Informatique embarquée pour l'aérospatiale et l'aviation

Plates-formes Mini-ITX pour l'aérospatiale et l'aviation destinées aux systèmes de mission robustes

Plates-formes Mini-ITX configurables destinées aux essais au sol, au soutien de mission embarqué, au traitement des charges utiles, aux communications, aux diagnostics et aux systèmes « edge » dans le domaine aéronautique, où la puissance de calcul, les E/S, les contraintes environnementales, la qualification et la gestion du cycle de vie doivent être définies conjointement.

Plateformes robustes Citation sur l'aérospatiale
Plateforme Mini-ITX sur mesure pour les systèmes aérospatiaux et aéronautiques

L'informatique de mission commence par la limite de sécurité

Définir les capacités de la plateforme Mini-ITX

Les programmes aérospatiaux et aéronautiques peuvent exiger un traitement déterministe, des révisions matérielles contrôlées, une longue durée de vie, une qualification environnementale et une vérification traçable. Une carte mère Mini-ITX du commerce peut prendre en charge des équipements au sol, le traitement de la charge utile, la surveillance, les communications, les diagnostics ou d’autres fonctions informatiques définies, mais elle ne doit pas être présentée comme automatiquement adaptée aux commandes de vol principales ou à d’autres fonctions critiques pour la sécurité.

La qualification dépend de la fonction installée

Les exigences telles que la qualification environnementale RTCA DO-160, l’assurance qualité du matériel électronique aéroporté DO-254, l’assurance qualité des logiciels aéroportés DO-178C, ou encore les justificatifs spécifiques aux programmes de la FAA et de l’AESA dépendent de la fonction de l’équipement et de la base de certification. Une carte mère ne bénéficie pas automatiquement de ces homologations du simple fait de son format.

Il faut définir des limites environnementales

La température, les vibrations, les chocs, l’altitude ou la pression, l’humidité, les interférences électromagnétiques (EMI) et la compatibilité électromagnétique (EMC), les transitoires de tension, la résistance des connecteurs et l’exposition aux rayonnements, le cas échéant, doivent être adaptés à la configuration réelle de l’installation. Le matériel industriel standard n’est pas automatiquement résistant aux rayonnements ni certifié pour une utilisation en vol.

Les performances en temps réel sont une propriété du système

La latence et le déterminisme dépendent de l'architecture du processeur, du micrologiciel, du système d'exploitation, des pilotes, du comportement des interruptions, du stockage, du trafic réseau, du matériel d'interface et de la conception de l'application. La fréquence du processeur ne suffit pas à elle seule à garantir un comportement en temps réel.

Validation technique → Certifications et normes de qualité →

Essais au sol · Charge utile · Surveillance · Communications

Applications aérospatiales et aéronautiques nécessitant des systèmes informatiques embarqués compacts

Le cas d'utilisation le plus adapté est celui d'une fonction informatique clairement délimitée, dans laquelle la plate-forme Mini-ITX peut être validée avec une configuration complète en termes d'alimentation, d'interfaces, de gestion thermique, de boîtier, de logiciels et de cycle de vie.

Essais au sol et surveillance des aéronefs

Collecter et enregistrer les données de test, coordonner l'instrumentation, exécuter les logiciels d'ingénierie, gérer le stockage et se connecter aux réseaux de test. La synchronisation des interfaces, l'isolation, le nombre de canaux, l'intégrité des données et les performances d'enregistrement en continu doivent être validés avec l'équipement réel.

Charge utile des drones et traitement des données des capteurs

Traitez les données provenant des caméras, des capteurs, des données d'aide à la navigation, des charges de travail d'IA locales ou des données de charge utile de mission sans considérer la carte de calcul commerciale comme le pilote automatique certifié ou l'ordinateur de commande de vol. La topologie des caméras, la charge d'inférence, les limites thermiques, le stockage, la récupération et la version logicielle doivent être verrouillés ensemble.

Diagnostics embarqués et surveillance de l'état de fonctionnement

Collecter l'état des équipements, les journaux d'événements, les données des sous-systèmes, les informations de maintenance et les enregistrements de défaillances à des fins de maintenance ou de surveillance de l'état de fonctionnement. La limite de l'interface et le comportement en cas de défaillance doivent rester distincts des voies de commande critiques pour la sécurité, à moins que l'architecture dans son ensemble ne soit qualifiée pour remplir ce rôle.

