はじめに | ARTEMISプロジェクトについて
ソース・エンジニアーズは、スイス・ベルンに拠点を置く組込みソフトウェア企業です。欧州宇宙機関（ESA）およびベルン大学との協力のもと、NASAの商業月面ペイロードサービスプログラムの一環として月面で運用される質量分析計「レーザーアブレーションイオン化質量分析計（LIMS）」を制御するファームウェアを開発しています。
Typhoon HIL404リアルタイムシミュレーション装置とリモートI/O装置を用いた迅速なプロトタイピングおよびテスト自動化により、ソースエンジニアは他社に依存せずにファームウェアを開発し、ベルン大学へ高品質なファームウェアリリースを提供することが可能となった。
課題 | ソフトウェアテスト環境構築
ベルン大学は5年以内にLIMS質量分析計を開発する必要がある。宇宙プロジェクトとしてはこの短いタイムラインを達成するには、ハードウェアサブシステムの開発と並行してSource Engineers社でのファームウェア開発を開始できる場合に限られる。
これを実現するには、テスト環境でファームウェアの開発を可能にする迅速なプロトタイピング基盤が必要であり、同時に他社はLIMSハードウェアの開発を進めることができる。
テスト環境は実機の質量分析計と同様の動作を再現する必要があり、これにより同一ファームウェアリリースをテスト環境と実機の両方で検証可能となる。
ソリューション | 迅速なプロトタイピング環境の構築
プロジェクト初期の「実現可能性と要件定義」フェーズにおいて、ベルン大学とソースエンジニアは次の迅速なプロトタイピング戦略を定義した：
- 質量分析計の制御に使用されるCPUは、「要件定義と実現可能性」フェーズにおいて評価される。評価ボードの即時入手可能性は必須である。
- 質量分析計ハードウェアを制御するために使用されるデジタルインターフェースはベルン大学によって定義されており、関連するハードウェア開発企業によって変更することはできません。
- 「要件定義と実現可能性」フェーズにおいて、実物と同等の挙動を示す試験装置の基盤設備を評価・調達する。選定した構成部品の即時入手可能性は必須条件である。
- ベルン大学により、デジタルインターフェースはPCB上で試作され、試験装置で使用可能となっている。
この戦略に基づき、図1に示すラピッドプロトタイピングプラットフォームが開発された。
コンパクトな試験装置は製造され、図2に示すようにサーバーラックに収まる。
HILのメリット| HILプロトタイピングによる開発の高速化
従来のプロジェクトでは、迅速なプロトタイピング戦略がないため、ハードウェアとファームウェア開発の依存関係に悩まされる。まず、ファームウェア開発を開始する前に、システムとハードウェア設計の大部分を完了させる必要がある。これにより、開発フェーズの初期段階で非生産的な空白期間が生じることが多い。下図3に示す通りである。
上記の迅速なプロトタイピング戦略を採用することで、プロジェクトを異なる方法で構築することが可能となる。迅速なプロトタイピング環境は「実現可能性および要件定義フェーズ」において評価・導入済みであるため、図4に示す通り、開発期間全体をファームウェア開発に充てることができ、非生産的な空白期間を回避できる。
Typhoon を用いたテスト環境では、実際のLIMS装置と全く同じ方法でアナログおよびデジタル入出力をシミュレートできます。これによりソースエンジニアは、後に実際の質量分析装置で使用されるのと同じファームウェアリリースを正確にテストできます。この同等性とテストの自動化機能により、ソースエンジニアはハードウェア開発から独立してファームウェアを開発し、ベルン大学へ高品質なファームウェアリリースを提供することが可能となります。
Typhoon インフラのおかげで、ベルン大学のクリーンルーム実験室における試験時間を大幅に短縮できます。これにより、開発コスト全体の削減につながります。
クレジット
テキスト | フルリン・ビューラー、ヤコブ・ワナー
ビジュアル | フルリン・ビューラー、カール・ミッケイ
テクニカルエディター| ヤコブ・ワナー、レモ・ザイラー
ブログエディター | デボラ・サント
