Méthode de conception dirigée par les modèles pour les systèmes avioniques modulaires intégrés basée sur une approche de cosimulation

Dans l'industrie aérospatiale, le développement des systèmes devient de plus en plus complexe. Dans ce contexte, l'architecture avionique modulaire intégrée (IMA) a été conçue pour remplacer son prédécesseur - l'architecture fédérée, afin de réduire le poids, la puissance dissipée et la dimension des appareils. Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire, dans le cadre du projet en avionique AVIO509, proposent un ensemble de solutions efficaces en termes de temps et de coût pour le développement et la validation fonctionnelle des systèmes IMA. Les méthodologies présentées se concentrent principalement sur deux flots de conception basés sur : 1) le concept de l'ingénierie dirigée par les modèles et 2) une plateforme de cosimulation. Dans le premier flot de conception, le langage de modélisation AADL est utilisé pour décrire une architecture IMA, alors que l'environnement OCARINA pour la génération de code certifié (e.g., POK), va être étendu pour permettre la génération de modèles haut niveau simulables par l'environnement commercial SIMA (un simulateur d'applications IMA conforme aux normes ARINC 653). Dans le deuxième flot de conception, Simulink est choisi pour simuler le monde externe du module IMA grâce à la disponibilité d'une libraire de l'avionique qui offre des capteurs et actuateurs, et aussi grâce à son efficacité pour créer les modèles. La plateforme de cosimulation est donc composée de deux simulateurs: Simulink pour la simulation de périphériques et de SIMA pour la simulation des applications IMA. Ceci représente une alternative idéale aux environnements de développement commerciaux, de nos jours très dispendieux. Pour permettre la portabilité, une partition SIMA est réservée pour jouer le rôle d' « adaptateur ». Ici, l'adaptateur est responsable de synchroniser la communication entre les deux simulateurs via le protocole TCP/IP. Seul l'« adaptateur » devra donc être modifié lorsque l'application est portée vers la plateforme de l'implémentation (e.g. PikeOS), puisque la communication interne et la configuration des systèmes restent les mêmes. À titre d'étude de cas, une application avionique a été développée dans le but de démontrer la validité des flots de conception. La recherche proposée dans ce mémoire est une continuité de projets de l'équipe de recherche AVIO 509, et parallèlement pourra être étendue dans le cadre des travaux futurs.

Abstract

In the aerospace industry, with the development of avionic systems becomes more and more complex, the integrated modular avionics (IMA) architecture was proposed to replace its predecessor – the federated architecture, in order to reduce the weight, power consumption and the dimension of the avionics equipment. The research work presented in this thesis, which is considered as a part of the research project AVIO509, aims to propose to the aviation industry a set of time-effective and cost-effective solutions for the development and the functional validation of IMA systems. The proposed methodologies mainly focus on two design flows that are based on: 1) the concept of model-driven engineering design and 2) a cosimulation platform. In the first design flow, the modeling language AADL is used to describe the IMA architecture. The environment OCARINA, a code generator initially designed for POK, was modified so that it can generate avionic applications from an AADL model for the simulator SIMA (an IMA simulator compliant to the ARINC653 standards). In the second design flow, Simulink is used to simulate the external world of IMA module thanks to the availability of avionic library that can offer lots of avionics sensors and actuators, and as well as its effectiveness in creating the Simulink models. The cosimulation platform is composed of two simulators: Simulink for the simulation of peripherals and SIMA for the simulation of IMA module, the latter is considered as an ideal alternative for the super expensive commercial development environment. In order to have a good portability, a SIMA partition is reserved as the role of « adapter » to synchronize the communication between these two simulators via the TCP/IP protocol. When the avionics applications are ported to the implementation platform (such as PikeOS) after the simulation, there is only the « adapter » to be modified because the internal communication and the system configuration are the same. An avionics application was developed as a case study, in order to demonstrate the validation of the proposed design flows. The research presented in this paper is a continuation of project of the AVIO509 research team, and parallelly may be extended in the future work.