FACEとは？
Future Airborne Capability Environment（FACE™）は、政府と産業界の連携により策定されたソフトウェア標準であり、軍用航空ソリューションに向けたオープンシステムアプローチを提供することで、エンドユーザーに対し、ソフトウェア定義の機能をより迅速かつ低コストで提供することを目的としています。FACEのビジネス戦略は、大小を問わずあらゆるソフトウェアサプライヤーにとって、均衡のとれた競争環境を確立するものです。
FACEは、米国国防総省（DoD）の軍用機において、商用分野での成功事例を模倣・改良するための、標準ベースのリファレンスアーキテクチャを定義しています。これは、Wind River®が創設メンバーであるOpen Group FACEコンソーシアムによって運営されています。 FACEリファレンス・アーキテクチャは、モジュール型ソフトウェア全体にわたる標準化されたインターフェースなどの設計原則を定義することで、ハードウェア・プラットフォーム間の相互運用性と移植性を高め、コンポーネントの再利用を促進します。これにより、航空機モデルごとに単一用途のソフトウェアを作成するという慣行に終止符を打ち、代わりに、ソフトウェア開発者が理論上、あらゆる軍事航空システムで利用可能なアプリケーションを作成・展開できる共通の運用環境を支援します。
FACE Technical Standard
FACE Consortiumの重要な役割の一つは、FACEアーキテクチャを支えるソフトウェアエコシステムを構築することです。これには、指定された認証機関を通じてFACE Technical Standardへの適合性を検証・認証するためのツールやプロセスが含まれます。ソフトウェアコンポーネントがFACE適合認証を取得すると、FACEレジストリに登録されます。これにより、そのコンポーネントは「適合単位（UoC）」と呼ばれるようになります。 設計者は、特定の航空電子機器ソリューションにおいて、複数のUoCを選択して使用することができます。
FACE Technical Standardに準拠するには、FACE適合性評価プロセスを経る必要があります。FACE適合性評価は、定義されたFACEインターフェースの適切な使用とFACEリファレンスアーキテクチャの厳格な遵守を確認するものであり、サプライヤーが、グローバルなアビオニクスソフトウェアの迅速な統合と展開という新時代のニーズに応えることを支援します。
「Safety」、「Safety-Extended」、または「Security」プロファイルの下でFACE適合を達成するための重要な手法の一つは、ワークロード間の干渉を防ぐために、アビオニクスソリューションがパーティション化された動作環境を規定していることを確保することです。
「FACE Consortiumの取り組みは、オープンアーキテクチャ、モデルベースエンジニアリング、および効率的なシステム統合の分野において、私たちの進化し続けるビジョンを追求しようとする意欲と自発性を示しています。FACE Standardは、私たちが推進するビジョンに向けたパラダイムシフトの可能性を象徴しており、政府と産業界の協力による新たな時代の到来を予感させます。」
—Dan Bailey、米陸軍、Joint Multi-Role（JMR）プログラムディレクター
この要件は、混合重要度システムにおいて特に重要であるほか、モジュール型ソフトウェアコンポーネントの交換時に混乱を最小限に抑えるための分離にも関連しています。処理コア間のハードウェアベースの分離は、通常、オペレーティングシステムおよび仮想化レベルでのソフトウェアによる対策によって補完される必要があり、これらはウィンドリバー社のFACE準拠製品によって提供されています。
FACEアーキテクチャ
FACE標準のコンセプトは、セグメントに基づいた参照アーキテクチャを提供し、それらを組み合わせて最終的なシステム要件を満たすようにすることです。アプリケーションコードを含むセグメントの内容にバリエーションを設けることで、システムアーキテクトはエンドシステムの設計および構築において柔軟性を発揮できます。FACEは、移植性と再利用を可能にするため、これらのセグメント間の論理インターフェースを提供します。
5つのセグメントは以下の通りです。
- オペレーティングシステムセグメント（OSS）：オペレーティングシステムによって基盤となるサービスが提供されます。残りの4つのセグメントはOSSに依存します。
- 移植可能コンポーネントセグメント（PCS）：機能やビジネスロジックを提供します。
- トランスポートサービスセグメント（TSS）：通信サービスを提供します。
- プラットフォーム固有サービスセグメント（PSSS）：データサービス、ロギング、ヘルス管理、グラフィックス（GPUへのインターフェースを含む）などのプラットフォームサービスを提供します。
- I/Oサービスセグメント（IOSS）：このセグメントは、I/Oデバイスへのインターフェースを標準化します。
