統合モジュール型航空電子機器

統合モジュラー航空電子機器( IMA ) は、リアルタイムコンピュータネットワーク航空機システムです。このネットワークは、重要度レベルの異なる多数のアプリケーションをサポートできる多数のコンピューティングモジュールで構成されています。

IMAコンセプトは、従来の連合アーキテクチャとは対照的に、共通のハードウェアモジュールの集合体全体で移植可能なアプリケーションソフトウェアを備えた統合アーキテクチャを提案しています。IMAアーキテクチャは、基盤となるオペレーティングシステムに複数の要件を課します。^[1]

歴史

IMAコンセプトは第4世代ジェット戦闘機の航空電子機器設計から生まれたと考えられている。 90年代初頭からF-22やF-35、ダッソー・ラファールなどの戦闘機で使用されている。当時は標準化の取り組みが進められていたが（ ASAACまたはSTANAG 4626を参照）、最終的な文書は発行されなかった。^[2]

建築

IMA のモジュール化により、航空電子工学ソフトウェアの開発プロセスが簡素化されます。

モジュールネットワークの構造が統一されているため、ハードウェアおよびネットワークリソースにアクセスするには共通のAPI を使用する必要があり、これによりハードウェアとソフトウェアの統合が簡素化されます。
IMA コンセプトにより、アプリケーション開発者はアプリケーション層に集中できるようになり、下位レベルのソフトウェア層での障害のリスクが軽減されます。
モジュールはハードウェアと低レベルのソフトウェアアーキテクチャの大部分を共有することが多いため、以前の特定のアーキテクチャよりもモジュールのメンテナンスが容易になります。
アプリケーションをサポートするプライマリモジュールで操作中に障害が検出された場合は、予備モジュールでアプリケーションを再構成できるため、航空電子機能の全体的な可用性が向上します。

モジュール間の通信には、内部の高速コンピュータバスを使用することも、 ARINC 429やARINC 664 (パート 7)などの外部ネットワークを共有することもできます。

ただし、重要度の異なるアプリケーションが CPU やネットワークスケジュール、メモリ、入力、出力などのハードウェアおよびソフトウェアリソースを共有するため、システムの複雑さが増し、新しい設計および検証アプローチが必要になります。パーティショニングは、重要度が混在するアプリケーションを分離して検証プロセスを容易にするために一般的に使用されます。

ARINC 650 および ARINC 651 は、IMA アーキテクチャで使用される汎用ハードウェアおよびソフトウェア標準を提供します。ただし、IMA ネットワークに関係する API の次のような部分は標準化されています。

ARINC 653は、基盤となるリアルタイムオペレーティングシステム（RTOS）および関連するAPIに対するソフトウェア航空電子機器のパーティション化制約に関するものです。

認証に関する考慮事項

RTCA DO-178Cと RTCA DO-254 は今日の飛行認証の基礎を形成し、DO-297 は統合モジュラー航空電子機器に具体的なガイダンスを提供します。ARINC 653 は、統合モジュラー航空電子機器全体の各ソフトウェアビルディングブロック (パーティションと呼ばれる) をサプライヤーが個別に (一定の基準まで) テスト、検証、認定できるようにするフレームワークを提供することで貢献しています。^[3]

FAA CAST-32Aのポジションペーパーは、マルチコアシステムの認証に関する情報（公式ガイダンスではない）を提供していますが、マルチコアでのIMAについては特に触れていません。VanderLeestとMatthewsによる研究論文では、マルチコアでのIMA原則の実装について取り上げています。^[4]

IMAアーキテクチャの例

IMA アーキテクチャを使用する航空機の航空電子機器の例:

エアバス A220 :ロックウェル・コリンズプロラインフュージョン
エアバス A350
エアバスA380 ^[2]^[5]
エアバス A400M
ATR42 航空
ATR72
BAE ホーク(ホーク 128 AJT )
ボーイング777 ：ハネウェル・エアロスペースのAIMSアビオニクスを搭載
ボーイング777X：GEアビエーションのCommon Core Systemを搭載
ボーイング787 ：GEアビエーションシステムズ（旧スミスエアロスペース）IMAアーキテクチャはコモンコアシステムと呼ばれています ^[2]^[6]
ボンバルディアグローバル 5000 / 6000 :ロックウェルコリンズプロラインフュージョン
コマックC919
ダッソー・ファルコン900、ファルコン2000、ファルコン7X ：ハネウェルのIMAアーキテクチャはMAU（モジュラーアビオニクスユニット）と呼ばれ、全体的なプラットフォームはEASyと呼ばれています^[7]
F-22 ラプター
ガルフストリーム G280 :ロックウェル・コリンズプロラインフュージョン
ガルフストリームG400、G500、G600、G700、G800、データ集中ネットワーク（DCN）^[8]
ラファール：タレスIMAアーキテクチャはMDPU（モジュラーデータ処理ユニット）と呼ばれています^[9]^[10]
スホーイスーパージェット 100

参照

付録: 航空電子工学における頭字語と略語
ARINC 653 :航空電子工学アプリケーション用の標準API
コックピットディスプレイシステム
Def Stan 00-74 : IMA システムソフトウェアのASAAC標準
OSIモデル
スタナグ 4626

