Existe uma demanda crescente na indústria aeronáutica por redes de comunicação baseadas em barramentos bidirecionais e capazes de lidar com um maior volume de tráfego produzido pelos modernos sistemas aviônicos, para substituir os padrões antigos, a exemplo do ARINC 429. Estas novas redes devem oferecer confiabilidade e segurança compatíveis com sistemas embarcados distintos, com níveis de criticalidade diferentes, e em grande integração. Por outro lado, há uma preocupação das autoridades certificadoras de aviação em definir normas aplicáveis à integração dessas tecnologias em desenvolvimento aos novos projetos. Neste trabalho, a evolução destas tecnologias é brevemente apresentada e são discutidas as principais características de alguns padrões industriais para redes recentemente disponíveis no mercado: FlexRay, TTP/C, ARINC 629 e AFDX. Esta discussão é orientada por critérios que estão relacionados a segurança e desempenho, conforme as considerações da AC 20-156, publicada pelo FAA em 2006. Desenvolve-se uma análise de risco funcional, e são discutidas algumas hipóteses de falha. São também apresentados conceitos de determinismo e influência do overhead sobre protocolos de comunicação.

Nestes últimos anos a Força Aérea Brasileira vem adquirindo várias aeronaves que utilizam em seus sistemas o protocolo MIL-STD-1553B. Conseqüentemente, torna-se importante para a FAB empregar esforços no domínio desta tecnologia para acompanhar os constantes avanços da aviação militar, área em que os países dominantes têm como meta criar sua própria tecnologia e nunca comprá-la.Este trabalho tem como objetivo enveredar esforços na pesquisa e desenvolvimento na área de aviônica digital e do barramento de comunicações MIL-STD-1553B. Para isso é proposta a implementação do protocolo de comunicação MIL-STD-1553B em um kit de desenvolvimento baseado no processador de sinais Blackfin ADSP-BF533. São apresentadas inicialmente as características do protocolo, tipos de palavras e a codificação exigida para a transmissão. Segue-se então a modelagem do sistema desde a formação dos dados pela placa ADSP-BF533 incluindo a codificação e a transmissão por um codificador/decodificador Manchester (HD3-6408) até a passagem dos respectivos dados através de uma linha de transmissão para outro dispositivo também baseado na integração ADSP-BF533/HD3-6408. Por fim são relatados os resultados obtidos em testes de comunicação, inicialmente entre dois dispositivos montados em laboratório e finalmente entre um dispositivo ADSP-BF533/HD3-6408 e a placa PASS-PCMCIA2 da SBS Technologies.

Esta dissertação de mestrado analisa a Especificação ARINC 429, que ée a especificação mais utilizada atualmente em barramentos de dados na aviação comercial. A mesma define a comunicação entre equipamentos aviônicos, desde a ligação física, propriedades elétricas, caminho da informação, formatos de palavra e protocolo. Embora não obrigatória, ée muito útil para a indústria aeronáutica, pois se observada, proporciona a garantia de níveis de segurança adequados para a aviação em geral. A contínua modernização dos sistemas aviônicos traz a necessidade de constante atualização dos protocolos e barramentos, e conseqüentemente, das especificações técnicas utilizadas. A experiência tem mostrado que se deve sempre rever todas as definições dos formatos de mensagens e/ou protocolos implementados pelos fabricantes dos equipamentos. Para comprovar isso, um ensaio foi desenvolvido e implementado para analisar o funcionamento de equipamentos de um sistema aviônico utilizados em aeronaves Embraer. O ensaio teve como objetivo a familiarização com o RIG aviônico, através da análise das formas de onda dos sinais de alta e baixa velocidade nas interfaces ARINC 429 e também do comportamento das mensagens transmitidas via ARINC 429. Ele evidenciou mais uma vez o RIG como ferramenta suficientemente adequada para a previsão do comportamento de sistemas e como instrumento para auxílio na certificação de aeronaves.

ÉE proposto um método integrado de desenvolvimento de sistemas aeronáuticos baseado em requisitos, cujo objetivo ée evitar a necessidade de correção da arquitetura do sistema em etapas posteriores e, conseqüentemente, reduzir o custo de desenvolvimento do projeto. Este procedimento ée aplicado ao projeto conceitual dos sistemas aviônicos de uma aeronave executiva supersônica hipotética, desenvolvida como parte do Programa de Especialização em Engenheria - PEE (ITA - EMBRAER). O cumprimento dos objetivos propostos ée comprovado através de análises qualitativas e quantitativas da confiabilidade do sistema projetado.

