INSTITUTO TECNOLÓGICO D
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Divisão de Ciência da Computação – IEC
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Eletrônica e Computação
Área de Informática – PG/EEG-I
RELATÓRIO FINAL PROJETO
SAE-TR-2013
Revisão 00 Grupo Controle, Potência e Combustível.
Entrega 27/11/2013
Valdir Guerra Aluno de Mestrado
Professor Dr. Adílson Marques Cunha
ITA
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1. INTRODUÇÃO 1.1.Titulo
Relato Final da disciplina CE235 – Sistemas Embarcados de Tempo Real sobre o Projeto de Sistemas Aviônicos de Embarcado de Tempo Real
1.2.Motivação
Desenvolver habilidades no desenvolvimento de software aviônico embarcado de tempo real (SAE-TR-2013) utilizando a ferramenta CASE SCADE, bem como desenvolver experiência em integrar e embarcar software de tempo real em micro controladores tais como RASPBERRY PI.
O projeto ainda se destaca por motivar a realização de integração e a interdisciplinaridade entre diversas áreas de conhecimento utilizando técnicas de desenvolvimento ágil com segurança, qualidade, confiabilidade e testabilidade possíveis de serem certificadas nas normas ARIC 661 e DO-178, a fim reduzir o desperdício de recursos nas futuras fases de integração do meu projeto de tese e nos projetos profissionais.
1.3.Contexto
O Projeto esta contextualizado para o desenvolvimento de técnicas e habilidades de sistema embarcados de tempo real para propósitos acadêmicos e educacionais.
As metodologias implementadas assim como as tecnologias utilizadas focam a
experimentação real de um ambiente profissional de desenvolvimento de componentes de software avionicos para a realização de simulações puramente empregadas para fins acadêmicos da área de engenharia eletrônica na área de informática e computação do instituto tecnológico de aeronáutica.
1.4.Objetivo
O Objetivo desse relatório final visa a consolidação dos principais conhecimentos teóricos e práticos adquiridos nas Disciplinas CES-65, CE-235, CE-230 e CE-237, durante o processo de desenvolvimento do Protótipo do Sistema Aviônico Embarcado de Tempo Real – SAE-TR.
1.5.Redução de Escopo
O Esse relatório abrange somente o escopo do desenvolvimento do subsistema de controle, potencia e combustível (CONT-POTE-COMB), um 1 dos 5 grupos de subsistema do projeto SAE-TR-2013.
Maiores informações sobre os outros subsistemas podem ser encontradas no portal do projeto SAE-TR-2013. https://sites.google.com/site/saetr2013/ [1]
A minha participação no construção do subsistema envolveu as seguintes user stories:
US 038 - Eu devo monitorar o tipo de combustível utilizados na Aeronave, para ajustar os parâmetros
de vôo. (SPRINT 1)
US 035 - Eu devo monitorar a autonomia de vôo baseada no consumo de combustível fornecido pelo SUBSIST COMB, para gerenciar a distância possível a ser percorrida. (SPRINT 2)
US 027 - Eu necessito ligar (e desligar) os motores com autorização da torre, para poder habilitar a utilização do manete e aplicar potência. (SPRINT 3)
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2. DESENVOLVIMENTO
Os Requisitos do projeto SAE-TR-2013 foram definidos e publicados no site do projeto utilizando o seguintes artefatos:
2.1 Visão do Projeto
Para as empresas dos setores aeronáutico e aeroespacial,
que necessitem desenvolver, integrar e gerenciar sistemas computadorizados, o Sistema Aviônico Embarcado de Tempo Real (SAE-TR)
é um Cockpit Display System (CDS).
Diferentemente de produtos similares da Honeywell, da Garmin, Rockwell Collins, Thales, Elbit, L3, GE Aviation, entre outras,
nosso produto é desenvolvido academicamente, de forma ágil, com qualidade, confiabilidade, segurança (safety) e testabilidade, podendo vir a ser certificável e
homologável pela DO-178C.
2.2 Know What (Nível Político)
(1) Desenvolver um Protótipo de Projeto de Sistema Aviônico Embarcado de Tempo Real; (2) Implementar um Método Ágil e suas Boas Práticas;
(3) Utilizar quatro disciplinas correlacionadas e pré-selecionadas dos Programas de Graduação e de Pós-Graduação do ITA;
(4) Utilizar Ferramentas de um Ambiente Integrado de Engenharia de Software/Sistemas Ajudado por Computador (Tools of an Integrated Computer Aided Software Engineering Environment - I-CASE-E); e
(5) Abordar o Estado da Arte, o Estado da Técnica e o Estado da Prática, em termos de desenvolvimento de sistemas computadorizados para ambientes aeronáutico e / ou aeroespaciais que possuam usabilidade e adaptabilidade em domínios de conhecimentos correlatos ou análogos.
