CEG4566/CSI4541 Hiver 2013 Devoir #4 Le devoir est à rendre pour le lundi 8 avril à 13h00

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1 Université d Ottawa Faculté de génie École d'ingénierie et de technologie de l'information University of Ottawa Faculty of Engineering School of Information Technology and Engineering CEG4566/CSI4541 Hiver 2013 Devoir #4 Le devoir est à rendre pour le lundi 8 avril à 13h00 Note : Les deux questions sont extraites de l examen final de la session hiver Question 1 (20 points) On considère un système temps réel qui est composé de trois processus a, b et c. Les données concernant les trois processus sont résumées dans la table suivante. Processus Temps de calcul (C) Période (T) Priorité (P) a b c a. On appliquant la formule d utilisation du processeur suivante, dire si les processus sont ordonnançables (8 points). N Ci 1/ N U N(2 1) i= 1 Ti b. En utilisant la formule suivante, calculer le temps de réponse (R) pour les processus ci-dessus (12 points). n n w + 1 i wi = Ci + C j j hp ( i) Tj hp(i) est l ensemble des tâches qui interagissent entre elles. 1

2 Question 2 Étude de cas (80 points) Note: Lire attentivement la description du système et l utiliser dans les réponses aux questions. Description du système de commande de vol électrique de l avion Airbus A330/340 : - Dans un système de commande de vol (FCS : Flight Control System) conventionnel, il y a un lien direct entre le système de commande et les surfaces de vols à commander. Ce lien est réalisé à l aide de composants mécaniques et hydrauliques. Des liens mécaniques sont aussi utilisés pour la commande des moteurs. - Dans les systèmes de commande de vol électriques (fly-by-wire), les signaux électriques de commande sont générés dans le cockpit par le pilot (ou le pilote automatique). Ces signaux passent par un calculateur qui les interprète et les convertit en sorties qui commandent les actionneurs reliés aux surfaces de vol. Le contrôle du moteur est lui aussi géré par le FCS. Avantages du fly-by-wire : - Réduction de la charge de travail pour le pilote. - Le fly-by-wire FCS facilite la tâche du pilote en prenant en compte des calculs qui étaient auparavant fait par le pilote. - Sécurité : En supervisant les commande de vol, le FCS s assure que le pilote ne met pas l avion dans des situations dangereuse (par exemple : Situation de décrochage ou des forces de stress importantes sur les structures de l avion). - Réduction du poids : En réduisant le nombre de composants mécaniques et en les remplaçant par des signaux électriques et des actionneurs, on réduit sensiblement le poids et par conséquent on réduit aussi la consommation du carburant. Maintenant, on regarde la conception logicielle et matérielle du FCS pour l Airbus A 330/340: Description matérielle (Hardware): - Trois calculateurs primaires de contrôle de vol o Responsables des calculs concernant le contrôle de l avion et l envoi des signaux vers les actionneurs de surfaces de vol et du moteur. - Deux calculateurs secondaires de contrôle de vol o Système de réserve (Backup) pour les calculateurs primaires du contrôle de vol. o Le contrôle passe automatiquement à ces systèmes en cas de panne ou de nondisponibilité des calculateurs primaires. - Un seul calculateur est réellement nécessaire pour le contrôle de vol. o Ce qui veut dire qu on a une redondance quintuple. Tous les calculateurs opérationnels opèrent en parallèle, il n y a pas de délais dans le passage de l un vers l autre. - Deux calculateurs concentrateurs de données o Rassemblent les données sur le contrôle de vol pour les afficher dans le cockpit, envoyer des messages d erreurs, les enregistrer dans l enregistreur de vol ou dans le journal pour la maintenance, etc. Diversité Hardware: - Les calculateurs primaires de contrôle de vol et secondaires utilisent des processeurs différents. 2

