Integrated modular avionics

Integrated modular avionics (IMA) are real-time computer networkairborne systems. This network consists of a number of computing modules capable of supporting numerous applications of differing criticality levels.

In opposition to traditional federated architectures, the IMA concept proposes an integrated architecture with application software portable across an assembly of common hardware modules. An IMA architecture imposes multiple requirements on the underlying operating system.^[1]

It is believed that the IMA concept originated with the avionics design of the fourth-generation jet fighters. It has been in use in fighters such as F-22 and F-35, or Dassault Rafale since the beginning of the '90s. Standardization efforts were ongoing at this time (see ASAAC or STANAG 4626), but no final documents were issued then.^[2]

IMA modularity simplifies the development process of avionics software:

• As the structure of the modules network is unified, it is mandatory to use a common API to access the hardware and network resources, thus simplifying the hardware and software integration.
• IMA concept also allows the Application developers to focus on the Application layer, reducing the risk of faults in the lower-level software layers.
• As modules often share an extensive part of their hardware and lower-level software architecture, maintenance of the modules is easier than with previous specific architectures.
• Applications can be reconfigured on spare modules if the primary module that supports them is detected faulty during operations, increasing the overall availability of the avionics functions.

Communication between the modules can use an internal high speed Computer bus, or can share an external network, such as ARINC 429 or ARINC 664 (part 7).

However, much complexity is added to the systems, which thus require novel design and verification approaches since applications with different criticality levels share hardware and software resources such as CPU and network schedules, memory, inputs and outputs. Partitioning is generally used in order to help segregate mixed criticality applications and thus ease the verification process.

ARINC 650 y ARINC 651 proporcionan estándares de hardware y software de propósito general utilizados en una arquitectura IMA. Sin embargo, algunas partes de la API involucradas en una red IMA se han estandarizado, tales como:

• ARINC 653 para las restricciones de particionamiento de la aviónica de software al sistema operativo en tiempo real (RTOS) subyacente y la API asociada.

Las normas RTCA DO-178C y RTCA DO-254 constituyen la base para la certificación de vuelo actual, mientras que la DO-297 proporciona directrices específicas para la aviónica modular integrada. La norma ARINC 653 contribuye al proporcionar un marco que permite que cada bloque de software (denominado partición) de la aviónica modular integrada en su conjunto sea probado, validado y cualificado de forma independiente (hasta cierto punto) por su proveedor. ^{[ 3 ]}

El documento de posición FAA CAST-32A proporciona información (no una guía oficial) para la certificación de sistemas multinúcleo, pero no aborda específicamente IMA con multinúcleo. Un artículo de investigación de VanderLeest y Matthews aborda la implementación de los principios IMA para multinúcleo ^{[ 4 ].}

Ejemplos de sistemas de aviónica de aeronaves que utilizan la arquitectura IMA:

• Airbus A220  : Rockwell Collins Pro Line Fusion
• Airbus A350
• Airbus A380 ^{[ 2 ] [ 5 ]}
• Airbus A400M
• ATR 42
• ATR 72
• BAE Hawk ( Hawk 128 AJT )
• Boeing 777  : incluye aviónica AIMS de Honeywell Aerospace.
• Boeing 777X : incluirá el sistema Common Core de GE Aviation.
• Boeing 787  : La arquitectura IMA de GE Aviation Systems (anteriormente Smiths Aerospace ) se llama Common Core System ^{[ 2 ] [ 6 ]}
• Bombardier Global 5000 / 6000  : Rockwell Collins Pro Line Fusion
• COMAC C919
• Dassault Falcon 900 , Falcon 2000 y Falcon 7X  : la arquitectura IMA de Honeywell se llama MAU (Unidades Modulares de Aviónica) y la plataforma general se llama EASy ^{[ 7 ].}
• F-22 Raptor
• Gulfstream G280 : Rockwell Collins Pro Line Fusion
• Gulfstream G400, G500, G600 , G700, G800 , Red de concentración de datos (DCN) ^{[ 8 ]}
• Rafale  : La arquitectura IMA de Thales se llama MDPU (Unidad Modular de Procesamiento de Datos) ^{[ 9 ] [ 10 ]}
• Sukhoi Superjet 100

• Anexo: Acrónimos y abreviaturas en aviónica
• ARINC 653  : una API estándar para aplicaciones de aviónica.
• Sistema de visualización de la cabina
• Def Stan 00-74  : Estándar ASAAC para software de sistemas IMA
• Modelo OSI
• STANAG 4626

• "Transición de arquitecturas de aviónica federadas a aviónica modular integrada" , Christopher B. Watkins, Randy Walter, 26.ª Conferencia de Sistemas de Aviónica Digital (DASC), Dallas, Texas, octubre de 2007.
• "Promoción de estándares abiertos en aviónica modular integrada: un análisis de la industria" , Justin Littlefield-Lawwill, Ramanathan Viswanathan, 26.ª Conferencia de Sistemas de Aviónica Digital (DASC), Dallas, Texas, octubre de 2007.
• "Aplicación de una arquitectura modular integrada civil a aeronaves de transporte militar" , R. Ramaker, W. Krug, W. Phebus, 26.ª Conferencia de Sistemas de Aviónica Digital (DASC), Dallas, Texas, octubre de 2007.
• "Integración de la aviónica modular: surge un nuevo rol" , Richard Garside, Joe F. Pighetti, 26.ª Conferencia de Sistemas de Aviónica Digital (DASC), Dallas, Texas, octubre de 2007.
• "Aviónica modular integrada: gestión de la asignación de recursos compartidos entre sistemas" , Christopher B. Watkins, 25.ª Conferencia de Sistemas de Aviónica Digital (DASC), Portland, Oregón, octubre de 2006.
• "Verificación modular: Prueba de un subconjunto de aviónica modular integrada de forma aislada" , Christopher B. Watkins, 25.ª Conferencia de Sistemas de Aviónica Digital (DASC), Portland, Oregón, octubre de 2006.
• "Problemas de certificación en proyectos de aviónica modular integrada (IMA)" , J. Lewis, L. Rierson, 22.ª Conferencia de Sistemas de Aviónica Digital (DASC), octubre de 2003.