La mise en œuvre de systèmes électroniques dans le cadre du programme Galileo passe par des cycles de conception complexes avec des échéances strictes, notamment dans les étapes d’intégration et validation.
La capacité à réagir rapidement et efficacement en cas de problème d’intégration est très importante pour éviter des retards très pénalisants sur les plans technique et financier.
Cet article illustre une collaboration réussie entre le CETIC et Thales Alenia Space dans le cadre du programme Galileo. Il s’agit de la mise en œuvre rapide d’un design électronique en vue de palier à un problème bloquant survenu lors de l’intégration.
Date: 27 janvier 2011
Expertises:
Evolutivité des systèmes embarqués et réseaux IoT ⊕
Domaine: Aérospatial ⊕
Les développements électroniques pour le système de navigation Galileo sont réalisés par des entités différentes (plusieurs entreprises de plusieurs pays) et malgré des procédures rigoureuses et une coordination et synchronisation poussées, l’intégration des éléments constitutifs du système peut révéler des dysfonctionnements plus ou moins bloquants qui peuvent avoir un impact très significatif sur les plannings et induire ainsi des retards couteux.
Il est donc important de pouvoir adresser de manière rapide et efficace les problèmes surgissant lors des étapes d’intégration et de validation système.
Ceci consiste à tout d’abord identifier la source du problème, proposer une correction (patch), l’implémenter et la tester suffisamment dans un environnement émulant au mieux la situation réelle avant de procéder à une nouvelle validation avec les autres composantes du système réel (Satellite par exemple). Tout cela dans un temps le plus réduit possible qui doit rester compatible avec d’autres échéances du projet.
Quand un problème d’intégration surgit, les contraintes de temps deviennent assez pressantes car il est impératif de rectifier la situation le plus vite possible.
Il est aussi à noter que l’accès au système réel (un satellite en construction par exemple) pour faire des tests est régi par des procédures assez complexes et contraignantes, techniquement et administrativement parlant. Le programme Galileo touchant à la sécurité des Etats, ces restrictions sont d’autant plus importantes.
Ainsi seules certaines personnes disposant d’accréditions spécifiques peuvent accéder au système. Ces personnes peuvent être différentes de celles qui réalisent l’implémentation du module à intégrer. Par ailleurs l’accès au système réel ne peut être assuré de manière permanente.
Tout cela contribue à une exigence assez forte pour aboutir très vite à une solution fiable qui a les meilleures chances de fonctionner lors des tests d’intégration sur le système réel.
La société Thales Alenia Space, un des principaux industriels du programme Galileo, a dû faire face à un problème d’intégration bloquant dans le cadre d’un design assez complexe et multi-partenaires.
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Le design consistait en une chaine d’équipements servant à la transmission de données numériques depuis une station terrestre vers le satellite et vice versa.
Ces équipements incluent des circuits hardware spécifiques (ASIC) réalisant des fonctions d’encodage, décodage, traitement, synchronisation et contrôle des flux de données.
Il s’est avéré qu’à l’intégration, les flux de données reçus étaient corrompus alors que les tests unitaires et d’intégration partielle ne révélaient pas ce problème.
Après investigation, la source du problème a été identifiée : elle résultait d’une ambigüité subtile dans la description de l’algorithme de traitement des données qui a conduit à des interprétations légèrement différentes et par conséquent à des implémentations non compatibles sur deux éléments de la chaine de transmission.
Un algorithme de correction a été alors proposé pour palier à l’anomalie. Il fallait le mettre en œuvre rapidement (endéans trois semaines), et dans un premier temps par un design externe en rajoutant un élément dans la chaine de transmission. En effet la correction définitive sur les éléments déjà en place était prévue pour être réalisée dans un deuxième temps car elle était plus complexe et plus longue à mettre en œuvre, car elle nécessitait des modifications d’équipements qualifiés pour le vol.
Afin de pouvoir traiter en parallèle ces deux actions, les ressources humaines chez Thales Alenia Space étant limitées, la société a fait appel aux compétences du CETIC en conception de systèmes numériques et lui a confié la réalisation de cette mission.
En concertation étroite avec les responsables du projet chez Thales Alenia Space, le CETIC a mis en œuvre rapidement un plan de travail pour la réalisation d’une solution adéquate.
Il fallait d’abord s’assurer d’une compréhension parfaite de la nature et la source du problème sur le plan technique et de valider l’algorithme de correction proposé.
Ensuite il fallait faire des choix de design en essayant de sélectionner l’approche la plus rapide et la plus fiable. Il était notamment question de faire un choix entre une implémentation en full hardware sur FPGA en utilisant le langage VHDL, ou mixte hardware/software en mettant en œuvre un processeur embarqué programmable en langage C.
L’étape suivante consistait à concevoir l’architecture d’implémentation de l’algorithme de correction. Cette architecture devait être pensée en tenant compte en particulier :
Il fallait également prendre en compte l’environnement de test local mis en place chez Thales Alenia Space émulant le système réel. Bien que cet environnement fût pratique pour valider le design de correction, il ne permettait pas d’investiguer de manière souple et rapide les erreurs. En outre, il nécessitait d’autres ressources de la société, notamment les ingénieurs de test pour configurer les scripts nécessaires et les modifier à la demande.
Le CETIC en accord avec Thales Alenia Space a alors proposé de réaliser un environnement de test paramétrable intégré au design de correction et permettant de valider de manière plus approfondie la robustesse du design par l’injection automatique de motifs (pattern) de données variés dont certains présentaient intentionnellement des erreurs en vue de vérifier le comportement du design.
La réalisation de cet environnement de test intégré a permis d’accélérer notablement la validation du design de correction. Le CETIC a pu ainsi réaliser des tests approfondis qui ont permis de déceler des erreurs très subtiles et de les corriger (comme par exemple une désynchronisation tardive du flux de données qui n’est détectable qu’avec un motif de données particulier et qui apparait seulement après un temps de communication assez long). Sinon ces erreurs auraient une nouvelle fois fait échouer les tests d’intégration sur le système physique.
Thales Alenia Space a ainsi pu réaliser avec succès les tests d’intégration de toute la chaine de transmission en intégrant le module de correction réalisé par le CETIC.
La pro-activité du CETIC ainsi que les compétences de ses collaborateurs ont ainsi contribué à donner un soutien important à une entreprise comme Thales Alenia Space dans le cadre d’une mission critique et exigeante. La direction de Thales Alenia Space et les partenaires industriels comme Astrium ont été impressionnés par la vitesse à laquelle l’intégration satellite a pu être débloquée, grâce au développement réalisé par le CETIC.
Cette expérience a aussi été très bénéfique au CETIC car en relevant ce défi de réalisation d’une mission si urgente et critique, le CETIC a gagné en termes d’optimisation de sa gestion des ressources et de management de projet adéquat dans un tel contexte sans compromettre la qualité et les performances du résultat final.