2.3 Know How (Nível Estratégico)
(1) Utilizar, como Estudo de Caso (Problem Based Learning – PBL), o Projeto do Sistema Aviônico Embarcado de Tempo Real (SAE-TR);
(2) Utilizar, como Metodologia, Processo e / ou Método de Desenvolvimento Ágil, o SCRUM e suas Boas Práticas;
(3) Utilizar, de forma interdisciplinar, as 4 disciplinas CES-65, CE-235, CE-230 e CE-237, ministradas no 2º Sem de 2013 do ITA; e
(4) Utilizar, como Ferramentas de um Ambiente Integrado de Engenharia de
Software/Sistemas Ajudado por Computador (Tools of an Integrated Computer Aided Software Engineering Environment - I-CASE-E), as Ferramentas do SCADE (Safety-Critical Application Development Environment) da Empresa Esterel Technologies.
2.4 Padrões Sugeridos (Nivel Estratégico)
Os Padrões Sugeridos foram especificados para normalizar os a definições básicas de arquitetura das tecnologias e metodologias a serem seguidas durante o projeto
2.5 Product Backlog (Nível Tático)
O conjunto de requisitos e especificações foram elaborados utilizado um Product Backlog elaborado pelos alunos das 4 disciplinas envolvidas no projeto SAE-TR-2013.
O Documento Product Backlog foi gerenciado pelo Portal do Projeto [1] e atualizado pelo 4 disciplinas gerando 5 versões durante o projeto.
Durante o projeto em cada Sprint o Product Backlog foi utilizado para definir o Sprint Backlog documento especificou e priorizou as entregas realizadas pelo grupo durante o projeto de
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desenvolvimento, teste e aferições de qualidade confiabilidade e segurança dos pacotes de software entregáveis.
O Product Backlog pode ser encontrado no Portal do Projeto [1] e uma versão completa das user stories desenvolvidas podem ser encontradas no link Product Backlog Projeto SAE-TR-2013
2.5 Definição de Pronto (DOD), Metas e Casos de Teste para Cada Sprint
Para alinhar os objetivos do time em cada Sprint foi definido a definição de pronto, as metas e os casos de teste assim como as definições normalizadas de qualidade, confiabilidade e segurança de todos os entregáveis propostos pelo time de desenvolvimento.
Na Visão do Grupo CONT-PONT-COMB a Metas para cada Sprint: META SPRINT 1
Entregar as funcionalidades desenvolvidas no 1o Sprint que já se encontrarem
disponíveis, em termos de "widgets", visando propiciar o monitorarmento e o controle futuro dos Subsistemas de Potência e Combustível.. (Link com a referência completa:SPRINT 1 - DOD, Metas e Casos de Teste)
META SPRINT 2
Entregar as funcionalidades desenvolvidas no 2o Sprint que já se encontrarem
disponíveis, em termos de "widgets", visando propiciar o monitorarmento e o controle futuro dos Subsistemas de Controle, Potência e Combustível. (Link com a referência completa: SPRINT 2 - DOD, Metas e Casos de Teste)
META SPRINT 3
Entregar as funcionalidades desenvolvidas no 3o Sprint que já se encontrarem disponíveis, em termos de "widgets", visando propiciar o monitorarmento e o controle dos Subsistemas de Controle, Potência e Combustível, integrados com os substistemas de Navegação, Central de Alarme e Comunicação. (Link com a referência completa: SPRINT 3 - DOD, Metas e Casos de Teste)
2.6 Sprint Backlog (Nível Tático) Listagem com todas as User Stories implementadas:
SPRINT 1
US 021 - Eu devo produzir tração, para decolagem da Aeronave.
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US 022 - Eu devo,
constantemente, reportar o nível de potência aplicada, em função da posição da manete, para mostrar no a tração aplicada.
US 025 - Eu necessito acionar os reversores de potência dos motores da aeronave, visando auxiliar na frenagem do avião e, consequentemente, economizar os freios. US 031 - Eu devo monitorar, constantemente, o nível de combustível em cada tanque, para gerenciar
apropriadamente o consumo de combustível.
US 036 - Eu devo ser capaz de acionar a abertura do tanque de combustível a partir do CDS, para autorizar reabastecimentos.
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SPRINT 2
US 038 - Eu devo monitorar o tipo de combustível utilizados na Aeronave, para ajustar os parâmetros
de vôo.
US-001 - Eu devo visualizar, no CDS, os status de: Solo, Subida, Descida, Nivelado, Direita e Esquerda.
