Entwickeln für Satelliten-Echtzeitsysteme

Die Abteilung Zentralavionik am DLR Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen [7] entwickelt nicht nur die Hardware für Satelliten, sondern auch die dazu passende Software. Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten reichen von der Implementierung eines eigenen echtzeitfähigen Onboard-Betriebssystems bis hin zu den Applikationen, die den Satelliten steuern und Daten transferieren. Die Thermalkontrolle, die Ladekontrolle, die Lageregelung und andere Anwendungen laufen jeweils als eigene Threads parallel, die die Programmierer bei mehreren (redundanten) Bordrechnern als verteilte Anwendungen über mehrere Rechenknoten des Satelliten hinweg aufsetzen.

Die Anforderungen an Satellitensoftware in Bezug auf Fehlertoleranz, Robustheit und Ausfallsicherheit sind extrem hoch. Statische Codeanalysen, Codeverifikation und vor allem das ständige Testen der Software sollen das Erfüllen dieser Anforderungen garantieren. Das Problem beim Test des Gesamtsystems (Betriebssystem, Middleware, Applikationen) ist, dass die Zielhardware, der Satellit selbst, erst spät im Designzyklus zur Verfügung steht.

Abbildung 4: Die Benutzerschnittstelle Datafinder steuert hier eine Triebwerkssimulation auf HPC-Rechnern.

Linux-Schicht vereinheitlicht

Abhilfe schafft das DLR mit einem eigenen Hardware-abhängigen Layer, für den es je nach Zielplattform verschiedene Implementierungen gibt. Eine davon setzt auf Linux auf. Abbildung 5 zeigt, wie Linken des Realtime-OS gegen eine mit Linux arbeitende Schicht das Hardware-unabhängige Testen ermöglicht. Linux punktet hier durch seine saubere Struktur, mit zugänglichen Schnittstellen, und wegen seiner weiten Verbreitung kann auch ein verteilt arbeitendes Ingenieursteam auf einer Plattform gemeinsam entwickeln und testen.

Abbildung 5: Für das Testen eines Satelliten-Bootimage greift der Linker statt auf die Zielhardware auf eine gleichwertige Linux-Implementierung zurück.

In der Praxis bedeutet dies, dass die Wissenschaftler lange vor Fertigstellung der Onboard-Rechner mit den Softwaretests beginnen dürfen, was sich auf die Qualität und die Laufzeit eines Satelliten-Projekts positiv auswirkt. (jk)