DO-254 Nedir? Havacılık Donanım Sertifikasyonu Rehberi

Bir uçağın uçuş kontrol bilgisayarında FPGA (programlanabilir mantık devresi) var. Bu donanım, yazılım gibi programlanıyor ama fiziksel bir entegre devre. Tasarımında bir mantık hatası olursa ne olur?

Modern aviyonik sistemlerde karmaşık programlanabilir donanımlar yaygınlaştı. DO-254, bu donanımların güvenlik açısından yeterli olduğunu kanıtlamak için uygulanan standarttır.

DO-254 Ne Demek?

DO-254, "Design Assurance Guidance for Airborne Electronic Hardware" başlıklı standarttır. RTCA tarafından yayınlanmış olup, havacılık elektronik donanımlarının sertifikasyonu için dünya çapında kabul görmüş kılavuzdur.

Tam adı: RTCA DO-254 / EUROCAE ED-80

Yayın tarihi: Nisan 2000

Standart Kapsamı

DO-254 şunları kapsar:

CEC (Complex Electronic Hardware): Karmaşık elektronik donanımlar
FPGA (Field Programmable Gate Array)
ASIC (Application Specific Integrated Circuit)
PLD (Programmable Logic Device)
CPLD (Complex PLD)

Simple vs. Complex Hardware

Tür	Tanım	DO-254 Uygulanır mı?
Simple	Davranışı tamamen anlaşılabilir ve test edilebilir	Hayır (AC 20-152)
Complex	Kapsamlı test ve analiz ile doğrulanması gereken	Evet

Complex donanım kriterleri:

Büyük tasarım (gate sayısı, karmaşıklık)
Gizli fonksiyonlar veya davranışlar
Çoklu tasarım katmanları
Test ile tam kapsam sağlanamaz

DO-254 ve DO-178C İlişkisi

DO-254 (donanım) ve DO-178C (yazılım), aviyonik sistem sertifikasyonunun iki temel kılavuzudur.

Özellik	DO-254	DO-178C
Kapsam	Elektronik donanım	Yazılım
Hedef	FPGA, ASIC, PLD	Gömülü yazılım
Yayın	2000	2011 (B: 1992)
DAL	A-E (aynı)	A-E (aynı)
Yaşam döngüsü	Benzer yapı	Benzer yapı
Ekleri	Yok	DO-330/331/332/333

Her iki standart da ARP 4754A (sistem) ve ARP 4761 (güvenlik) ile birlikte çalışır.

DAL Seviyeleri

DO-254'te DAL (Design Assurance Level) seviyeleri DO-178C ile aynıdır:

DAL A - Felaket (Catastrophic)

Donanım hatası uçağın kaybına yol açar
En sıkı tasarım güvencesi gereksinimleri
Örnekler: Birincil uçuş kontrol donanımı, FADEC

DAL B - Tehlikeli (Hazardous)

Donanım hatası ciddi yaralanma veya büyük hasar
Yüksek tasarım güvencesi
Örnekler: İkincil uçuş sistemleri, kritik sensörler

DAL C - Majör (Major)

Donanım hatası güvenlik marjını azaltır
Orta seviye tasarım güvencesi
Örnekler: Gösterge sistemleri, iletişim donanımları

DAL D - Minör (Minor)

Donanım hatası küçük etki
Temel tasarım güvencesi

DAL E - Etki Yok (No Effect)

DO-254 gereksinimleri uygulanmaz

Donanım Yaşam Döngüsü Süreçleri

Planlama Süreci

Anahtar çıktılar:

PHAC (Plan for Hardware Aspects of Certification)
HDP (Hardware Development Plan)
HVP (Hardware Verification Plan)
HCMP (Hardware Configuration Management Plan)
HPAP (Hardware Process Assurance Plan)

PHAC içeriği:

Donanım seviyesi (DAL)
Yaşam döngüsü tanımı
Sertifikasyon koordinasyon planı
Kullanılacak araçlar
Önceden geliştirilen donanım (PDI) kullanımı

Gereksinim Süreci

Gereksinim hiyerarşisi:

Sistem gereksinimleri (ARP 4754A'dan)
Donanım gereksinimleri (HRD - Hardware Requirements Data)
Detay tasarım gereksinimleri

Gereksinim özellikleri:

İzlenebilir
Doğrulanabilir
Tutarlı
Tek anlamlı

Kavramsal Tasarım Süreci

Aktiviteler:

Mimari tanımlama
Fonksiyonel bölümleme
Güvenlik mimarisi (redundancy, monitoring)
COTS/IP core değerlendirmesi

Detay Tasarım Süreci

FPGA/ASIC tasarım aşamaları:

HDL (Hardware Description Language) kodlama
Sentez (Synthesis)
Yerleştirme ve yönlendirme (Place & Route)
Zamanlama analizi
Bitstream/GDSII üretimi

Tasarım standartları:

Kodlama kuralları (VHDL/Verilog)
Zamanlama kısıtları
Güç analizi
Testability (DFT)

Doğrulama Süreci

DO-254 doğrulama, tasarımın gereksinimlerini karşıladığını kanıtlar.