US 026 - Eu necessito integrar o subsistema de potência com o de combustivel, visando controlar o consumo de combustivel, de acordo com a potência aplicada.
US 024 - Eu necessito
visualizar, no CDS, os níveis de potência de cada um dos motores do avião, para melhorar o acompanhamento do funcionamento dos mesmos.
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SPRINT 3
US 035 - Eu devo monitorar a autonomia de vôo baseada no consumo de combustível fornecido pelo SUBSIST COMB, para gerenciar a distância possível a ser percorrida.
US 032 - Eu devo monitorar a pressão do SUBSIST COMB, para gerenciar
apropriadamente a pressão de combustível.
US 027 - Eu necessito ligar (e desligar) os motores com autorização da torre, para poder habilitar a utilização do manete e aplicar potência. US 028 - Eu necessito integrar os indicadores de alerta do sistema de potencia com a central de alarmes.
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2.6 Burndown charts SPRINT 1 US 029 - Eu devo visualizar no horizonte artificial, quando o avião está em vôo, a orientação do aviãobaseado nas ações executadas pelo piloto (Subida, descida, esquerda e direita).
US 039 - Eu necessito integrar os indicadores de alerta do sistema de
combustivel com a central de alarmes
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SPRINT 2
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2.7 Arquitetura do Sistema de Controle, Potência e Combustível.
Nesta disciplina exploramos o desenvolvimento de componentes já pré-concebidos pela empresa ESTEREL através do SCADE que propiciam a criação de interfaces visuais que rodam em CDS com padrão do mercado aeronáutico que por sua vez trabalham de maneira desacoplada do código de software que controla sua unidade logica que por sua vez é embarcado em micro controlador como o RASPBERRY PI.
O mais interessante nesta abordagem é que você gera um binário e sobe no Display que por sua vez espera uma conexão de um micro controlador com o chamado User Application. Nos manuais publicados na página do portal [1] do SCADE e/ou nos CD de instalação do SCADE você encontra schemas de arquitetura que exemplificam o funcionamento.
CODIGO EMBARCADO RASPBERRY PI
O Código foi embarcado com sucesso um micro controlador RASPBERRY PI
O código de aplicação responsável pela integração dos sensores e por toda a lógica de execução e controle foi devidamente embarcado um RASPBERRY PI que por sua vez controlava os servidores gráficos rodando em notebooks.
BUS
MICROCONTROLADOR RASPBERRY PIA668Server
Cockpit Display
System (CDS)
UA 010101 0 UA 010101 0TCP/IP
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3. PRINCIPAIS CONCLUSÕES
Com a conclusão do projeto SAE-TR-2013 e a integração de todos os subsistemas de engenharia de software contatou-se, que o desenvolvimento orientado a modelos assim como os recursos disponibilizados pela ferramenta da ESTEREL – SCADE foi eficaz em gerar um projeto de código certificável na norma DO-178.
Também constatou-se, que as integrações proporcionadas por uma arquitetura de hardware baseada em software embarcado em micro controladores diminuiu a complexidade relacionada a interoperabilidade por unidades lógicas de software
proporcionando alta coesão e baixo acoplamento e dessa forma diminuiu muito o risco de falhas de software.
Outro fator importante foi constatado que no desenvolvimento de software certificados em normas como a DO-178, a utilização de ferramentas CASE como ESTEREL SCADE pode reduzir significativamente o desperdício de tempo e recursos na construção de códigos de software certificados em normas que regulam aferições de qualidade, confiabilidade e segurança (SAFETY) como no caso da indústria aeronáutica e aeroespacial.
Para empresas de desenvolvimento de software de engenharia para a indústria
aeronáutica que possuem equipes geograficamente separadas que necessitam empregar o desenvolvimento ágil integrando de diversas áreas de conhecimento e gerenciar requisitos de alta complexidade as metodologias e tecnologias utilizadas no projeto SAE-TR-2013 podem trazer grandes vantagens competitivas.
4. RECOMENDAÇÕES
Em projetos futuro sugere-se explorar com mais ênfase as tecnologias de barramento empregadas na integração de micro controladores.
Também recomenda-se a integração de dispositivos de eletrônicos baseados em protocolos seriais tais como SIP e USB proporcionando a integração a sensores, motores e dispositivos tais como o LEGO.
Outra recomendação seria a utilização de um protótipo de aeromodelismo tais como mini dirigíveis que podem proporcionar uma experiência mais realística ao gerenciamento de controladores integrando software e hardware.
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS
[1] CUNHA Adilson. “Projeto Sistema Aviônico de Tempo Real – SAE-TR-2013”. Disponível em <https://sites.google.com/site/saetr2013/>. Acessado em 27/11/2013
