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Airbus A3R completes certification - Japan
ウインドリバーのセーフティクリティカルマルチコアプラットフォームを使用し、エアバスの自動空中給油（A3R）システムが安全認証を取得
Jan 24, 2023 • 航空宇宙・防衛著者：Paul Parkinson
エアバスのA330空中給油・輸送機（MRTT）が、世界で初めて日中の自動空中給油（A3R）機能で安全認証を取得しました。おめでとうございます。これは大きな成果であり、ウインドリバーが、そのプロセスの中で、重要な役割を果たすことができたことを光栄に思います。（詳細はニュースをご覧ください）
A3Rは、空中給油システムの進化における重要マイルストーンです。自動化されたシステムは、より効率的なオペレーションを可能にし、空中給油オペレーター（ARO）の作業負荷軽減、給油作業特有のリスク軽減、空中での給油速度の最適化を実現します（詳しくはエアバスのビデオで紹介されています）。
A3Rの強化された機能は、高度なテクノロジーにより受油機の形状と給油口を識別し、高高度飛行中でも接続と給油を自動で行うことができます。
この開発でエアバスは、スペイン国立航空宇宙技術研究所（INTA）を通じて、マルチコアプロセッサ上の複数のコアで同時に動作する複数のED-12C / DO-178C DAL Aアプリケーションを含む複雑なユースケースの実装と認証を取得しました。また、エアバスは、EASAとFAAが共同で発表したCAST-32A（現AM(C) 20-193）の要件も満たしています。これは、マルチコアプロセッサの他のプロセッサコアを停止させ、シングルコアのみで実行させる他のセーフティクリティカルアビオニクスシステムと比較して、非常に大きな前進と言えます。
マルチコアセーフティクリティカルアビオニクスの誕生
この自動化には、極めて高い処理能力を必要とする高度なアプリケーションが含まれるため、セーフティクリティカルアビオニクスプラットフォームをシングルコアプロセッサからマルチコアプロセッサプラットフォームへ移行する必要があります。この移行により、ARINC 653に準拠した、演算能力を多用するセーフティクリティカルなアビオニクスアプリケーションをより多くホストすることが可能になります。しかし、それによりシステムの複雑性が増し、ディターミニズム、マルチコア環境におけるリソース競合、最悪実行時間（WCET）の解析、安全認証コストの増加などの課題が生じる可能性があります（詳細は「 Assured Multicore Partitioning for FACE Systems」のブログで紹介しています）。
ウインドリバーは以前、エアバスがA330 MRTTに搭載したオリジナルの空中給油ブーム・ システム （ARBS）に、シングルコアプロセッサプラットフォーム上で使用したVxWorks 653 セーフティクリティカルリアルタイムOS(RTOS)プラットフォームを提供しました。ARBSは、複数のセーフティクリティカルレベルで動作する、複数のARINC 653準拠アプリケーションで構成されており、DO-178C DAL A認証を取得しています。
マルチコア認証取得における信頼できるパートナー
ウインドリバーは、エアバスがA3R機能をサポートするためにマルチコアプラットフォームへの移行を決定した際、信頼できるアドバイザーとしてシステムアーキテクチャが正しい方向に向かうよう、マイルストーンの設定や潜在的な障害の特定、認証取得プロセスにおける主要な指標の策定をサポートしました。
エアバスは、既存のARINC653準拠のアプリケーションを、シングルコアプラットフォームで動作するVxWork 653からマルチコアプラットフォームで動作しエコシステムパートナーのグラフィックスが組み込まれたVxWorks 653 マルチコア認証エディションに移植することによりソフトウェアの再利用を達成できました。
航空宇宙、自動車、産業分野のセーフティクリティカルなインテリジェントエッジデバイスに対応するウインドリバーのセーフティクリティカルランタイムプラットフォームの詳細については、以下をご覧ください。
機能安全とは？：https://www.windriver.com/japan/solutions/learning/functional-safety
また、認証取得に関するお問い合わせやご相談は、以下までご連絡ください。
https://www.windriver.com/japan/contact
Avionics in 2023: Using Modern Technology for Secure and Certified Software Development
Customer Success - Bosch MotorsportーJapan
採用事例
課題
