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Wind River:什么是FACE未来机载能力环境

了解这种用于军用航空解决方案的开放系统方法,能够更快、更经济地交付软件定义的功能。

原文地址:https://www.windriver.com/solutions/learning/face
编者注:这是风河公司产品宣传相关材料,依然可以作为理解FACE的概述材料。

什么是FACE

FACE未来机载能力环境(Future Airborne Capability Environment)是政府和行业之间的合作,它创建了一个软件标准,为军用航空解决方案提供开放系统方法,更快、更经济地向最终用户提供软件定义的能力。FACE业务战略为大型和小型软件供应商建立了一个平衡的竞争环境。

FACE定义了一个基于标准的参考架构,用于模拟和改进DoD军用飞机。它由FACE联盟(Open Group FACE Consortium)管理,Wind River是其创始成员。FACE参考架构提高了跨硬件平台的互操作性和可移植性,并通过定义设计原则(例如跨模块化软件的标准化接口)来帮助组件重用。它标志着为每种飞机模型创建一次性软件的做法的终结,取而代之的是支持一个通用的操作环境,在该环境中,软件开发人员理论上可以创建和部署应用程序,以供在任何军用航空系统中使用。

FACE技术标准

FACE联盟的一个关键功能是使能支持FACE架构的软件生态系统。该支持包括通过指定认证机构验证和证明符合FACE技术标准的工具和流程。一旦软件组件收到其FACE一致性认证,它就可以包含在FACE注册表(Registry)中。然后它被称为“一致性单元”(unit of conformance,UoC)。架构师可以选择和使用具有给定航空电子解决方案的多个UoC。

满足FACE技术标准需要通过FACE一致性验证(Conformance)流程。FACE一致性验证确认了正确使用定义的FACE接口的以及准确遵循FACE参考架构,帮助供应商满足全球航空电子软件快速集成和部署的新时代的需求。

在安全、安全扩展或安全配置(Profiles)下实现FACE一致性的一种关键方法是确保航空电子解决方案指定一个分区操作环境,以防止工作负载之间的干扰。

“FACE联盟的努力表明了在开放式架构、MBSE和高效系统集成领域的愿景和自我激励。FACE标准代表了我们正在推动的转变,并开启政府和行业合作的新时代。”——美国陆军联合多用途直升机(JMR)项目主任Dan Bailey

这一要求对于混合关键性系统以及在更换模块化软件组件时最大限度地减少中断的隔离特别重要。处理核心之间基于硬件的隔离通常必须通过操作系统和虚拟化级别的软件措施来增强,这些措施由 Wind River 的FACE-conformant产品提供。

FACE架构

FACE标准的概念是提供基于层(segments)的参考架构,可以组合以满足最终的系统要求。以层为基础分割变化,包括应用程序代码,使系统架构师能够灵活地设计和构建终端系统。FACE提供了这些层之间的逻辑接口,以实现可移植性和重用性。

FACE架构

这五个部分是:

  • 操作系统层(OSS):基础服务由操作系统提供。其余四个部分依赖于OSS;

  • 可移植组件层(PCS):这提供了功能或业务逻辑;

  • 传输服务层(TSS):该段提供通信服务;

  • 平台特定服务层(PSSS):它提供平台服务,例如数据服务、日志记录、健康管理和图形(带有GPU接口);

  • I/O 服务层(IOSS):该段将接口标准化为I/O设备;

OSS 配置

构建系统的关键是这些部分之间的接口,由FACE技术标准定义。对于OSS,重点是支持的应用程序编程接口(API)以及它们适合不同配置的方式。 

FACE Operating Systems Profiles

这些配置包括安全性、安全性和通用性:

  • 安全性:此配置是最受限制的,并且具有用于高保证应用程序的最小API集。

  • 安全性:此配置是安全性配置的超集,具有更多API。它适用于需要安全认证的应用程序,并具有两个进一步的子配置:基本和扩展。

  • 通用性:此配置具有最多的API,并支持不一定需要实时或确定性响应的应用程序。

为了保持不同FACE组件供应商之间的通用性,我们针对这些API集对解决方案进行了测试并获得了一致性认证。

分区

FACE技术标准还要求支持分区,具体取决于所讨论的配置。这种技术用于许多类型的计算系统。分区支持模块化,包括支持综合模块化航空电子系统(IMA)的概念。

不同应用程序的分区提供的隔离特性对于实现FACE标准的承诺至关重要,原因有二。首先,互操作性和平滑集成需要隔离,以便在将新的独立功能添加到系统时不会因意外交互而出现意外。其次,混合关键性系统(mixed-criticality systems)的认证建立在分区的隔离之上。