参考文献

^ 「ASSC - RTOS システムの評価」(PDF)。assconline.co.uk。1997 年 3 月。2011 年 9 月 4 日のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2008年 7 月 27 日に取得。
^ abc 「統合モジュラーアビオニクス：少ないほど良い」。Aviation Today。2007年2月1日。2012年12月23日にオリジナルからアーカイブ。2013年3月7日に取得。IMAコンセプトは、米国の新型F-22およびF-35戦闘機で始まり、その後、商用ジェット機の分野に移行したと考える人もいます。また、統合度の低いモジュラーアビオニクスコンセプトは、1980年代後半または1990年代前半からビジネスジェットや地域型航空機で使用されていると考える人もいます。
^ René LC Eveleens (2006 年 11 月 2 日)。「統合モジュラーアビオニクス - 開発ガイダンスと認証に関する考慮事項」(PDF)。国立航空宇宙研究所。2012年 6 月 3 日にオリジナル(PDF)からアーカイブ。2011 年 6 月 25 日に取得。この分野における最大の課題は、モジュラーアビオニクスがビルディングブロックの集合体であり、サプライチェーン内のさまざまな企業から供給されることが望ましいことです。各サプライヤーは、その部品を一定の認定レベルにまで引き上げることになっており、その後、システムインテグレーターはこれらの「事前認定済み」部品を全体の認証プロセスで使用できます。
^ VanderLeest, Steven H.; Matthews, David C. (2021). 「マルチコア統合モジュラーアビオニクス (IMA) の増分 保証」。2021 IEEE/AIAA 第 40 回デジタルアビオニクスシステム会議 (DASC)。IEEE。pp. 1–9。doi : 10.1109/DASC52595.2021.9594404。ISBN 978-1-6654-3420-1. S2CID 244139752 . 2022年1月6日閲覧。
^ 「A380 用アビオニクス: 新しくて高機能! パリ航空ショーでのダイナミックなフライトデッキのプレゼンテーション」Thales Group 2003-06-17。2008-05-03 にオリジナルからアーカイブ。2008-02-09に取得。統合モジュラーアビオニクス (IMA) は、複数の機能で共有できる標準化されたモジュールに基づいています。IMA コンセプトは非常にスケーラブルで、信頼性、保守性、サイズ、重量が大幅に改善されます。
^ 「Common Core System (CCS)」。GE Aviation Systems。2008年 12 月 1 日にオリジナルからアーカイブ。2008 年 2 月 9 日に取得。GEは、Avionics Full Duplex Switched Ethernet (AFDX) ネットワークバックボーンを備えた ARINC 653 パーティションオペレーティング環境を実行するコンピューティングプラットフォームを開発しました。CCS は、航空電子工学、環境制御、電気、機械、油圧、補助動力装置、キャビンサービス、飛行制御、状態管理、燃料、ペイロード、推進などの航空機機能システムをホストするための共有システムプラットフォームリソースを提供します。
^ 「Dassault Falcon EASY Flight Deck」。Honeywell。2005年7 月。2008年 2 月 9 日閲覧。EASyプラットフォームの核となるのは、2 つのデュアルチャネルキャビネットベースのモジュラーアビオニクスユニット (MAU) です。高度に合理化された MAU は、複数のアプリケーション用の機能カードを 1 つのモジュールに統合します。各機能カードは、以前は専用のコンピュータプロセッサを必要としていた複数のタスクを実行します。
^ 「GEが新型ガルフストリームG400とGulfstream G800に航空電子機器と電力システムを提供 | GE Aviation」www.geaviation.com 。 2022年7月17日閲覧。
^ 「タレス、SIMMADからラファールのライフサポート契約を獲得」。タレスグループ。2008年5月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2008年2月9日閲覧。
^ 「RAFALE」。Dassault Aviation。2005-06-12。2007-12-04にオリジナルからアーカイブ。2008-02-09に取得。RAFALEの強化された機能の中核は、新しいモジュラーデータ処理ユニット（MDPU）にあります。これは、最大18個のフライトライン交換可能なモジュールで構成されており、各モジュールの処理能力は、ミラージュ2000-5の初期バージョンに搭載されていた2084 XRIタイプコンピューターの50倍です。