Soutien aux communications aériennes et par satellite

Prévoir des fonctions locales de traitement, de routage, de stockage, de gestion des protocoles ou d'interfaces opérateur associées à des équipements de communication homologués. Les circuits d'entrée RF, le matériel en bande L ou en bande X, les modules cryptographiques, les systèmes d'antennes et la certification des liaisons doivent être considérés comme des sous-systèmes validés distincts, et non comme des fonctionnalités intégrées à la carte mère.

IA et informatique de pointe →

Certification · Environnement · Énergie · Cycle de vie

Exigences techniques à définir avant le choix de la plateforme

Les programmes aérospatiaux doivent définir le rôle de la carte et les limites de qualification avant de choisir le processeur, les périphériques d'E/S ou le boîtier. Le choix de la carte appropriée dépend des fonctions autorisées du système ainsi que des exigences environnementales et de qualité applicables.

Exigence Considérations techniques Vérifier avant de faire son choix
Périmètre de l'assurance et de la certification Les systèmes de commande de vol primaires, l'avionique critique pour la sécurité, le soutien de mission, les essais au sol, le traitement des charges utiles et les systèmes de cabine peuvent être soumis à des obligations d'assurance très différentes. Fonction prévue, classification de sécurité, base de certification, justificatifs requis, autorité de conception responsable et indication précisant si l'utilisation de matériel commercial est autorisée.
Enveloppe environnementale La température, l'altitude, les chocs, les vibrations, l'humidité, les interférences électromagnétiques (EMI) et la compatibilité électromagnétique (EMC), les fluides, le sable ou la poussière, ainsi que d'autres conditions, dépendent du lieu d'installation et des exigences du programme. Limites de démarrage et de fonctionnement, spectre de vibrations, chocs, pression ou altitude, boîtier, circuit de refroidissement, connecteurs, stockage, mémoire et caractéristiques des périphériques.
Puissance et récupération Les sources d'alimentation des aéronefs, des véhicules, des équipements de soutien au sol et des charges utiles peuvent présenter des tensions nominales, des transitoires, des exigences en matière de maintien de tension, des séquences de mise sous tension, des modalités de mise à la terre et des comportements en cas de défaut différents. Tension d'alimentation, profil transitoire, isolation, protection, comportement en cas de baisse de tension, courant de démarrage, reprise, circuit de surveillance, mise hors tension et budget de charge.
Chemin des données et comportement en temps réel L'acquisition des données des capteurs, la gestion des commandes, les données de navigation, les communications, le stockage et le trafic réseau peuvent se disputer les ressources du processeur, de la mémoire, des ports PCIe, USB et Ethernet. Débits de données, budget de latence, objectif de gigue, synchronisation, mise en mémoire tampon, écritures sur le stockage, charge d'interruptions, système d'exploitation, pile de pilotes et réponse aux défaillances.
Configuration et gestion du cycle de vie La version du processeur, la révision de la carte mère, le BIOS, le périphérique de stockage, la mémoire, les contrôleurs réseau, les pilotes et le remplacement de composants peuvent avoir une incidence sur les preuves de qualification. Nomenclature validée, révision, micrologiciel, image logicielle, processus PCN/EOL, politique de substitution, traçabilité, stock de service et critères de revalidation.

Large plage de températures → Calculateur de résistance thermique →

Architecture du système

Séparer les fonctions critiques pour la sécurité des systèmes informatiques commerciaux

Une plateforme Mini-ITX peut être intégrée à un système aérospatial en tant qu’ordinateur de soutien à la mission, de charge utile, de surveillance, de visualisation, d’enregistrement, de communication ou d’essais au sol. L’architecture doit séparer explicitement toutes les fonctions critiques pour la sécurité ou pour le vol qui nécessitent des garanties matérielles, une redondance, une qualification ou une certification spécifiques.