É proposta a aplicação de um novo paradigma de projeto de sistemas aviônicos baseado em práticas da indústria formalizadas nos documentos ARP 4754 e ARP 4761. O procedimento proposto é aplicado ao sistema aviônico de uma aeronave comercial hipotética com capacidade para até 150 passageiros. O procedimento se inicia com o levantamento dos requisitos de mercado, funcionais e de sistema. A partir das funções da aeronave associadas ao sistema aviônico, é elaborada a Análise dos Riscos da Falhas (FHA), em que são classificados os modos de falha quanto à sua criticalidade. O procedimento prossegue com a identificação e análise de novas tecnologias aviônicas que possam ser aplicadas ao projeto, de modo a cumprir os requisitos já citados sem comprometer a viabilidade econômica da aeronave. A partir dos resultados obtidos nas etapas anteriores, é proposta uma arquitetura preliminar do sistema, que atenda aos requisitos estabelecidos. Para demonstrar a adequação do procedimento proposto, é elaborada uma análise pela Árvore de Falhas para um dos modos de falha identificados, bem como análise de riscos associados à instalação e riscos particulares como o despaletamento da turbina. Por se tratar de projeto conceitual, não são contemplados a prospecção e a seleção de fornecedores, e o levantamento de custos operacionais.

Avionics system manufacturers are currently facing the problem of developing highly-integrated systems under economic pressures. In this scenario, the empirical approach, characterized by trial and error techniques, is not adequate since the correction of design flaws is often related to expensive re-work and schedule overruns. The evolution of airborne systems toward Integrated Modular Avionics (IMA) pushes the need for advanced methods that could enforce correctness of complex designs while minimizing the chances of introducing errors. Considering this problem, this work proposes a systematic conceptual design strategy based on formal methods, aiming at improving the development processes for IMA systems. The basic idea is to concentrate efforts on the construction, simulation, and formal analysis of a mathematical model for the new system at early development lifecycle phases. The proposed approach was exercised on a case study of practical avionics project in order to evaluate the drawbacks and advantages. Results suggest that this work could contribute to the aeronautics industry by offering alternative means to cope with complexity in modern avionics projects.

Durante a fase inicial de um projeto aeronáutico, quando os sistemas aviônicos estão sendo projetados, ocorre a atividade de selecionar componentes físicos de uma arquitetura IMA (Integrated Modular Avionics ou Aviônica Modular Integrada) e avaliar as possibilidades de alocação das aplicações computacionais dos sistemas aviônicos nos componentes escolhidos para a arquitetura. Essa atividade pode gerar diversas opções de configurações que devem ser cuidadosamente analisadas para atingir a arquitetura e a alocação mais adequadas. A indústria aeronáutica já percebeu que essa atividade pode ser auxiliada por métodos automatizados. Com o foco na alocação das necessidades de comunicação dos sistemas aviônicos, esse estudo apresenta uma abordagem para alocar os fluxos de dados a serem trocados entre as aplicações nos recursos físicos de uma arquitetura IMA, de forma a considerar necessidades de segurança e desempenho e passível de ser estendida a outros aspectos que orientam uma alocação. A abordagem é baseada nas teorias SAT (Boolean Satisfiability ou Satisfabilidade Booleana) e Programação Linear. Como forma de analisar a viabilidade da solução, um estudo de caso é utilizado. Os resultados mostram que é possível modelar o problema de alocação da comunicação utilizando as teorias citadas e obter opções de configurações da arquitetura IMA de forma automatizada com o uso de solucionadores que implementam algoritmos de resolução para essas teorias. Com isso, espera-se a melhora da eficiência e eficácia da atividade de definição da arquitetura IMA e alocação de aplicações durante um projeto aeronáutico.