Doğrulama yöntemleri:

Yöntem	Açıklama
Gözden geçirme	Doküman ve tasarım incelemeleri
Analiz	Zamanlama, güç, termal analizler
Simülasyon	Fonksiyonel simülasyon, zamanlama simülasyonu
Test	Laboratuvar ve entegrasyon testleri

Konfigürasyon Yönetimi

Tasarım verilerinin kontrolü
Değişiklik yönetimi
Baseline yönetimi
Sürüm kontrolü

Süreç Güvencesi

Planlara uyum
Standartlara uyum
Geçiş kriterleri
Bağımsız denetim

FPGA/ASIC Doğrulama

Fonksiyonel Doğrulama

Simülasyon seviyeleri:

RTL simülasyonu: Davranışsal doğrulama
Gate-level simülasyonu: Sentez sonrası
Timing simülasyonu: Yerleştirme/yönlendirme sonrası

Test ortamı (Testbench):

Stimulus üretimi
Beklenen sonuç kontrolü
Fonksiyonel kapsam analizi

Yapısal Kapsam Analizi

DO-254, yapısal kapsam için aşağıdaki metrikleri tanımlar:

Metrik	Açıklama
Element analysis	Her tasarım elemanının aktivasyonu
Toggle coverage	Her sinyalin 0→1 ve 1→0 geçişi
Branch coverage	Karar noktalarının tüm dalları
Focused expression	Karmaşık ifadelerin koşul kombinasyonları

DAL'a göre kapsam gereksinimleri:

DAL	Minimum Kapsam
A	Element + focused expression analysis
B	Element + toggle + branch (veya focused)
C	Element + toggle
D	Element

Zamanlama Doğrulama

Statik zamanlama analizi (STA):

Setup/hold zamanı kontrolü
Clock domain geçişleri
Asenkron yollar
En kötü durum analizi (PVT köşeleri)

Donanım/Yazılım Entegrasyon Testi

HSIT (Hardware/Software Integration Test):

Register arayüz testi
Interrupt işleme
DMA transferleri
Zamanlama doğrulaması

Sertifikasyon Çıktıları

Donanım Veri Paketi

HAS (Hardware Accomplishment Summary):

Yaşam döngüsü özeti
Doğrulama sonuçları
Uyum beyanları
Açık sorunlar ve etkileri

HECI (Hardware Element Configuration Index):

Konfigürasyon öğeleri listesi
Sürüm bilgileri
Baseline tanımları

Top Drawing:

Donanım tanım çizimi
Parça numarası
Sürüm bilgisi

Problem Raporları

Tüm donanım sorunları kayıt altında
Etki analizi
Kapatma gerekçesi
Açık PR'ların değerlendirmesi

COTS ve IP Core Kullanımı

COTS (Commercial Off-The-Shelf)

Hazır ticari bileşenlerin DO-254 projelerinde kullanımı:

Değerlendirme kriterleri:

Servis geçmişi
Üretici güvenilirliği
Errata ve sorunlar
Yaşam döngüsü desteği

Ek aktiviteler:

Component qualification
Bağımsız doğrulama
Güvenlik değerlendirmesi

IP Core

Önceden tasarlanmış IP bloklarının kullanımı:

Soft IP: HDL kaynak kodu olarak Hard IP: Yerleştirilmiş fiziksel blok olarak

Değerlendirme:

IP üretici pedigree'si
Dokümantasyon kalitesi
Doğrulama kapsamı
Entegrasyon gereksinimleri

Havacılık & Savunma

Uygulayarak Öğren,
Analiz Ederek Ustalaş

AS9100, DO-178C, DO-254, NADCAP, AMS 2750 standartlarını gerçek vakalar üzerinde, interaktif araçlarla öğrenin.