通用配置使用空间分区,而安全和安全配置需要时间和空间分区。这些要求源于ARINC 653安全攸关系统(safety-critical system)航空电子设备安全配置标准。

无性能要求

FACE标准有意避免规定应用程序的性能,而是专注于具有定义行为的标准接口。这种开放标准方法使竞争环境更加公平。所有供应商必须使用相同的API,然后必须在性能、质量、工具支持和适航认证深度等特性上展开竞争。 

例如,多个供应商可能会提供经过认证符合FACE技术标准的FACE OSS,每个供应商都提供相同的预期API来与系统的其他元素交互。但是,不同供应商生产的系统之间的时序特性(例如响应时间或分区窗口抖动)可能会有很大差异。一些供应商可能会提供一揽子飞行认证工件,而另一些则不提供,并且与OSS相关的工具生态系统的强度可能因供应商而异。

FACE愿景

FACE联盟是一个由90多个政府和行业组织组成的自愿共识标准机构,其愿景是通过消除特定平台、紧耦合的设计以及独特和禁止跨平台重用和系统间互操作性的封闭接口。联盟成员共同努力解决无数的技术和业务挑战,并转变了这些流程和系统,重点是开放架构和开放组件接口被多个服务和机构广泛采用。

FACE为国防部DoD航空电子系统的可移植、基于能力的应用程序建立了一套开放标准,具有以下特点:

开放式架构和通用数据模型;

经商业航空航天业证明的IMA方法;

超过100种现有的航空航天和国防标准在使用中;

对可移植、模块化、分区、可扩展、可扩展、安全和可靠的组件的方法支持;

测试和一致性的基础,以降低集成风险并最大限度地提高应用程序之间的互操作性;

The FACE Vision

DoD的任何军用航空电子设备承包商都应该已经熟悉FACE技术和业务标准。美国是最大的航空电子市场,在50多个具有FACE要求的公共政府采购中规定了FACE要求。美国空军、陆军、海军/NAVAIR、DARPA和特种作战司令部也有多项具有FACE要求的非公共采购。FACE标准现已在美国军事采购行动中根深蒂固。一些外国军队和商业航空航天平台也在FACE上进行标准化。

Wind River能提供什么

风河完全支持30多家军用航空电子设备供应商的全球标准化工作,以创建开放平台,以便在关键航空电子系统上快速集成广泛的传统和新应用程序。作为FACE联盟的创始成员,风河提供安全可靠的平台,支持FACE参考架构的通用、安全和安保操作系统配置。

风河通过拥有第一个商业现货(COTS)操作系统产品来实现这一重要的FACE认证里程碑,肯定了其在值得信赖的、经过认证的FACE合规产品市场的领导地位。该认证使 VxWorks 653开创了开放架构航空电子设备的新时代,服务于全球航空电子设备社区。

FACE通用配置(FACE General Purpose Profile),3.0版

Wind River Linux完全符合 POSIX 1003.1-2008,完全符合FACE通用配置,可在基于标准的基础上支持广泛的应用程序。

FACE安全配置(FACE Safety Profile),2.0版

对于具有严格安全性和/或ARINC 653时间和空间划分要求的应用,Wind River VxWorks 653平台是满足FACE安全配置 2.0 版的选择。VxWorks 653是市场领先的ARINC 653平台解决方案,有超过220家客户在100多种飞机上的360多个项目中使用VxWorks 653,它将支持在FACE平台上部署广泛的商业和军事应用。

FACE技术标准(FACE Technical Standard),3.0版

Wind River Helix虚拟化平台已符合最新的FACE技术标准3.0版。该认证将Helix平台确立为支持FACE安全基础和安全配置的OSS。

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