Computação incorporada no setor aeroespacial e da aviação

Plataformas Mini-ITX para o setor aeroespacial e da aviação, destinadas a sistemas de missão robustos

Plataformas Mini-ITX configuráveis para ensaios em terra, apoio à missão a bordo, processamento de carga útil, comunicações, diagnóstico e sistemas de ponta na aviação, em que a capacidade de computação, as entradas/saídas, os limites ambientais, a qualificação e o controlo do ciclo de vida têm de ser definidos em conjunto.

Plataformas resistentes Citação do setor aeroespacial
Plataforma Mini-ITX personalizada para sistemas aeroespaciais e de aviação

A informática de missão começa com o limite de garantia

Definir o que a plataforma Mini-ITX pode fazer

Os programas aeroespaciais e de aviação podem exigir processamento determinístico, revisões controladas de hardware, longa vida útil, qualificação ambiental e verificação rastreável. Uma placa-mãe Mini-ITX comercial pode suportar equipamento de terra, processamento de carga útil, monitorização, comunicações, diagnóstico ou outras funções informáticas definidas, mas não deve ser apresentada como automaticamente adequada para o controlo de voo primário ou outras funções críticas para a segurança.

A qualificação depende da função instalada

Requisitos como a qualificação ambiental RTCA DO-160, a garantia de qualidade do hardware eletrónico de bordo DO-254, a garantia de qualidade do software de bordo DO-178C ou a documentação específica da FAA e da EASA dependem da função do equipamento e da base de certificação. Uma placa-mãe não herda essas aprovações apenas pelo seu formato.

É necessário definir limites ambientais

A temperatura, a vibração, os choques, a altitude ou a pressão, a humidade, a EMI/EMC, os transientes de alimentação, a retenção dos conectores e a exposição à radiação, quando aplicável, devem estar em conformidade com a instalação real. O hardware industrial padrão não é automaticamente resistente à radiação nem está certificado para utilização em voo.

O desempenho em tempo real é uma característica do sistema

A latência e o determinismo dependem da arquitetura do processador, do firmware, do sistema operativo, dos controladores, do comportamento das interrupções, do armazenamento, do tráfego de rede, do hardware de interface e da conceção da aplicação. A frequência da CPU, por si só, não determina o comportamento em tempo real.

Validação de Engenharia → Certificações e normas de qualidade →

Testes em terra · Carga útil · Monitorização · Comunicações

Aplicações aeroespaciais e de aviação que requerem sistemas informáticos incorporados compactos

A aplicação mais adequada é uma função informática claramente delimitada, em que a plataforma Mini-ITX possa ser validada com a configuração completa em termos de alimentação, interfaces, gestão térmica, caixa, software e ciclo de vida.

Testes e monitorização de aeronaves em terra

Recolher e registar dados de teste, coordenar a instrumentação, executar software de engenharia, gerir o armazenamento e estabelecer ligação a redes de teste. A sincronização da interface, o isolamento, o número de canais, a integridade dos dados e o desempenho sustentado do registo devem ser validados com o equipamento real.

Carga útil de UAV e processamento de sensores

Processe imagens de câmaras, dados de sensores, dados de apoio à navegação, cargas de trabalho de IA locais ou dados da carga útil da missão sem considerar a placa de computação comercial como o piloto automático certificado ou o computador de controlo de voo. A topologia das câmaras, a carga de inferência, os limites térmicos, o armazenamento, a recuperação e a versão do software devem ser definidos em conjunto.

Diagnóstico a bordo e monitorização do estado de funcionamento

Recolher o estado do equipamento, registos de eventos, dados dos subsistemas, informações de manutenção e registos de falhas para funções de assistência técnica ou de monitorização do estado de funcionamento. Os limites da interface e o comportamento em caso de falha devem permanecer separados dos percursos de controlo críticos para a segurança, a menos que a arquitetura completa esteja qualificada para essa função.