モータースポーツの耐久レースでは、ドライバーの安全を確保するために、ハードなリアルタイムエンジン性能が求められます。 また、レースエンジニアが勝利につなげるための膨大な量のマシン間パフォーマンスデータを、リアルタイムで収集し、解釈する必要があります。エンジン制御ユニット（ECU）は、ハードウェアとソフトウェアのアーキテクチャを結合して、車載システムを構築、制御します。このような状況の中、ボッシュは市場シェアを維持するためには、改良された新製品をいち早く市場に投入する必要がありました。
“
”
「ウインドリバーのおかげで、厳しい納期を
守りながら、高度かつ高品質の製品を開発
できました。モータースポーツ用ECUの開発期間を
50％以上短縮できました」
—ボッシュモータースポーツ、ハードウェア開発担当
グループリーダー、マルクス・キルシュナー氏
導入効果
従来、ECUを動かすシステムの開発には、1年半から2年を要していました。ウインドリバーのソリューションとサポートにより、ボッシュは開発期間を50％以上短縮し、同年に開催されたシルバーストーン6時間レース、スパ6時間レース、そしてFIA世界耐久選手権の最高峰であるル・マン24時間レースという3つの主要な世界イベントで優勝しました。ボッシュはVxWorksを活用して、レースエンジニアが競争力を維持しながら車両性能を最適化できるコンポーネントを作り続けています。
Customer Success - Gran Telescopio Canarias-Japan
採用事例
課題
カナリア大望遠鏡（Gran Telescopio Canarias）は、世界最大口径の望遠鏡で、未知の天体を発見するために非常に洗練され、コンピュータ化されたオンボードシステムを利用しています。カナリア大望遠鏡は、大容量で高性能なITアーキテクチャによって制御されています。カナリア大望遠鏡全体に物理的に分散配置された一連のサブシステムは、機能を制御し、風、温度、湿度、部品の歪み、振動などの変数の悪影響を補正します。コンピュータやセンサーなどの相互接続された機器のネットワークが、これらのサブシステムを監視し、均質なユーザーインタフェースを提供します。これらのすべてをリアルタイムで連携させることが鍵となります。
“
”
「ウインドリバーのVxWorksを選んだ理由は、
他のことに煩わされずにアプリケーション開発に
集中できる、安定性の高い、高性能の
リアルタイムOSを必要としていたからです」
— GTCプロジェクト、制御グループリーダー
マルティ・ピ・イ・プイグ氏
アプローチ
スペイン、メキシコ、フロリダ大学の共同研究であるGTC Control Groupは、従来のオペレーティングシステムでは、特定の要件を満たすことができないと判断しました。GTC Control Groupは、望遠鏡の厳しい性能要件をサポートすることができるVxWorks®を選択しました。モーター、エンコーダ、センサー、カメラなどの望遠鏡のサブシステムの多くは、マテリアルレベルでの監視とリアルタイムの結果が求められていました。
導入効果
2009年の「最初の観測」以来、スペイン、メキシコ、米国の天文学者がカナリア諸島にやってきて、現存する最大の望遠鏡で宇宙で最も遠く、手つかずの宇宙体を研究しています。VxWorksの安定した高性能のリアルタイムOSのおかげで、天文学者たちは、OSの構成の設定や基本的な問題の解決に時間を費やすことなく、アプリケーションの開発に集中することができました。観測時間は貴重であり、望遠鏡の観測は何年にもわたって行われます。VxWorksは、多くの異なるシステムをリアルタイムで緊密に連携させ動作することを可能にしました。
Customer Success - TaxiBot-Japan
採用事例
課題
民間航空機の滑走路でのタキシングやアイドリングによる大量の燃料廃棄物の問題を解決するために、イスラエル航空宇宙産業（IAI）は、エアバス社とTLDグループと共同で意欲的なプロジェクトを立ち上げました。滑走路で航空機を牽引し、離陸準備が整うまでジェットエンジンを走らせる必要がない新しいタイプの車両を作りたいと考えていました。また、牽引車を安全かつ容易に飛行機に接続する方法や、パイロットに牽引車の完全な制御を提供する方法など、過去に同様の取り組みの妨げとなっていた主要な機能的問題に対処する必要がありました。
“
”
「私にとって、これほど早くプロジェクトを完了
させることができたことは夢のようなことでした。
今は、競合他社よりも少なくとも5年以上も
進んでいると自信を持って言えます」
—IAI、TaxiBotプロジェクトディレクター、ラン・ブライアー氏
アプローチ
IAIは、トラックのインテリジェントソフトウェアシステムを構築するために、業界をリードするウインドリバーのリアルタイム組込みOSである VxWorks®を選びました。ウインドリバープロフェッショナルサービス は、DO-178B/ED-12B DAL B認証の取得を促進し、設計やプロジェクトの課題に対処するための広範なエンジニアリングの専門知識を提供しました。