Eğitimleri Keşfet

Core Tools & Araçlar

Onlarca toolkit ile standartları uygulamalı öğrenin

What-If Analizleri

Veri analizine dayalı senaryo simülasyonları

Destekleyici Videolar

Her konuyu pekiştiren video içerikler

Gerçek Vaka Çalışmaları

Sektörden gerçek case study'lerle öğrenin

Araç Değerlendirmesi

DO-254, tasarım ve doğrulama araçlarının değerlendirilmesini gerektirir.

Araç Tipleri

Tip	Örnekler	Değerlendirme
Tasarım araçları	Sentez, P&R	Araç hataları tasarıma girebilir
Doğrulama araçları	Simülatör, kapsam	Hata kaçırma riski
Analiz araçları	STA, güç analizi	Sonuç güvenilirliği

Değerlendirme Yaklaşımları

Araç kalifikasyonu: DO-330 benzeri yaklaşım
Bağımsız kontrole: Araç çıktısının bağımsız doğrulanması
Tasarım süreç güvencesi: Araç hatalarını yakalayacak süreçler

Yaygın Zorluklar

Zorluk 1: Kapsam Hedeflerine Ulaşma

Sorun: %100 toggle/element kapsamına ulaşmak zor.

Sebepler:

Ulaşılamaz kod (dead logic)
Hata işleme mantığı
Savunma tasarımı

Çözüm:

Analiz ile haklılaştırma
Tasarım optimizasyonu
Ek test vektörleri

Zorluk 2: Zamanlama Closure

Sorun: Tüm PVT köşelerinde zamanlama sağlanamıyor.

Çözüm:

Mimari optimizasyon
Pipeline ekleme
Clock domain yönetimi
Araç direktifleri

Zorluk 3: Errata Yönetimi

Sorun: FPGA/COTS errata'larının etkisi.

Çözüm:

Errata izleme süreci
Etki analizi
Workaround implementasyonu
Regresyon testi

Zorluk 4: Dokümantasyon Yükü

Sorun: Kapsamlı dokümantasyon gereksinimleri.

Çözüm:

Erken planlama
Araç entegrasyonu
Otomatik rapor üretimi

SOI (Stages of Involvement)

Sertifikasyon otoritesi (FAA/EASA) ile koordinasyon noktaları:

SOI	Aşama	Tipik İçerik
SOI #1	Planlama	PHAC gözden geçirme
SOI #2	Tasarım	Tasarım süreçleri, standartlar
SOI #3	Doğrulama	Doğrulama planı ve sonuçları
SOI #4	Nihai	HAS, HECI, problem raporları

Sektörel Uygulama

Aviyonik Sistemler

Uçuş kontrol bilgisayarları
Gösterge sistemleri
İletişim/navigasyon
Radar işleme

Motor Kontrol

FADEC donanımı
Sensör işleme
Aktüatör sürücüleri

Askeri Havacılık

Silah sistemleri
EW (Electronic Warfare)
Görüntü işleme

Sıkça Sorulan Sorular

FPGA her zaman complex mi?

Hayır. Küçük, basit FPGA'ler "simple" olarak sınıflandırılabilir. Ancak modern FPGA'lerin çoğu complex kabul edilir. AC 20-152 kılavuzu simple/complex ayrımını detaylandırır.

DO-254 ve IEC 61508 farkı nedir?

DO-254 havacılık donanımı içindir, IEC 61508 endüstriyel fonksiyonel güvenlik içindir. Prensipleri benzer ancak detay gereksinimleri ve terminoloji farklıdır.

ASIC mi FPGA mı tercih edilmeli?

Her ikisi de DO-254 kapsamında sertifiye edilebilir. FPGA geliştirme hızı ve esneklik sağlar. ASIC yüksek hacim, düşük güç ve yüksek performans için tercih edilir.

DO-254 projesi maliyeti nedir?

DAL seviyesine ve karmaşıklığa bağlı. DAL A projeleri DAL C'ye göre 3-5 kat daha maliyetli olabilir. Dokümantasyon ve doğrulama en büyük maliyet kalemleridirur.

Simulasyon mu test mi daha önemli?

Her ikisi de gerekli ve tamamlayıcıdır. Simülasyon erken hata tespiti sağlar, test gerçek donanım davranışını doğrular. DAL seviyesi arttıkça her ikisinin kapsamı artar.

DO-254, havacılık elektronik donanımının güvenliğini sağlamak için küresel standarttır. FPGA ve ASIC tasarımlarında sistematik yaşam döngüsü süreçleri, güvenli uçuş sistemlerinin temelidir.