Apoio às comunicações aéreas e por satélite

Assegurar o processamento local, o encaminhamento, o armazenamento, o tratamento de protocolos ou as interfaces de operador em torno de equipamento de comunicação qualificado. Os front-ends de RF, o hardware de banda L ou banda X, os módulos criptográficos, os sistemas de antenas e a certificação de ligações devem ser tratados como subsistemas validados separados, em vez de serem considerados funcionalidades da placa-mãe.

IA e computação periférica →

Qualificação · Ambiente · Energia · Ciclo de vida

Requisitos de engenharia a definir antes da seleção da plataforma

Os programas aeroespaciais devem definir a função da placa instalada e os limites de qualificação antes de selecionar a CPU, as entradas/saídas (I/O) ou o invólucro. A escolha da placa correta depende das funções que o sistema está autorizado a desempenhar e dos requisitos ambientais e de garantia aplicáveis.

Requisito Considerações de engenharia Verificar antes da seleção
Âmbito da Garantia e Certificação Os sistemas de controlo de voo primário, os sistemas aviónicos críticos para a segurança, o apoio à missão, os ensaios em terra, o processamento da carga útil e os sistemas de cabina podem ter obrigações de garantia de qualidade muito diferentes. Função prevista, classificação de segurança, base de certificação, documentação exigida, entidade responsável pela conceção e se é permitido o uso de hardware comercial.
Envelope Ambiental A temperatura, a altitude, os choques, as vibrações, a humidade, a interferência eletromagnética (EMI)/compatibilidade eletromagnética (EMC), os fluidos, a areia ou o pó e outras condições dependem do local de instalação e dos requisitos do programa. Limites de arranque e de funcionamento, espectro de vibração, eventos de choque, pressão ou altitude, invólucro, circuito de arrefecimento, conectores, armazenamento, memória e especificações dos periféricos.
Potência e Recuperação As fontes de alimentação de aeronaves, veículos, equipamentos de apoio em terra e cargas úteis podem apresentar diferentes tensões nominais, picos de tensão, requisitos de manutenção de tensão, sequenciamento, ligação à terra e comportamento em caso de falha. Tensão de alimentação, perfil de transientes, isolamento, proteção, comportamento em caso de queda de tensão, corrente de arranque, recuperação, watchdog, desligamento e orçamento de carga.
Percurso dos dados e comportamento em tempo real A aquisição de dados dos sensores, o suporte ao controlo, os dados de navegação, as comunicações, o armazenamento e o tráfego de rede podem competir pelos recursos do processador, da memória, da PCIe, da USB e da Ethernet. Taxas de dados, margem de latência, valor-alvo de jitter, sincronização, armazenamento em buffer, gravações em armazenamento, carga de interrupções, sistema operativo, pilha de controladores e resposta a falhas.
Configuração e controlo do ciclo de vida A versão do processador (stepping), a revisão da placa-mãe, o BIOS, o armazenamento, a memória, os controladores de rede, os controladores de periféricos e a substituição de componentes podem afetar as provas de qualificação. Lista de materiais (BOM) aprovada, revisão, firmware, imagem de software, processo de PCN/EOL, política de substituição, rastreabilidade, stock de serviço e critérios de revalidação.

Ampla gama de temperaturas → Calculadora de resistência térmica →

Arquitetura do sistema

Manter as funções críticas para a segurança separadas da informática comercial

Uma plataforma Mini-ITX pode ser integrada num sistema aeroespacial como computador de apoio à missão, de carga útil, de monitorização, de visualização, de registo, de comunicação ou de ensaios em terra. A arquitetura deve separar explicitamente quaisquer funções críticas para a segurança ou para o voo que exijam diferentes níveis de garantia de hardware, redundância, qualificação ou certificação.