導入効果
VxWorks組込みOSとウインドリバーのテクノロジーおよびプロジェクトサポートにより、TaxiBotチームは必要な業界安全認証を迅速に取得することが出来ました。これにより、プロトタイプから完全に認可された車両までの製品開発を大幅に短縮し、TaxiBotの、競合他社に比べて少なくとも5年以上の先取り貢献しました。
What Is System Simulation?-Japan
システムシミュレーションとは？
組込みシステムのソフトウェア開発とテストは、しばしばターゲットハードウェアとシステム関連要素の入手状況に制約されることがあります。長い間、製品開発の不変のルールと見なされてきたこの制約は、組込みシステムビジネスを遅らせる要因です。市場投入までの時間の遅さ、高い設備投資と運用費（CapExとOpEx）、最適ではない品質管理は顧客を満足させることはできません。さらに、現在の方法では、限られた範囲のセキュリティテストしか行えません。
複数のハードウェアプラットフォームにまたがる、既存の組込みシステムをサポートする必要性は、開発、テスト、ITオペレーション（IT Ops）部門にさらに大きなストレスを与えます。また、ビジネスとしては、アジャイル、DevOps、CI/CDなどの新しい手法を利用したいと思うかもしれませんが、物理的なラボでの開発とテストはそれらの大きな障害となります。
先進のハードウェアおよびシステムシミュレーションソリューションは、この状況を改革します。シミュレーションにより、物理的なハードウェアへの依存から生じる障害を取り除き、開発サイクルの短縮を可能にします。
従来のライフサイクルの問題点
図1. 物理的なハードウェアやラボを使用する場合、時間的な要件や固有のリスクが比較的大きくなります。
開発の遅延
開発者は、試作品製造からターゲットとなるハードウェアが出てくるのを待つ必要があり、開発作業の遅延や開発プロセスの自動化の妨げとなります。テスト担当者もまた、ターゲットハードウェアやシステムがテストシーケンスを実行するのを待たなければならず、テストサイクルを遅らせます。そして、テストスケジュールは必然的に急いで行うことになるため、テストの範囲と期間を制限し、品質とセキュリティを低下させる結果となります。
これらのハードウェアはすべてコストが高く、設備投資が必要になります。ほとんどの組込みシステムに関わる組織では、誰もがターゲットシステムの希少性に苦しんでいます。人々は機器を入手するために列をなして待っているのです。新しいハードウェアは誠心誠意で取り組んだとしても、「部品集め」と試作を行うのに時間がかかります。セットアップや設定に時間がかかると、市場投入までのサイクルが長くなり、収益の伸びを鈍らせ、競争戦略に悪影響を及ぼします。
新しいDevops手法を妨げるもの
サポートチームは、顧客環境を模倣できるように、ターゲットハードウェアを受け取り、そのターゲットに特化したラボを設定する必要があります。複数のハードウェアプラットフォームで組込みシステムをサポートするという必要性は、すでに拡張不可能な手作業のプロセスをさらに悪化させます。たとえば、デバイスメーカーが、X86 チップ上でLinux OSが動作する、X86上でWindowsが動作する、および Arm®チップ上でLinuxが動作するといった、それぞれのデバイス版を作成したいと思うでしょう。この場合、開発、テスト、サポートの各チームは、ターゲットシステムの設定を3つに分けてセットアップする必要があります。ハードウェアのセットアップの管理は、構成が増えるにつれて複雑になっていきます。
ソフトウェア開発および新技術による製品づくりは、DevOps、アジャイル手法、継続的インテグレーションと継続的デリバリー（CI/CD）といった形で、よりアジャイルで協調的、かつ自動化された手法へと移行しています。しかし、これらのアプローチを用いた組込みシステム構築は、ターゲットハードウェアを必要とする現在の手法では事実上不可能です。同一構成のハードウェアやシステムインスタンスに簡単にアクセスできない場合、クロスファンクショナルチームでの共同作業は困難となります。
例えば、ツール、データ、資産を共有しなければ、複雑なシステムをデバッグするのは一苦労です。テスターが問題を発見しても、それを再現するのは困難です。その結果、足並みが乱れることになります。このシナリオでは、「私のところではうまくいっている」というのがよく言われることです。しかし、品質保証に必要な時間をかけられないまま製品が市場に出てしまうと、被害を受けるのは顧客なのです。
ツールの制限
現在利用可能なツールの多くは、ハードウェアや単純なコードの評価を目的としており、複数のデバイスの組み合わせを含む複雑な組込みシステムのデバッグ用ではありません。これらのツールは、意図した環境ではうまく機能しますが、複雑な組込みシステムのテストや設計に使用する場合には、不十分です。その結果、市場投入までの時間が遅れ、開発コストが増大し、収益と市場シェアが失われています。