FACE アーキテクチャの各セグメントは、FACE で定義されたインターフェースによって関連付けられています。
OSS プロファイル
FACE オペレーティングシステムプロファイル
システムを構築する上で重要なのは、FACE 技術標準によって定義された、これらのセグメント間のインターフェースです。OSS に関しては、サポートされるアプリケーション・プログラミング・インターフェース（API）と、それらがさまざまなプロファイルにどのように適合するかに焦点が当てられています。これらのプロファイルには、セキュリティ、安全、および汎用があります。
- セキュリティ：このプロファイルは最も制限が厳しく、高信頼性アプリケーション向けの最小限のAPIセットを備えています。
- 安全（Safety）：このプロファイルはセキュリティプロファイルのスーパーセットであり、より多くのAPIを備えています。安全認証を必要とするアプリケーションを対象としており、「ベース（Base）」と「拡張（Extended）」の2つのサブプロファイルがあります。
- 汎用（General Purpose）：このプロファイルは最も多くのAPIを備えており、必ずしもリアルタイム性や決定論的な応答を必要としないアプリケーションをサポートします。
異なるFACEコンポーネントサプライヤー間で共通性を維持するため、ソリューションはこれらのAPIセットに基づいてテストされ、適合認証が授与されます。
パーティショニング
FACE 技術標準では、対象となるプロファイルに応じて、パーティショニングのサポートも求められています。この手法は、多くの種類のコンピューティングシステムで使用されています。パーティショニングは、統合モジュラーアビオニクス（IMA）の概念のサポートを含め、モジュール性を支援します。
個別のアプリケーションをパーティショニングすることで得られる分離特性は、2つの理由から、FACE規格の目的を達成するために不可欠です。第一に、相互運用性と円滑な統合には分離が必要であり、それによって、新しい独立した機能がシステムに追加された際に、予期せぬ相互作用による不測の事態が発生することを防ぎます。第二に、混合重要度システムの認証は、パーティションの分離に基づいています。
汎用プロファイルでは空間パーティショニングが使用される一方、安全およびセキュリティプロファイルでは時間パーティショニングと空間パーティショニングの両方が要求される。これらの要件は、安全クリティカルなアビオニクスにおける安全プロファイルに関するARINC 653規格に由来する。
マルチコア・プロセッサの進歩
高性能なマルチコア・プロセッサの登場により、パーティショニングを用いて重要度の高いアプリケーションを分離しようとする動きが加速している。 シングルコア・プロセッサでは、民間航空機のスペース、重量、消費電力（SWaP）の問題を克服するために開発されたIMAアーキテクチャにおいて、時間および空間パーティショニングを用いて、異なる重要度を持つアプリケーションをホストする機能が実現されていました。これは、エアバスA380やボーイング787に代表されるように、当時の機体内でますます高まる機能要件を満たすために必要とされていました。
しかし、この手法は本質的に、複数のアプリケーション間でCPUリソースを「共有」するものでした。IMAアーキテクチャの目標は達成されたものの、アプリケーションに割り当てられるパフォーマンスにも影響を及ぼしました。しかし、最新のマルチコアアプリケーションでは、複数のコアに負荷を分散させることで、パフォーマンスへの影響を軽減することが可能です。こうしたシステムは、複雑なシステムの安全認証において新たな地平を切り開いています。
性能要件なし
FACE規格は、アプリケーションの性能や品質を規定することを意図的に避け、代わりに定義された動作を持つ標準インターフェースに焦点を当てています。このオープンスタンダードのアプローチにより、公平な競争環境が整えられます。 すべてのベンダーは同一のAPIを使用しなければならず、その上で、性能、品質、ツールサポート、および耐空性証拠の充実度といった特性において競争することになります。例えば、複数のベンダーがFACE技術標準への適合が認証されたFACE OSSを提供している場合、各ベンダーはシステムの他の要素と連携するために期待される同一のAPIを提供します。しかし、応答時間やパーティションウィンドウのジッターといったタイミング特性は、異なるベンダーが提供するシステム間で大きく異なる可能性があります。 一部のベンダーは飛行認証関連資料のパッケージを提供する一方で、他のベンダーは提供しない場合があり、OSSに関連するツールのエコシステムの充実度もベンダー間で大きく異なる可能性があります。
FACEのビジョン
90以上の政府機関および業界団体で構成される自主的な合意基準策定機関であるFACEコンソーシアムのビジョンは、プラットフォーム固有の、密結合な設計や、クロスプラットフォームでの再利用やシステム間の相互運用性を阻害する独自かつ閉鎖的なインターフェースを排除することにより、航空機搭載ソフトウェアの開発、調達、導入、および維持管理のプロセスを根本的に変革することです。 コンソーシアムメンバーは、数多くの技術的・事業的課題の解決に向けて協力し、複数の軍種や政府機関によるオープンアーキテクチャおよびオープンコンポーネントインターフェースの広範な採用に重点を置きながら、これらのプロセスとシステムを変革しました。