  1. Fontes relativas a aeronaves, carga útil e ensaiosSensores, câmaras, dados de apoio à navegação, equipamento de ensaio, interfaces de manutenção, equipamento de comunicação e outros subsistemas externos
  2. Camada de Interface QualificadaIsolamento, condicionamento de sinal, interfaces de protocolo, E/S discreta, hardware de barramento ARINC ou MIL, transceptores, proteção e conectores específicos para cada equipamento
  3. Mini-ITX: Missão / Suporte informáticoProcessamento de aplicações, visualização, registo, IA de carga útil, base de dados local, diagnóstico, armazenamento, serviços de rede e funções de missão não críticas para o voo
  4. Interfaces de operador e de dadosEcrãs, portas de serviço, suportes amovíveis, Ethernet, ligações sem fios, interfaces de estação de terra, ferramentas de manutenção e vias de atualização controladas
  5. Sistemas de Programas e EvidênciasRedes terrestres, sistemas de manutenção, aplicações de missão, registos de verificação, gestão da configuração, provas de qualificação e controlos do ciclo de vida

ARINC · MIL Bus · Serial · Ethernet · USB · PCIe

Definir os limites da interface antes de escolher a placa-mãe

O equipamento aeroespacial combina frequentemente interfaces informáticas comerciais com barramentos específicos da aviação. As portas Mini-ITX padrão devem ser consideradas como interfaces de anfitrião; os protocolos de aviónica exigem normalmente o transceptor, a placa de interface, o isolamento, o controlador, o modelo de temporização, o conector e a documentação de qualificação adequados.

ARINC 429 / ARINC 664
Utilize hardware de interface dedicado e aprovado pelo programa, sempre que necessário. A ligação Ethernet integrada na placa-mãe não garante automaticamente o comportamento AFDX, o agendamento determinístico, a gestão da redundância nem a qualificação para utilização em aviónica.
MIL-STD-1553 e E/S discreta
Confirme o hardware do controlador de barramento ou do terminal remoto, o isolamento, o acoplamento por transformador, a pilha de controladores, a temporização, o sistema de conectores e o plano de qualificação. As portas seriais genéricas ou GPIO não são substitutos.
Interfaces CAN e seriais
Útil para equipamento de teste, manutenção, subsistemas de carga útil ou dispositivos não críticos para o voo, quando o tipo de transceptor, o isolamento, a terminação, os níveis elétricos, a propriedade do protocolo e o comportamento do software estão definidos.
Ethernet e dados de alta velocidade
Valide a escolha do controlador, a velocidade da ligação, a redundância, a arquitetura do comutador, o tipo de cabo, a EMI/EMC, a carga de pacotes, a latência e o comportamento do controlador em relação à aplicação real, em vez de partir do princípio de que o desempenho corresponde à velocidade da linha.
USB / PCIe / Percursos da câmara
Comparar câmaras de vídeo, dispositivos de aquisição, aceleradores, armazenamento e placas de expansão em função do número de vias, da topologia do hub, da alimentação, da partilha de largura de banda, da retenção mecânica, da vida útil dos conectores e do suporte de software.
Subsistemas de alimentação, GNSS e RF
A conversão de energia das aeronaves, os recetores GNSS, os modems de RF, os transceptores de satélite, os módulos de encriptação e os sistemas de antenas devem ser especificados como subsistemas separados, com os seus próprios requisitos de alimentação, compatibilidade eletromagnética (EMC), qualificação e integração.

Múltiplas portas de série → Entradas múltiplas de energia →

Guia de decisão sobre plataformas

Selecione «Compute» na secção «Âmbito da carga de trabalho e qualificação»

A escolha da família de processadores só é feita depois de se conhecerem as funções implementadas, o percurso de dados, o sistema operativo, as capacidades de expansão, os limites de potência e térmicos, bem como os limites de garantia. Uma placa x86, uma plataforma incorporada de baixo consumo energético ou um suporte acelerado por GPU podem, cada um, ser adequados para diferentes funções de apoio no setor aeroespacial.