品質と安全性の妨げ
多くの場合、ハードウェアの不足により、チームは品質とセキュリティを維持するために十分なテストサイクルと多様なシナリオを実行することができません。製品のデリバリーサイクルは必要な時間に合わせて拡張されない限りは不可能です。さらに、中には機器にダメージを与える可能性のあるセキュリティテストもあり、その場合、テストの継続のためには、ハードウェアの交換を待たなければなりません。しかし、新製品の発売の遅延は、収益の減少につながるため、許されません。新製品を計画通りに導入することと、顧客とのトラブルの可能性の間で企業は悩むことになります。顧客とのトラブルはあくまで「可能性」であり、発生しても後で解決できるため、通常は市場投入のスピードが優先されます。
シミュレーションの利点
組込みシステム製品開発のルールが変わりつつあります。Wind River® Simics®などのハードウェア/シミュレーションソリューションを使用したバーチャルラボでは、開発者、製品設計者、テスト担当者が時間サイクルを圧縮して並行して作業することが可能です。また、DevOpsを含め、より高速でよりアジャイルな手法を活用することができます。テストおよびサポートチームは、拡大し続けるシステム環境のポートフォリオをサポートしながら、障害や不可解なシステムエラーをより深く掘り下げることができます。１つのシステム画面をチーム間で共有し、また、ハードウェアとソフトウェアを切り離すことで、テストをより早く開始することができます。その結果、開発サイクル全体が加速されます。
ウインドリバーは、自社の製品開発にSimicsを使用しています。我々の経験では、Simicsによってテストの自動化が12,000%向上し、バグ修正が90%高速化しました。
The Business Case for Full System Simulation in Embedded Developmentを読む
最終的に、システムシミュレーションは、組込みシステムビジネスの収益性を向上させます。シミュレーションにより、製品をより早く市場に投入し、開発コストと関連するコストを節約し、製品をより早く収益段階へ移行させることができます。競合他社よりも早く製品をリリースすることで、競争上の地位も向上します。また、物理的なラボを運営するために必要な資本投資が大幅に削減されます。Simicsが実現するバーチャルラボは、開発・テストプロセスのすべての関係者が、より高品質の製品を生み出すことを可能にします。
セキュリティ
安全かつ制御された環境で、セキュリティの脆弱性をテストします。デプロイ前とデプロイ後に、関連するセキュリティシナリオをバーチャルラボで徹底的にテストします。
- ホワイトペーパー：Cybersecurity and Secure Deployments
ウインドリバーのアプローチ
Wind River Simics
図2. Simicsは、従来の製品ライフサイクルを短縮します。
Simicsにより、開発者はあらゆるターゲットシステムへのオンデマンドかつ容易なアクセス、開発者間のより効率的なコラボレーション、より効率的で安定した自動化を実現し、組織はアジャイル開発と継続的開発の実践による利益を得ます。製品ライフサイクルを短縮できるため、複雑な、組込みの、インターネットに接続された、大規模なIoTシステムであっても、より良いソフトウェアをより早く作成し、提供することができます。
- 設計段階では、様々なハードウェアの設定を試し、設計上の想定を確定する前に検証することができます。
- 開発段階では、物理世界と全く同じ動作をするとされる仮想システム上で、ソフトウェアのテストや実行を行うことができます。
- テスト段階では、高価なハードウェアのセットアップを必要としないソフトウェアデバッグが可能であり、仮想ターゲットを完全に制御することで、問題の切り分けを効率的に行うことができます。
- 開発者は全工程を通じて、ツールチェーン、ライブラリ、オペレーティングシステムAPI、およびオペレーティングシステムの動作が、すべて同じである実際のターゲットシステムで作業します。
電子システムの開発、デバッグ、インテグレーション、テストにおいて最大の障害の1つは、ターゲットとなるハードウェアや物理的なラボが必ずしも誰でも使える状態でないこと、またはそれらを利用するには長い待ち時間がかかることです。このため、エンジニアはリファレンスボードやホストベースの開発など、あまり理想的ではない代用品でやりくりしなければなりません。Simicsを使えば、どのチームメンバーでも、いつでも、世界中のどこからでも、どのような量のハードウェアでも、オンデマンドで利用できるバーチャルラボが使えます。さらに、バーチャルラボはシステムの一部分ではなく、システム全体とすることも可能です。これにより、ユーザは一部分ではなく、完全なシステムの中で仕事をすることができます。
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