Computadores fazem parte da vida de praticamente todo indivíduo nos tempos atuais. Os primeiros foram desenvolvidos objetivando-se propósitos mais genéricos. Houve considerável avanço nesta área. Computadores tiveram seu tamanho e preço reduzidos. Por outro lado, complexidade e propósitos aumentaram. Computadores genéricos ainda existem, mas estes compartilham o mercado com os chamados "embarcados". Em ambos os casos, o aumento da complexidade envolve maior severidade no caso de falhas. Assim, torna-se razoável assumir que falhas podem ocorrer. De fato, não existe sistema livre de falhas. Diante de tal constatação, sistemas computadorizados devem continuar operando o mais perto possível do normal, mesmo na presença de falhas. Dentro deste contexto, este trabalho tem por objetivo o aumento de tolerância a falhas numa classe de sistema denominada sistemas críticos de tempo-real. Uma falha neste tipo de aplicação pode ser inaceitável, uma vez que quase sempre vidas humanas encontram-se envolvidas. Esta pesquisa mostra o aumento da resiliência a falhas pela composição e aplicação de redundância espacial e temporal (multiprocessamento e escalonamento) com migração de tarefas entre processadores no projeto de sistemas críticos de tempo-real. Tais sistemas, mais especificamente, os sistemas aviônicos são considerados como alvo de aplicabilidade. Visando atingir o objetivo proposto, um modelo computacional e conceitual é apresentado para cobrir os aspectos de tolerância a falhas (segurança) e mecanismos de escalonamento (temporalidade). Realiza-se a análise de escalonabilidade em tempo de projeto considerando prioridades fixas. O modelo assume que poderá existir preempção no processamento das tarefas, o sistema baseia-se em multiprocessamento simétrico, as tarefas são escalonadas por algoritmos considerando prioridade fixa e que pode ou não haver restrições de precedência entre as tarefas. O modelo proposto consiste de uma análise de escalonabiliade e de três diferentes algoritmos: (1) Fixed-Priority based Scheduling Algorithm - FPSA; (2) Symmetric Multiprocessor based Dispatcher Algorithm - SMP-DA; e (3) Fault Tolerance Algorithm - FTA. FPSA considera todas as tarefas prontas do sistema, visando produzir um escalonamento viável, arranjando-as numa fila. Neste tipo de sistema, não se pode rejeitar nenhuma tarefa. Para isso, a análise de escalonabilidade é conduzida, a priori, visando remover todas possíveis falhas temporais. SMP-DA avalia qual processador possui capacidade para receber as tarefas da fila onde o fator de carga dos processadores é levado em conta. Por fim, FTA monitora as tarefas em execução e através de um mecanismo original do modelo chamado notification time control, falhas podem ser identificadas e tratadas. Portanto, a principal contribuição deste trabalho de pesquisa considera tanto redundância espacial quanto temporal, visando aumentar a resiliência a falhas com migração de tarefas entre processadores em sistemas críticos de tempo-real.

Face ao crescente uso de dispositivos eletrônicos portáteis, a Comissão Radio Técnica para Aeronáutica (RTCA) formulou um documento (DO-307) com orientações para o design e certificação de aeronaves para tolerância a dispositivos portáteis. Dentre os tipos possíveis de interferência desses dispositivos, são as emissões espúrias de radiofrequência que apresentam risco para o correto funcionamento da aeronave. A DO-307 estabelece um procedimento de teste e níveis de atenuação de sinal para cada faixa de frequência de operação de dispositivos críticos da aeronave. O presente trabalho aborda esse procedimento, e propõe pequenas alterações, e discute os resultados de um ensaio piloto realizado pela EMBRAER.

Sistemas aviônicos e de controle a bordo de aeronaves dependem da entrega de dados completos e atualizados do transmissor para o receptor de uma forma determinística. Para sistemas críticos, os links de comunicação em tempo real confiáveis são essenciais. O AFDX (Avionics Full-Duplex Switched Ethernet) foi desenvolvido para permitir a troca confiável de dados com rígidas restrições de tempo de transmissão na comunicação interna da aeronave. O projeto do AFDX é baseado no princípio de uma rede comutada com canais físicos redundantes, criando um caminho de dados e comandos entre módulos aviônicos através de canais virtuais, substituindo as conexões ponto a ponto da arquitetura de sistemas distribuídos anteriores por conexões que atravessam um switch de rede. O objetivo deste trabalho é propor um modelo de simulação genérico do AFDX para avaliação do policiamento de tráfego da rede para uma dada configuração e análise da ocupação de banda e tamanho de filas internas do switch de rede. Este modelo foi implementado no ambiente de codificação do MATLAB, onde se pôde observar o funcionamento dos algoritmos de policiamento de acordo com a chegada de frames, o número de frames descartados por canal virtual e a utilização da largura de banda da porta de saída do switch.