ג’רמי מישל, חברת DT2E
ארכיטקטורת NI FlexRIO מאפשרת שילוב קל, תוכנות יעודיות וחומרה במערכות בדיקה.
האתגר
פיתוח משאבי תיקוף (validation) לערוצי תקשורת תעופתית עבור הציוד המיוצר ע”י חברת תאלס אוויוניקס (Thales Avionics).
הפתרון
שימוש במודולים של (National Instruments) מסוג NI FlexRIO וביכולות החישוב של רכיבי FPGA משובצים במקביל עם מתאמים יעודיים ליישום, אפשרו לחברת תאלס אוויוניקס לנהל מערכות אלקטרוניות יעודיות. החברה ניצלה גם את היתרונות של פלטפורמות סקלבליות בתצורת PXI וזאת ע”י שימוש בסלי כרטיסי PXI ובבקרי זמן אמת המנוהלים על ידי NI Real-Time Hypervisor, המסוגלים להריץ לינוקס ו-LabVIEW Real-Time במקביל.
בדיקות ותיקוף במערכות אוויוניות
למערכות אוויונית ואירונאוטיות יש אורך חיים מאוד ארוך, היכול להגיע לכמה עשרות שנים. במשך כל תקופת השימוש במערכות חשוב לתחזק את מערכות הבדיקה במצב פעולה תקין על מנת שיהיו אפקטיביות. החברה החליטה להשתמש במוצרי חומרה ותוכנה מסחריים “מן המדף” על מנת לענות על צרכי מערכות הבדיקה והתיקוף, ובחרה בפלטפורמה המבוססת על טכנולוגיות NI PXI על מנת להבטיח את היכולות המודולריות והסקלאביליות הנדרשות בסוג זה של יישומים.
ברוב המקרים כרטיסים סטנדרטיים ומשאבים אחרים יכולים לענות על רוב הדרישות. אולם לצורך יצירת או הרכשת אותות בעלי מאפיינים לא סטנדרטיים, ועבור ערוצי תקשורת “אקזוטיים” יש צורך לפתח משאבים יעודיים.
הגיוון של סביבות מודולריות
סביבת הבדיקות של החברה מבוססת על בקרי PXI המריצים את NI Real-Time Hypervisor. הודות לכך ניתן להריץ במקביל מערכות הפעלה מסוג לינוקס ומערכת הפעלה לזמן אמת של . על מנת לענות על צרכיה ביצעה החברה אופטימיזציה של מערכת ההפעלה לינוקס כך שתוכל להתממשק לסימולציות של מערכות אוויוניקה. בקרי זמן אמת של NI, המריצים יישומי
LabVIEW Real-Time משמשים לצורך בקרה של מכשור ומשאבים יעודיים אחרים. מחשב PC נפרד המריץ מערכת הפעלה “חלונות” מבקר את כל מערכות ההפעלה. תוכנת הבדיקות, המבוססת על NI TestStand, שולחת אותות TCP/IP ובקשות שיתוף רשת לכל סביבות העבודה כך שהמשתמש יכול לבקר את כל משאבי מערכת הבדיקה באמצעות ממשק משתמש ידידותי יחיד.
מממשק משתמש אל המשאבים
על מנת לענות על צרכי תיקוף יחודיים של ערוצי תקשורת תעופתיים קיימים, שמערכות הבדיקה ההסטוריות היעודיות שלהם הפכו למיושנות ויצאו מן השימוש, חברת DT2E מציעה פתרון המבוסס על טכנולוגיית NI FPGA. פתרון זה מבוסס על מודולים מסוג NI FlexRIO שיתרונם הוא בכך שניתן לשלבם באופן ישיר בסביבת הבדיקה מבוססת PXI של החברה. למודולים אלה יתרונות נוספים, כגון כח החישוב של רכיבי ה-FPGA שבהם, המשולב בזיכרונות מהירים, ומתאם ממשק מודולרי לאותות I/O ספרתיים לצורך יצירת חיבורים אלקטרוניים יעודיים. יתר על כן, החברה השתמשה במשתנים משותפים על מנת לסייע בשילוב מודולים בסביבת הבדיקות. המשתנים המשותפים עוברים מממשקי משתמש במערכות “חלונות” אל ה-FPGA שמריץ תוכנת בדיקות יעודית.
ממפרט לבדיקה
הסימולציות ונתוני התיקוף מוגדרים
ב-XML, שהוא פורמט הקבצים שבו החברה משתמשת לאיפיון קודים של מערכות משובצות במערכות הבדיקה מתוצרתה. השימוש באותו פורמט בכל מרכיבי המערכת מקטין את זמן ההמרה של יישומי הבדיקה ומקטין את הסיכוי לקבל שגיאות תרגום. קבצי האיפיון הללו מומרים כווקטורים שיכולים להיות סטטיים והן דינמיים, בתלות באופן הגדרתם בקבצי XML.
ארכיטקטורה פתוחה
ארכיטקטורת FlexRIO של נשיונל אינסטרומנטס מאפשרת שילוב קל של תוכנה וחומרה. החברה פתחה תוכנת FPGA משובצת באמצעות מודול LabVIEW FPGA. עבור חומרה יעודית המחוברת למודל של הפנל הקדמי (כגון DAC ו-ADC) פותח קוד ניהול ישירות ב-VHDL ברמה נמוכה. הקוד של LabVIEW FPGA מיועד לניהול תחלופת אותות עם תוכנות זמן אמת, ניהול זיכרונות לגישה ישירה, ותזמון יישומי הבדיקה. חברת DT2E פתחה מודול המתאם בין אותות התחום הספרתי לתחום האנלוגי ולהיפך (DAC ו-ADC). והיות והמודול הוא קטן מימדים, אפשר היה לשלבו באופן ישיר בלוח הקדמי של מודול FlexRIO ובאופן זה הוא השתלב למעשה בסל כרטיסי PXI.
דיוק גבוה, מימדים זעירים
המערכת שהחברה פיתחה הצליחה להתגבר על מספר רב של אילוצים.
מבחינה מכנית, קל להתממשק עם הלוח הקדמי של מערכות PXI ועל ידי כך נדרש מקום מינימלי במערך הבדיקה הסופי. התוכנה הנה תוכנה פתוחה וניתנת להרחבה בקלות, וסביבת הפיתוח הנה ידידותית למשתמש. מבחינה פונקציונלית, רמות המשוב של אותות הבקרה במערכת זמן אמת מסייעים למערכת להשיג דיוק מירבי ביצירת האותות, בשליטה בשינויי טמפרטורה, שינויי התנגדות והתיישנות רכיבים.
הכתבה נמסרה באדיבות חברת נשיונל אינסטרומנטס.
