сертификации по значительно более высоким критериям! Но, с другой стороны, прохождение этой процедуры и получение от FAA RSC-серти-фиката в последующем позволяет разработчикам авионики больше не сертифицировать RSC-компоненты. Применительно к операционной системе такими потенциальными RSC-компонентами могут рассматриваться ядро ОСРВ, библиотеки, сетевые протоколы, средства процессорной абстракции. Кроме того, если раньше сертификация ПО допускалась только в составе конкретного авиационного изделия (аппаратных средств), то методология АС 20-148 позволяет сертифицировать его вне аппаратной платформы. 

"Ни одна операционная система в мире не обладает сегодня столь же мощным набором конкурентных преимуществ для создания перспективной авионики гражданского и военного назначения, как LynxOS-178. Все базовые характеристики ОСРВ подтверждены не только в результате сложнейших процедур независимыми экспертизами отраслевых государственных и негосударственных организаций, но и успешной практикой реальных инсталляций. Именно поэтому LynxOS-178, построенная на принципах открытости и совместимости, столь привлекательна для современной авионики". 
Сертифицированный эксперт FAA Джозеф Влад

Такой подход позволяет разработчикам авионики значительно сократить время и стоимость разработки новых авиационных систем.

Широкое применение концепции RSC -один из базовых методов в архитектуре ИМА, и формализация RSC будет входить составной частью в разрабатываемый в рамках RTCA стандарт для ИМА. В этом контексте наличие сертификата RSC у ОСРВ - важнейшее конкурентное преимущество по сравнению с другими ОСРВ, особенно применительно к ИМА. В настоящее время первой и единственной ОСРВ в мире, прошедшей сертификацию как RSC-компонента, является ОСРВ LynxOS-178.

Само по себе наличие сертификата RSC от FAA гарантирует, что все компоненты ОСРВ были самым тщательным образом проверены в рамках дорогостоящей и сложнейшей государственной, не част-нофирменной, системы сертификации!

LynxOS-178 - ОСРВ номер один для перспективной авионики

В силу многообразных технологических достоинств и поддерживаемой эффективной бизнес-модели работы на мировом рынке ОСРВ LynxOS-178 рассматривается экспертами как операционная система номер один для генерации нового поколения авионики на международном рынке, в частности в России.

Вот что говорит один из ведущих мировых специалистов в области ОСРВ для авионики, сертифицированный эксперт FAA Джозеф Влад: "Ни одна операционная система в мире не обладает сегодня столь же мощным набором конкурентных преимуществ для создания перспективной авионики гражданского и военного назначения, как LynxOS-178. Все базовые характеристики ОСРВ подтверждены не только в результате сложнейших процедур независимыми экспертизами отраслевых государственных и негосударственных организаций, но и успешной практикой реальных инсталляций. Именно поэтому LynxOS-178, построенная на принципах открытости и совместимости, столь привлекательна для современной авионики".

LynxOS-178 наиболее полно отвечает всем перечисленным требованиям ОСРВ для авионики. Объем сертифицированного кода по DO-178B (высший уровень "А") у LynxOS-178 более чем в пять раз превышает аналогичные показатели конкурирующих продуктов, что гарантирует не только высшие показатели надежности, но и максимально снижает затраты на прохождение процедуры сертификации по DO-178B.

Отечественные аналитики отмечают также наиболее недорогую бизнес-модель распространения LynxOS-178 на локальном рынке вместе с наиболее развитой в России службой технической поддержки и мощными программистскими ресурсами дистрибьюторского канала (ЗАО "РТСофт") для обеспечения всех сервисов по разработке BSP и иного дополнительного системного и прикладного ПО.

Заключение

В силу экономических причин и адекватности свойств современных ОСРВ темпы их применения в гражданской и военной авионике будут возрастать во всех странах, претендующих на роль лидеров в авиационной отрасли. Технологическое лидерство LynxOS-178 на мировом рынке, вне всякого сомнения, имеет все шансы предоставить отечественным разработчикам не меньший набор конкурентных преимуществ, чем имеют их коллеги-конкуренты в Азии, Европе или Америке.

Об авторе: Сергей Золотарев сотрудник отдела программных продуктов компании RTSoft
Статья была опубликована в журнале Военный парад 6/2006 и на сайте rtsoft.ru
Помещена в музей с разрешения редакции 30 июня 2018