  1. Sources relatives aux aéronefs, à la charge utile et aux essaisCapteurs, caméras, données d'aide à la navigation, instruments de test, interfaces de maintenance, équipements de communication et autres sous-systèmes externes
  2. Couche d'interface qualifiéeIsolation, traitement des signaux, interfaces de protocole, E/S discrètes, matériel de bus ARINC ou MIL, émetteurs-récepteurs, protection et connecteurs spécifiques aux équipements
  3. Mission Mini-ITX / Assistance informatiqueTraitement des applications, visualisation, journalisation, intelligence artificielle appliquée à la charge utile, base de données locale, diagnostics, stockage, services réseau et fonctions de mission non critiques pour le vol
  4. Interfaces opérateur et de donnéesÉcrans, ports de service, supports amovibles, Ethernet, liaisons sans fil, interfaces de station au sol, outils de maintenance et voies de mise à jour contrôlées
  5. Systèmes de programmes et données factuellesRéseaux au sol, systèmes de maintenance, applications de mission, registres de vérification, gestion de la configuration, preuves de qualification et contrôles du cycle de vie

ARINC · Bus MIL · Série · Ethernet · USB · PCIe

Définir les limites de l'interface avant de choisir la carte mère

Les équipements aérospatiaux associent souvent des interfaces informatiques commerciales à des bus spécifiques à l'aviation. Les ports Mini-ITX standard doivent être considérés comme des interfaces hôtes ; les protocoles avioniques nécessitent généralement un émetteur-récepteur, une carte d'interface, une isolation, un pilote, un modèle de synchronisation, un connecteur et des justificatifs de qualification adaptés.

ARINC 429 / ARINC 664
Utilisez, le cas échéant, du matériel d'interface dédié et homologué par le programme. La connexion Ethernet intégrée à une carte mère ne garantit pas automatiquement la prise en charge du protocole AFDX, une planification déterministe, la gestion de la redondance ni la qualification avionique.
MIL-STD-1553 et E/S discrètes
Vérifier le matériel du contrôleur de bus ou du terminal distant, l'isolation, le couplage par transformateur, la pile de pilotes, la synchronisation, le système de connecteurs et le plan de qualification. Les ports série génériques ou GPIO ne peuvent pas servir de substituts.
Interfaces CAN et série
Utile pour les équipements de test, la maintenance, les sous-systèmes de charge utile ou les dispositifs non critiques pour le vol, lorsque le type d'émetteur-récepteur, l'isolation, la terminaison, les niveaux électriques, la propriété du protocole et le comportement logiciel sont définis.
Ethernet et données à haut débit
Vérifiez le choix du contrôleur, la vitesse de liaison, la redondance, l'architecture du commutateur, le type de câble, la compatibilité électromagnétique (CEM), la charge de paquets, la latence et le comportement des pilotes par rapport à l'application réelle, plutôt que de partir du principe que les performances correspondent au débit de ligne.
Pistes USB / PCIe / caméra
Comparez les caméras, les dispositifs d'acquisition, les accélérateurs, les systèmes de stockage et les cartes d'extension en fonction du nombre de voies, de la topologie du concentrateur, de l'alimentation, du partage de la bande passante, de la rétention mécanique, de la durée de vie des connecteurs et de la prise en charge logicielle.
Sous-systèmes d'alimentation, GNSS et RF
La conversion de puissance des aéronefs, les récepteurs GNSS, les modems RF, les émetteurs-récepteurs satellitaires, les modules de chiffrement et les systèmes d'antennes doivent être définis comme des sous-systèmes distincts, avec leurs propres exigences en matière d'alimentation, de compatibilité électromagnétique (CEM), de qualification et d'intégration.

Ports sériels multiples → Entrées d'alimentation multiples →

Guide de choix d'une plateforme

Sélectionnez « Compute » dans la section « Charge de travail et périmètre de qualification »

Le choix de la famille de processeurs intervient une fois que la fonctionnalité, le chemin de données, le système d'exploitation, les possibilités d'extension, la consommation électrique, les limites thermiques et le périmètre de garantie sont connus. Une carte x86, une plateforme embarquée à faible consommation ou un support accéléré par GPU peuvent chacun convenir à différents rôles de soutien dans le domaine aérospatial.