IMA 出版物とホワイトペーパー

「連合型アビオニクスアーキテクチャから統合型モジュラーアビオニクスへの移行」、Christopher B. Watkins、Randy Walter、第 26 回デジタルアビオニクスシステムカンファレンス (DASC)、テキサス州ダラス、2007 年 10 月。
「統合モジュラー航空電子機器におけるオープンスタンダードの推進: 業界分析」、Justin Littlefield-Lawwill、Ramanathan Viswanathan、第 26 回デジタル航空電子機器システムカンファレンス (DASC)、テキサス州ダラス、2007 年 10 月。
「民間統合モジュラーアーキテクチャの軍用輸送機への応用」、R. Ramaker、W. Krug、W. Phebus、第 26 回デジタルアビオニクスシステムカンファレンス (DASC)、テキサス州ダラス、2007 年 10 月。
「モジュラー航空電子機器の統合: 新たな役割の出現」、Richard Garside、Joe F. Pighetti、第 26 回デジタル航空電子機器システム会議 (DASC)、テキサス州ダラス、2007 年 10 月。
「統合モジュラー航空電子工学: 共有システム間リソースの割り当ての管理」、Christopher B. Watkins、第 25 回デジタル航空電子工学システム会議 (DASC)、オレゴン州ポートランド、2006 年 10 月。
「モジュール検証: 統合モジュール型航空電子機器のサブセットを分離してテストする」、Christopher B. Watkins、第 25 回デジタル航空電子機器システム会議 (DASC)、オレゴン州ポートランド、2006 年 10 月。
「統合モジュラー航空電子工学 (IMA) プロジェクトに関する認証の懸念」、J. Lewis、L. Rierson、第 22 回デジタル航空電子工学システム会議 (DASC)、2003 年 10 月。

[1] 「ASSC - RTOS システムの評価」(PDF)。assconline.co.uk。1997 年 3 月。2011 年 9 月 4 日のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2008年 7 月 27 日に取得。

[lessismore-2] 「統合モジュラーアビオニクス：少ないほど良い」。Aviation Today。2007年2月1日。2012年12月23日にオリジナルからアーカイブ。2013年3月7日に取得。IMAコンセプトは、米国の新型F-22およびF-35戦闘機で始まり、その後、商用ジェット機の分野に移行したと考える人もいます。また、統合度の低いモジュラーアビオニクスコンセプトは、1980年代後半または1990年代前半からビジネスジェットや地域型航空機で使用されていると考える人もいます。

[3] René LC Eveleens (2006 年 11 月 2 日)。「統合モジュラーアビオニクス - 開発ガイダンスと認証に関する考慮事項」(PDF)。国立航空宇宙研究所。2012年 6 月 3 日にオリジナル(PDF)からアーカイブ。2011 年 6 月 25 日に取得。この分野における最大の課題は、モジュラーアビオニクスがビルディングブロックの集合体であり、サプライチェーン内のさまざまな企業から供給されることが望ましいことです。各サプライヤーは、その部品を一定の認定レベルにまで引き上げることになっており、その後、システムインテグレーターはこれらの「事前認定済み」部品を全体の認証プロセスで使用できます。

[4] ^ VanderLeest, Steven H.; Matthews, David C. (2021). 「マルチコア統合モジュラーアビオニクス (IMA) の増分 保証」。2021 IEEE/AIAA 第 40 回デジタルアビオニクスシステム会議 (DASC)。IEEE。pp. 1–9。doi : 10.1109/DASC52595.2021.9594404。ISBN 978-1-6654-3420-1. S2CID 244139752 . 2022年1月6日閲覧。

[5] 「A380 用アビオニクス: 新しくて高機能! パリ航空ショーでのダイナミックなフライトデッキのプレゼンテーション」Thales Group 2003-06-17。2008-05-03 にオリジナルからアーカイブ。2008-02-09に取得。統合モジュラーアビオニクス (IMA) は、複数の機能で共有できる標準化されたモジュールに基づいています。IMA コンセプトは非常にスケーラブルで、信頼性、保守性、サイズ、重量が大幅に改善されます。

[6] 「Common Core System (CCS)」。GE Aviation Systems。2008年 12 月 1 日にオリジナルからアーカイブ。2008 年 2 月 9 日に取得。GEは、Avionics Full Duplex Switched Ethernet (AFDX) ネットワークバックボーンを備えた ARINC 653 パーティションオペレーティング環境を実行するコンピューティングプラットフォームを開発しました。CCS は、航空電子工学、環境制御、電気、機械、油圧、補助動力装置、キャビンサービス、飛行制御、状態管理、燃料、ペイロード、推進などの航空機機能システムをホストするための共有システムプラットフォームリソースを提供します。

[7] 「Dassault Falcon EASY Flight Deck」。Honeywell。2005年7 月。2008年 2 月 9 日閲覧。EASyプラットフォームの核となるのは、2 つのデュアルチャネルキャビネットベースのモジュラーアビオニクスユニット (MAU) です。高度に合理化された MAU は、複数のアプリケーション用の機能カードを 1 つのモジュールに統合します。各機能カードは、以前は専用のコンピュータプロセッサを必要としていた複数のタスクを実行します。

[8] 「GEが新型ガルフストリームG400とGulfstream G800に航空電子機器と電力システムを提供 | GE Aviation」www.geaviation.com 。 2022年7月17日閲覧。

[9] 「タレス、SIMMADからラファールのライフサポート契約を獲得」。タレスグループ。2008年5月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2008年2月9日閲覧。

[10] 「RAFALE」。Dassault Aviation。2005-06-12。2007-12-04にオリジナルからアーカイブ。2008-02-09に取得。RAFALEの強化された機能の中核は、新しいモジュラーデータ処理ユニット（MDPU）にあります。これは、最大18個のフライトライン交換可能なモジュールで構成されており、各モジュールの処理能力は、ミラージュ2000-5の初期バージョンに搭載されていた2084 XRIタイプコンピューターの50倍です。