Combined avionics suite development for highly integrated applications

Solís Grayeb, Rodolfo Hassam (2016). Combined avionics suite development for highly integrated applications. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

In the context of avionics navigation systems, this project developed a comprehensive platform which considers the seamless integration and concurrent execution of multiple software defined radio applications (SDRA) by making use of a Xilinx® Virtex 6® / Intel i7 cooperative architecture in a Nutaq® software defined radio (PicoSDR®). For the processor-centred applications an architecture based on GNU-Radio was designed to work side by side with applications purely defined in a Field-Programmable-Gate-Array’s (FPGA) fabric. To obtain the required level of synchronization between the FPGA and the embedded host computer’s (SAMC®) i7 CPU cores, an Ethernet-based communication protocol suitable for the task was selected (Nutaq’s Real Time Data Exchange (RTDEx)); several processor’s cores isolation techniques were also evaluated and a subset was selected for implementation on the Linux operating system.

The FPGA’s bitstream image was designed on Xilinx’s® System Generator® making use of the Nutaq’s Model based development kit (MBDK) as well as other Simulink building blocks. Output signals from certified navigation testing equipment (Aeroflex® IFR 6000) were captured in the FPGA to allow for simulation and verification of the FPGA’s designed logic in Simulink®.

In order to properly display the most relevant system’s information, a QT® based GUI was developed. It facilitates a better user control while providing runtime configurability of the system.

To be able to conduct tests on real-life scenarios, the system’s RF section which includes a 100 watt power amplifier was incorporated taking into account hardware limitations and current industry regulations for avionic navigation systems. A strict documentation package was prepared throughout the course of the project in order to obtain a flight-testing license from NAV Canada which allows LASSENA to perform a set of flight tests for the avionics-navigation-system prototypes developed at in the lab. The first flight test which verified the proper operation of the individual modules of the system test was successfully conducted the 23th of July 2015, future flight tests are scheduled for early 2016 to test the integration architecture.

Titre traduit

Développement de suite embarquée pour une plateforme avionique logicielle hautement integrée

Résumé traduit

Ancré dans le contexte des systèmes avioniques de navigation, ce projet développe une plateforme exhaustive permettant l'intégration transparente et l'exécution parallèle de multiples applications radio logicielles. Elle permet une utilisation simultanée d'une plateforme Xilinx Virtex 6 et d'un processeur Intel i7 integrée au sein d'une radio logicielle Nutaq PicoSDR. Pour exécuter les applications sur processeur, une architecture basée sur GNU-Radio a été conçu pour permettre leur utilisation côte à côte avec d'autres applications fonctionnant avec un réseau de portes programmables (FPGA). Afin d'obtenir un niveau de synchronisation optimal entre le FPGA et l'ordinateur embarqué SAMC (i7 CPU), une communication RTDEx (« Real Time Data Exchange ») bâtie sur protocole Ethernet à été choisie et implémentée. Également, plusieurs techniques d'isolation des noyaux du processeur ont été étudiées et une solution a été sélectionnée permettant leur adaptation sur le système d'exploitation Linux.

L'image du flux binaire VHDL (“Very high speed integrated circuit Hardware Description Language”) conçue sur System Generator (Xilinx's) utilise le kit de développement de modèles de base de Nutaq (MBDK) ainsi que d'autres blocs de construction Simulink. La simulation et la vérification du design logique du FPGA dans simulink ont été effectuées grâce à la capture de signaux d'équipements de tests de navigation certifiés (Aeroflex IFR 6000) à travers le FPGA.

Dans le but d'afficher directement les informations les plus pertinentes du système, une interface utilisateur GUI (« Graphical User Interface » ) basée sur QT a été développée. Elle offre un meilleur contrôle par l'utilisateur tout en donnant la possibilité de régler le temps d'exécution du système.

Afin de pouvoir mener des tests dans l'espace aérien, une tête RF équipée d'un amplificateur de 100W a été incorporée en tenant compte des limitations imposées par la règlementation aérienne s'appliquant sur les systèmes avioniques de navigation. Au cours de ce projet une documentation pertinente et complète fut également réalisée pour permettre l'obtention des licences de test en vol émises par NAV CANADA, et ainsi de procéder aux différents tests des prototypes de systèmes avioniques de navigation développés par LASSENA. Le premier test en vol destiné à la vérification des modules en opération individuelle fut réalisé avec succès le 23 juillet 2015. D’autres tests en vol sont planifiés pour le début de l’année 2016 afin de tester l’intégration architecturelle.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Mots-clés libres:	radio logicielle, SDR, DME, logiciel ADS-B, systèmes avioniques, tests en vol, avionique, Virtex-6, FPGA
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Landry, René Jr.
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	03 févr. 2021 21:26
Dernière modification:	03 févr. 2021 21:26
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1676

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