Havacılık uygulamaları için sahada programlanabilir kapı dizilerini kullanarak izleme
Tracing using field programmable gate arrays for aviation applications
Yazar: FERHAT YÜKSEL
Danışman: DOÇ. DR. UFUK SAKARYA
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Aviyonik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Aviyonik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Havacılık ve Uzay Mühendisliği = Aeronautical Engineering
Dizin: Bellek = Memory ; Güvenilirlik = Reliability ; Havacılık = Aviation ; Kapı dizileri = Gate arrays ; İzleme = Monitoring

Özet:
Çok çekirdekli işletim sistemleri, sağladıkları yüksek performans nedeniyle gelişen havacılık endüstrisinde daha önemli bir konu haline gelmektedir. Ancak bu gelişmeleri yavaşlatan bazı zorlukları da beraberinde getirmektedir. Çok çekirdekli işlemcilerin, aviyonik sistemlerde kritik görevler üstlendikleri için yüksek güvenilirliğe sahip olmaları beklenmektedir. Bu yönde çalışan sertifikasyon yetkilileri, gerçek zamanlı merkezi işlemci birimi (CPU) performanslarının harici olarak farklı bir sistem ile izlenmesini önermektedir. Çalışma anında elde edilen bilgilerin yorumlanması ve sistemin performansı hakkında çıkarımlarda bulunulması bu yetkililerin önerileri arasındadır. Çok çekirdekli işlemcilerin güvenilir olmamasının nedenlerinden biri de kullandıkları ortak önbellek bellekleri nedeniyle yaşanan çakışmadır. Bu nedenle güvenilirlikte elde edilmesi gereken bilgilerden biri de CPU tarafından kullanılan belleklerin doluluk oranlarıdır. Ayrıca belleğin izlenmesiyle CPU'nun performansı hakkında çıkarımlar da yapılabilir. Bu tezde, havacılık uygulamaları için sahada programlanabilir kapı dizileri (FPGA'lar) kullanarak sistemin izlenmesi üzerine bir çalışma sunulmaktadır. Geliştirmelerin sonuçları simülasyon ortamında izlenilmiştir ve uygulama aşamasında ise iki farklı FPGA kullanılmıştır. Çalışmada kullanılan kartların ikisi de Kc705 geliştirme kartı olarak seçilmiştir. FPGA'lardan biri CPU'yu içermektedir ve kullanmış olduğu hafıza biriminin doluluk oranını dış ortama iletirken, diğer FPGA almış olduğu bu veriyi izleme görevine sahiptir. CPU geliştirmesinde, farklı mimariler göz önüne alınmış ve sahip olduğu avantajlardan dolayı RISC-V işlemci mimarisi kullanılmıştır ve yapılan çalışmalar sonucunda başarılı sonuçlar elde edilmiştir.

Abstract:
Multicore operating system is becoming more significant topic in the developing aviation industry because they provide high performance. However, it also brings some difficulties that slow down these developments. Multicore processors are expected to be deterministic and have high reliability because they take on critical tasks in avionic systems. Certification authorities working in this direction recommend monitoring real-time central processing unit (CPU) performances externally with a different system. Interpreting the information obtained at the time of operation and making inferences about the performance of the system is among the suggestions of this authorities. One of the reasons why multi-core processors are not reliable is the conflict experienced due to the common cache memories they use. Therefore, one of the information that needs to be obtained in the reliability is the occupancy rates of the memories used by the CPU. In addition, inferences can also
be made about the performance of the CPU by monitoring the memory. In this thesis, a study on system monitoring using field programmable gate arrays (FPGAs) for aerospace applications is presented. The results of the developments were observed in the simulation environment and two different FPGAs were used in the implementation phase. Both of the cards used in the study were chosen as the Kc705
development board. One of the FPGAs contains the CPU and transmits the occupancy rate of the memory unit it uses to the external environment, while the other FPGA has the task of monitoring this data it has received. In CPU development, different architectures were considered and RISC-V processor architecture was used due to its advantages, and successful results were obtained as a result of the studies.