Orientation du système Point de départ Note relative à la sélection
Essais au sol, maintenance, diagnostics, enregistrement de données, soutien aux missions Plates-formes Intel Utile lorsque la compatibilité avec les logiciels x86, les E/S série, le stockage, l'affichage, la mise en réseau et la prise en charge des applications s'exécutant sur de longues durées constituent des priorités. Validez le comportement en temps réel et la configuration environnementale complète.
IA pour charges utiles de drones, traitement multicaméra, vision, inférence locale Plates-formes NVIDIA Déterminez à quel moment le traitement des données utiles nécessite une accélération par GPU. Définissez de manière globale le module, la topologie des caméras, le stockage, le mode d'alimentation, la solution thermique, le JetPack/BSP, la procédure de récupération et la stratégie de mise à jour.
Nœud de soutien aérien ou à distance à faible consommation d'énergie Secteur des systèmes embarqués / basse consommation Privilégiez la consommation électrique, le comportement au démarrage, la dissipation thermique passive, le nombre d'interfaces, la compatibilité logicielle, le cycle de vie et les critères de qualification requis plutôt que les performances maximales du processeur.

Assistance en ingénierie aérospatiale

Figer les limites du système avant la mise en service du matériel

Indiquez la fonction installée, la classification de sécurité, le rôle (aérien ou au sol), la charge de travail du processeur, les objectifs en temps réel, les interfaces ARINC / MIL / CAN / série, les exigences relatives à l’Ethernet et aux caméras, la source d’alimentation de l’aéronef ou de la charge utile, l’enveloppe environnementale, les exigences EMI/EMC, le système d’exploitation ou le BSP, le stockage, le boîtier, la méthode de refroidissement, le périmètre de qualification, la quantité et l’objectif de cycle de vie. L’examen doit permettre d’identifier ce qui peut rester au niveau commercial, ce qui nécessite du matériel d’interface externe et ce qui doit être qualifié séparément.

Périmètre de l'assistance

FAQ

Questions sur les plateformes Mini-ITX pour l'aérospatiale et l'aviation

Une carte mère Mini-ITX standard peut-elle servir d'ordinateur de commande de vol ?

Pas par défaut. Les commandes de vol principales et d’autres fonctions critiques pour la sécurité peuvent nécessiter une architecture, une assurance matérielle, une assurance logicielle, une redondance, une qualification environnementale, un contrôle de configuration et des justificatifs de certification qu’une carte mère commerciale standard ne fournit pas automatiquement.

Une carte mère est-elle considérée comme conforme à la norme DO-160 du simple fait qu'elle a réussi un test de résistance aux températures ou aux vibrations en milieu industriel ?

Non. La conformité à la norme DO-160 est liée à des catégories environnementales bien définies, à des méthodes d'essai, à la configuration des équipements, à des hypothèses d'installation et à des résultats documentés. Les allégations relatives aux températures ou aux vibrations en milieu industriel ne suffisent pas à établir une conformité totale à la norme DO-160.

Les ports série ou Ethernet d'une carte mère peuvent-ils se connecter directement à des interfaces ARINC 429, AFDX ou MIL-STD-1553 ?

En général, cela nécessite un matériel d'interface dédié. Vérifiez le transcepteur avionique ou la carte d'interface requis, l'isolation, la synchronisation, la redondance, le pilote, le connecteur et la pile de protocoles. L'Ethernet standard ne prend pas non plus automatiquement en charge les fonctionnalités ARINC 664 / AFDX.

Quelles conditions environnementales faut-il définir pour un système Mini-ITX destiné au secteur aérospatial ?

Définir la température de démarrage et de fonctionnement, l'altitude ou la pression, les vibrations, les chocs, l'humidité, les interférences électromagnétiques (EMI) et la compatibilité électromagnétique (CEM), les transitoires de tension, le boîtier, le circuit de refroidissement, la fixation des connecteurs, l'exposition à la contamination, ainsi que toute exigence en matière de rayonnement pertinente pour l'installation.

Comment faut-il gérer le matériel aérospatial à long cycle de vie ?

Figer la révision approuvée de la carte, le processeur, la nomenclature (BOM), le BIOS, la mémoire, le stockage, les contrôleurs réseau, la version du système d'exploitation ou du BSP, les pilotes, les cartes d'interface, les composants de remplacement, le processus PCN/EOL, le stock de service, la traçabilité, ainsi que la revalidation requise après chaque modification approuvée.

Ressources en ingénierie aérospatiale et aéronautique

La sécurité n'est pas qu'une question de spécifications. C'est une question de confiance, de temps de fonctionnement et de résilience à long terme. Ces ressources vous aideront à intégrer ces trois éléments dans votre prochain conseil d'administration.