FACEは、国防総省（DoD）の航空電子システム向けに、移植性が高く機能ベースのアプリケーションのための一連のオープン標準を策定し、以下の特徴を備えています：
- オープンアーキテクチャと共通データモデル
- 民間航空宇宙産業で実証済みの統合モジュラー航空電子機器（IMA）アプローチ
- 100件以上の既存の航空宇宙・防衛標準規格が活用されていること
- 移植性、モジュール性、分割性、拡張性、安全かつセキュアなコンポーネントに対する方法論的支援
- 統合リスクを低減し、アプリケーション間の相互運用性を最大化するための、テストおよび適合性の基盤
FACEのビジョンでは、閉鎖的で独自仕様のコンポーネントを排除し、オープンアーキテクチャとオープンなコンポーネントインターフェースを広く採用することが求められています。
FACEアプローチに関心を持つべきなのは誰か？
米国防総省（DoD）向けの軍事用アビオニクス請負業者は、すでにFACEの技術およびビジネス標準に精通しているべきです。米国はアビオニクス分野における最大の市場であり、FACE要件は50件以上の政府公開調達案件で規定されています（www.opengroup.org/face/procurementsを参照）。 また、米空軍、米陸軍、米海軍／NAVAIR、DARPA、および米特殊作戦司令部（SOCOM）内でも、FACE要件を含む非公開の調達案件が多数存在します。この規格は現在、米軍の調達業務にしっかりと定着しています。一部の外国軍や民間の航空宇宙分野の航空機プラットフォームでも、FACEの標準化が進められています。
Wind Riverのアプローチ？
ウィンドリバーは、30社以上の軍事用アビオニクスサプライヤーによるグローバルな標準化の取り組みを全面的に支援し、重要なアビオニクスシステム上で、多種多様なレガシーアプリケーションや新規アプリケーションを迅速に統合するためのオープンプラットフォームの構築を目指しています。FACEはThe Open Groupによって管理されています。FACEコンソーシアムの創設メンバーとして、ウィンドリバーは、FACEリファレンスアーキテクチャの「汎用」、「安全」、「セキュリティ」の各オペレーティングシステムプロファイルに対応する、安全かつセキュアなプラットフォームを提供しています。
Wind Riverは、この重要なFACE認証のマイルストーンを達成した初の商用オフ・ザ・シェルフ（COTS）OS製品をリリースすることで、信頼性が高く、FACE準拠の認証済み製品市場におけるリーダーシップの地位を確固たるものにしました。この認証により、VxWorks® 653は、世界中の航空電子機器コミュニティの利益のために、オープンアーキテクチャ航空電子機器の新たな時代を切り拓くこととなりました。
VxWorks 653は、FACE適合性を達成した初のCOTSオペレーティングシステム製品となりました。
FACE汎用プロファイル、第3.1版
POSIX® 1003.1-2008 に完全に準拠している Wind River Linux は、FACE 汎用プロファイルにも完全に準拠しており、標準ベースの基盤上で幅広いアプリケーションのサポートを可能にします。
» Wind River Linux についてFACE 安全プロファイル、エディション 2.0
厳しい安全要件や ARINC 653 の時間および空間分割要件が求められるアプリケーションの場合、FACE 安全プロファイル（第 2.0 版）に準拠するには、Wind River VxWorks 653 プラットフォームが最適です。 100機以上の航空機、360以上のプログラムで220社以上の顧客がVxWorks 653を採用しており、VxWorks 653は市場をリードするARINC 653プラットフォームソリューションであり、FACEプラットフォーム上で幅広い商用および軍事用アプリケーションの展開を可能にします。
» VxWorks 653の詳細FACE 技術標準、第 3.1 版
Wind River VxWorks 653 プラットフォームは、FACE 技術標準（第 3.1 版）への適合を達成しました。この認証により、VxWorks 653 は FACE Safety Base サブプロファイルをサポートする OSS として認定されました。
» VxWorks 653の詳細FACE技術規格 第3.2版
Wind River Helix™ 仮想化プラットフォームは、最新の FACE 技術規格（第 3.2 版）への適合を達成しました。この認証により、Helix プラットフォームは FACE Safety Base プロファイルをサポートする OSS として認定されました。
» Wind River Helix Virtualization Platformの詳細を見る