3 - Les calculateurs primaires de contrôle de vol et secondaires sont conçus et fournis par deux compagnies différentes. - Les processeurs sont fournis par des compagnies différentes. - Tout ceci est pour réduire la probabilité d une erreur commune dans le hardware qui provoquerait une défaillance du système. Description du calculateur: Unité de commande Entrée Diviseur Comparateur Sortie Unité moniteur Figure 1. Calculateur de contrôle de vol - L unité de commande et celle du moniteur sont deux canaux séparés du même calculateur. - Chaque canal dispose d un logiciel et d un hardware différent de l autre. - Si les résultats des deux canaux ne coïncident pas (comparateur), alors une erreur est levée et le contrôle est transféré à un autre calculateur. Diversité logicielle: - Le logiciel pour les différents canaux du même calculateur ont été conçus par des équipes différentes utilisant des langages de programmations différents. - Le logiciel pour les calculateurs primaires et secondaires ont été développés par des équipes différentes. - Pour les calculateurs secondaires, là aussi les différents canaux utilisent différents langages de programmation. Diversité du Contrôle: - Les liens entre les calculateurs de contrôle de vol et les surfaces de vols sont conçus de manière à ce que chaque surface soit contrôlée par de multiples actionneurs indépendants. - Chaque actionneur est contrôlé par des calculateurs différents. La perte d un actionneur ou d un calculateur ne va pas causer la perte du contrôle de la surface de vol. - Le système hydraulique est triple et passe par des chemins différents dans la structure de l avion. Tolérance aux fautes: - Le système fly-by-wire doit être tolérant aux fautes car il n y a pas d état fail-safe quand l avion est en opération. - Dans l Airbus, ceci est assuré par la multiplication des calculateurs, des capteurs et des actionneurs. Il reste toujours un mode dégradé disponible en cas de défaillance. Dans le 3

4 mode dégradé, les fonctions essentielles sont disponibles pour permettre au pilote de continuer à voler et à atterrir en toute sécurité. Reconfiguration dynamique: - Le FCS peut être reconfiguré dynamiquement pour s adapter à la perte de certaines ressources du système. - La reconfiguration dynamique permet, par exemple, de passer un à autre canal de commande tout en maintenant la disponibilité du système. - Trois modes opérationnels sont disponibles pour le contrôle du vol o Normal : Contrôle et réduction de la charge de travail pour le pilote. o Alternatif : L assistance au contrôle par les calculateurs est minimum. o Direct: Aucune assistance de la part des calculateurs, la commande est faite par le pilote. - Au moins deux défaillances doivent avoir lieu pour qu on perde le mode Normal et qu on passe au mode Alternatif ou Direct. Question 1 (Analyse haut-niveau de la conception) (30 points): a. Ce système est-il un système en temps réel? Si oui, est-il un STR dur ou mou? Justifier. (5 points) b. Est-il considéré comme un système embarqué? Justifier. (5 points) c. On se basant sur la description du système, quel est d après vous l aspect le plus important qui rend ce système tolérant aux fautes? (5 points) d. Quand vous concevrez l architecture logicielle de ce système, comment vous assurer qu il n y aurait pas de risque de blocage ou d interblocage? (10 points) e. Quel langage de programmation/technologie/environnent de développent vous suggéreriez pour une telle application logicielle? Justifier. (5 points) Question 2 (Modélisation et conception) (40 points): Note : Pour répondre à cette question, on suggère fortement l une des deux approches suivantes : Le développent basé sur le modèle (MBD : Model based Development) ou la modélisation temps réel à l aide des réseaux de Pétri ou du langage SDL-RT. Cependant, l étudiant(e) pourra choisir les outils de spécification et de modélisation de son choix à condition qu il les maitrise bien. a. Donner la représentation haut-niveau des états du système de contrôle de vol (figure 1). Pour simplifier on supposera que le système ne dispose que d une triple redondance (3 calculateurs au lieu de 5). (10 points) b. Donner le diagramme global du FCS (états et transitions). Considérer tous les états que doit avoir le système pour un cycle complet de contrôle. (10 points) c. Construire un modèle hiérarchique qui montre le comportement et la structure du FCS pour un seul calculateur on inclura la redondance juste pour montrer la tolérance aux fautes. 4

5 Dessiner un diagramme incluant les capteurs, calculateur et actionneurs. Montrer les canaux de communications entres ces composants du système. Définir la nature des messages échangés entre eux et montrer essentiellement comment les erreurs sont détectées et comment se ferait le passage d un calculateur vers un autre en cas de problème. (20 points) Question 3 (Ordonnancement) (10points): On considère que les deux processus Commande (Cp) et moniteur (Mp) doivent manipuler un actionneur associé au contrôle des surfaces de vol qui elles ne sont pas partagées. L accès à l actionneur est défini par des actions atomiques. Concevoir une solution de partages de cet actionneur à l aide d outils implémentant les actions atomiques (par exemple : un sémaphore, un moniteur, etc.). Montrer comment votre solution protège contre l interférence d un processus avec l autre. 5