Orientação do sistema Ponto de partida Nota de seleção
Testes em terra, manutenção, diagnóstico, registo de dados, apoio à missão Plataformas Intel Útil quando a compatibilidade com software x86, E/S série, armazenamento, visualização, redes e suporte a aplicações de longa duração são prioridades. Valide o comportamento em tempo real e a configuração ambiental completa.
IA para carga útil de UAV, processamento multicâmara, visão, inferência local Plataformas NVIDIA Considere quando o processamento da carga útil necessita de aceleração por GPU. Defina em conjunto o módulo, a topologia da câmara, o armazenamento, o modo de alimentação, a solução térmica, o JetPack/BSP, a recuperação e a estratégia de atualização.
Nó de apoio aéreo ou remoto de baixo consumo energético Área de sistemas incorporados / baixo consumo de energia Dê prioridade ao orçamento energético, ao comportamento no arranque, ao percurso térmico passivo, ao número de interfaces, à compatibilidade de software, ao ciclo de vida e aos limites de qualificação exigidos, em vez do desempenho máximo da CPU.

Apoio à Engenharia Aeroespacial

Congelar os limites do sistema antes do lançamento do hardware

Envie a função instalada, a classificação de segurança, a função a bordo ou em terra, a carga de trabalho do processador, os objetivos em tempo real, as interfaces ARINC / MIL / CAN / interfaces seriais, requisitos de Ethernet e de câmaras, fonte de alimentação da aeronave ou da carga útil, condições ambientais, requisitos de EMI/EMC, sistema operativo ou BSP, armazenamento, invólucro, método de arrefecimento, âmbito de qualificação, quantidade e objetivo do ciclo de vida. A análise deve identificar o que pode permanecer comercial, o que necessita de hardware de interface externo e o que deve ser qualificado separadamente.

Âmbito do Apoio

FAQ

Questões sobre a plataforma Mini-ITX para o setor aeroespacial e da aviação

É possível utilizar uma placa-mãe Mini-ITX padrão como computador de controlo de voo?

Não por defeito. As funções primárias de controlo de voo e outras funções críticas para a segurança podem exigir uma arquitetura, garantia de hardware, garantia de software, redundância, qualificação ambiental, controlo de configuração e provas de certificação que uma placa-mãe comercial padrão não fornece automaticamente.

Uma placa-mãe passa a estar em conformidade com a norma DO-160 pelo simples facto de ter sido aprovada num teste de temperatura ou vibração industrial?

A certificação DO-160 está associada a categorias ambientais definidas, métodos de ensaio, configuração do equipamento, pressupostos de instalação e resultados documentados. As declarações relativas à temperatura ou à vibração em ambiente industrial não constituem uma conformidade total com a norma DO-160.

As portas seriais ou Ethernet da placa-mãe podem ligar-se diretamente a ARINC 429, AFDX ou MIL-STD-1553?

Normalmente, isso não é possível sem hardware de interface específico. Verifique o transceptor de aviónica ou a placa de interface necessária, bem como o isolamento, a sincronização, a redundância, o controlador, o conector e a pilha de protocolos. A Ethernet padrão também não proporciona automaticamente o comportamento ARINC 664 / AFDX.

Que condições ambientais devem ser definidas para um sistema aeroespacial Mini-ITX?

Defina a temperatura de arranque e de funcionamento, a altitude ou pressão, a vibração, os choques, a humidade, a EMI/EMC, os transientes de potência, o invólucro, o percurso de arrefecimento, a retenção dos conectores, a exposição à contaminação e quaisquer requisitos relativos à radiação relevantes para a instalação.

Como deve ser gerido o equipamento aeroespacial com um ciclo de vida prolongado?

Congelar a revisão aprovada da placa, a CPU, a lista de materiais (BOM), a BIOS, a memória, o armazenamento, os controladores de rede, a versão do sistema operativo ou do BSP, os controladores, as placas de interface, os substitutos, o processo PCN/EOL, o stock de serviço, a rastreabilidade e a revalidação necessária após cada alteração aprovada.

Recursos de Engenharia Aeroespacial e da Aviação

A segurança não é apenas uma questão de especificações. Trata-se de confiança, tempo de atividade e resiliência a longo prazo. Estes recursos ajudam-no a integrar estes três elementos no seu próximo quadro.