Development and update of aerospace applications in partitioned architectures

Tese de mestrado em Engenharia Informática, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2011Para enfrentar os desafios e requisitos impostos por missões espaciais futuras, a indústria aeroespacial tem vindo a seguir uma tendência para adoptar arquitecturas computacionais inovadoras e avançadas, cumprindo requisitos estritos de tamanho, peso e consumo energético (SWaP) e assim diminuir o custo total da missão assegurando a segurança na operação e a pontualidade do sistema. A arquitectura AIR (ARINC 653 in Space Real-Time Operating System), desenvolvida para responder ao interesse da indústria aeroespacial, particularmente da Agência Espacial Europeia (ESA), fornece um ambiente compartimentado para o desenvolvimento e execução de aplicações aeroespaciais, seguindo a noção de compartimentação temporal e espacial, preservando os requisitos temporais das aplicações e a segurança na operação. Durante uma missão espacial, a ocorrência de eventos inesperados ou alterações aos planos da missão introduz novas restrições. Assim, é de grande importância ter a possibilidade de alojar novas aplicações na plataforma computacional de veículos espaciais ou modificar aplicações já existentes em tempo de execução e, deste modo, cumprir os novos requisitos ou melhorar as funções do veículo espacial. O presente trabalho introduz na arquitectura AIR o suporte à inclusão e actualização de novas funcionalidades ao plano de missão durante o funcionamento do sistema. Estas funcionalidades podem ser formadas por componentes de software modificados ou pelos requisitos temporais correspondentes. O melhoramento da arquitectura AIR com a possibilidade de realizar actualizações de software requer um ambiente e ferramentas de desenvolvimento adequados. Neste sentido, a metodologia para o desenvolvimento de software em sistemas baseados na arquitectura AIR é revisitada.To face the challenges and requirements imposed by future space missions, the aerospace industry has been following the trend of adopting innovative and advanced computing system architectures fulfilling strict requisites of size, weight and power consumption (SWaP) thus decreasing the mission overall cost and ensuring the safety and timeliness of the system. The AIR (ARINC 653 in Space Real-Time Operating System) architecture has been defined dependent on the interest of the aerospace industry, especially the European Space Agency (ESA). AIR provides a partitioned environment for the development and execution of aerospace applications, based on the idea of time and space partitioning (TSP), aiming the preservation of the application requirements, timing and safety. During a space mission, the occurrence of unexpected events or the change of the mission plans introduces new constraints to the mission. Therefore, it is paramount to have the possibility to host new applications in spacecraft onboard computer platform, or modify the existing ones in execution time, thus fulfilling new requirements or enhancing spacecraft functions. The work described on this thesis introduces in the AIR architecture the support for the inclusion of new features to the mission plan during the system operation. These new features may be composed of modified software components or the corresponding timing requirements. The improvement of the AIR architecture with the ability to perform software updates requires a suitable development environment and tools. Therefore, the methodology for software development in AIR-based systems, regarding the build and integration process, is reexamined