Evaluation of FACE implementation on real-time avionics performance

Abstract

Although systems architectures like IMA allowed avionics systems to became more modular and concentrated, saving space, power and weight on aircraft, there was still issues with reuse, modularity and vendor lock to be enhanced on mission systems. Open Systems Architectures (OSA) have been developed and explored by avionics developers and contractors in order to benefit from easier reuse, reduced costs and shorter time-to-field thanks to the modularity and common interfaces brought by such architectures. FACE is growing example of OSA framework defined to achieve these goals for mission software applications through the use of standardized abstraction layers. However, the insertion of such layers may impose overheads on performance that could jeopardize systems key features, especially on hardware platforms with strict space and power constraints. This work discusses this tradeoff, comparing it with similar scenarios in different areas. Through the implementation of an experiment comparing five different performance metrics implemented on two sets of application versions: with and without FACE adherence, using two different hardware platforms, it was possible to quantify performance impacts brought by the OSA adoption. The obtained results showed that there may be impacts depending on computation type performed by the mission application. However, in the majority of cases the quantified overhead was less than 5% when comparing the same performance metric in a non-OSA implementation, therefore not risking the benefits brought by OSA modularity.

Apesar de arquiteturas de sistema com IMA terem permitido os sistemas aviônicos se tornarem mais modulares e concentrados, economizando espaço, peso e consumo de energia em aeronaves, ainda havia problemas com reuso, modularidade e falta de fornecedores alternativos que necessitavam serem melhoradas em sistemas de missão. Arquiteturas Abertas de Sistema (OSA) tem sido desenvolvidas e exploradas por fornecedores de aviônicos e contratantes de forma a se beneficiar do reuso mais fácil, custos reduzidos e menor tempo de desenvolvimento graças à modularidade e uso de interfaces em comum trazido por este tipo de arquiteturas. FACE é um exemplo crescente de ambiente OSA definido para alcançar estes objetivos para aplicações de software de missão através do uso de camadas de abstração padrão. Entretanto, a inserção destas camadas pode impôr acréscimos na performance que poderiam pôr em risco características chave dos sistemas, especialmente em plataformas de hardware com restrições de espaço e energia. Este trabalho discute esta dicotomia, comparando com cenários similares em outras áreas. Através da implementação de um experimento comparando cinco métricas de performance diferentes implementadas em dois conjuntos de versões de aplicação: com e sem aderência a FACE, usando duas plataformas de hardware diferentes, foi possível quantificar os impactos de performance trazidos pela adoção de OSA. Os resultados obtidos mostram que pode haver impactos dependendo do tipo de computação realizado pela aplicação de missão. Entretanto, na maioria dos casos o impacto quantificado foi inferior a 5% quando comparado à mesma métrica de performance em uma implementação sem OSA, desta forma não arriscando os benefícios trazidos pela modularidade de OSA.