Avionics Certifiable Ethernet ACE

Technologien

Embedded Systems, Ethernet, FPGA, Avionics

Ziele

Entwicklung des Media Access Controller (MAC) für das Avionics Certifiable Ethernet ACE nach den Sicherheitsstandards RTCA DO-254 und FAA CAST-33 mit der maximal zulässigen Fehlerwahrscheinlichkeit der Stufe DAL A.

Ausgangslage

Die Firma Mercury Mission Systems International in Lancy entwickelt elektronische Baugruppen für den Einsatz in der Luftfahrt. In modernen Flugzeugen ist Ethernet für den kompletten Informationsaustausch verantwortlich. Im Gegensatz zum herkömmlichen Ethernet-Standard AFDX, soll das neue «Avionics Certifiable Ethernet» oder ACE schneller, einfacher und kostengünstiger sein.

Vorgehensweise

Das Institut für Sensorik und Elektronik FHNW erarbeitet und verfeinert die Prozesse für die Entwicklung eines FPGA-Bibliotheks-Elements (sogenannter «IP-Core»). Nach einer gründlichen Schulung wurde zuerst eine komplette Prozesslandschaft mit allen nötigen Dokumenten, Reviews und Checks definiert. Diese Prozesslandschaft diente nun als Richtschnur für die Bearbeitung der einzelnen Prozessphasen, die einem «doppelten V-Modell» folgten. Das Doppel-V bezieht sich dabei darauf, dass zuerst die verlangte Funktion prototypisch erarbeitet wird und im Labor funktional überprüft wird. Basierend auf diesem Prototyp wird anschliessend die eigentliche Produkt-Spezifikation erstellt, daraus das Produkt entwickelt und getestet.

Zu den besonderen Herausforderungen bei der Entwicklung gehört die Sicherung der Schaltung gegen Störungen durch ionisierende Strahlung. Consumer-Anwendungen auf Meereshöhe haben kaum Probleme mit Änderungen des Zustands von Speicherzellen und Registern als Folge eines Beschusses durch ionisierende Partikel. Der Effekt einer Zustandsänderung wird als Single Event Upset (SEU) bezeichnet. Da ein SEU nicht an jeder Stelle gleich grossen Schaden anrichtet, muss zuerst die Auswirkung jedes einzelnen SEU in den diversen Funktionsblöcken und den verschiedenen Speicherzellen ermittelt und dessen Risiko bestimmt werden.