Sistemas Críticos e Ada

Um computador precisa de instruções para funcionar, qualquer que seja o seu tipo. É necessária uma linguagem legível para o ser humano mas, que possa ser interpretada pela máquina. Define-se como um conjunto de regras sintácticas e semânticas que são criadas para construir um programa. Este lê, executa, processa, transmite e/ou armazena os resultados dessas instruções.

Credits of ArianeSpace Creditos: ArianeSpace

Actualmente, existem diversos paradigmas de programação, bem como linguagens, cada uma com especificidades diferentes. Os programadores e engenheiros conseguem, deste modo, construir programas (aplicações) organizados, rápidos e eficientes na execução da tarefa para que foram destinados. Por vezes, este código é traduzido para uma outra linguagem onde, finalmente, é compilado numa sequência lógica inteligível pela máquina. Diz-se ser sistema crítico todo aquele que, em caso de falha, pode resultar em danos materiais, ambientais e ainda, morte ou lesões graves em pessoas.

O primeiro trabalho numa linguagem de programação foi realizado por Ada Lovelace, a melhor amiga de Charles Babbage, a primeira pessoa a idealizar um projecto de computador mas, que nunca viu a luz do dia. Mais tarde, nasceu a linguagem de programação ADA, em homenagem a esta programadora.

Ada é um tipo de linguagem de programação estruturada, imperativa, tipificada, orientada a objectos e uma linguagem de alto nível. Teve na sua origem outras linguagens, como Pascal. Foi construída por uma equipa no Departamento de Defesa dos Estados Unidos, durante a década de 70, com o objectivo de substituir várias centenas de outras linguagens usadas nesse mesmo departamento. Neste sentido, Ada foi idealizada para uso em sistemas críticos, como software aeronáutico, aeroespacial, bancário, clínico… Damos especial destaque neste artigo aos sistemas aeroespaciais. Com um alto nível de confiabilidade, esta linguagem é usada em variadíssimos foguetões, como no Ariane ou, até mesmo, no Space Shuttle.

O Ariane é um foguetão descartável, usado para colocar satélites artificiais em órbitas geoestacionarias ou de baixa-altitude. São operados pela Arianespace e usados, fundamentalmente, sob supervisão da ESA. Actualmente, na sua versão V, com uma capacidade de carga na ordem das 20000kg em órbitas de baixa altitude e de 10000kg em órbitas geoestacionarias, é um dos foguetões com maior taxa de sucesso mundial (cerca de 94%).

Arianne Credits: ESA/CNES/ARIANESPACE-S. Corvaja

Aquando do primeiro lançamento do Ariane 5 (4 de Julho 1996), houve uma falha que resultou na perda total do foguetão. Em consequência desta falha, após averiguação técnica, verificou-se que o problema ocorreu durante uma conversão de valores numéricos. Este foguetão tem um software interno que permite, através dos dados oriundos dos sensores, saber exactamente a trajectória que está a tomar. Apesar da evolução de hardware e sistema de propulsão no Ariane 5, o software era o mesmo do modelo anterior.

Este pequeno excerto de código foi responsável pela falha técnica:

L_M_BV_32 := TBD.T_ENTIER_32S ((1.0/C_M_LSB_BV) * 
		_M_INFO_DERIVE(T_ALG.E_BV));
	if L_M_BV_32 > 32767 then
		P_M_DERIVE(T_ALG.E_BV) := 16#7FFF#;
	elsif L_M_BV_32 < -32768 then
		P_M_DERIVE(T_ALG.E_BV) := 16#8000#;
	else
		P_M_DERIVE(T_ALG.E_BV) := UC_16S_EN_16NS(TDB.T_ENTIER_16S(L_M_BV_32));
	end if;
P_M_DERIVE(T_ALG.E_BH) := UC_16S_EN_16NS (TDB.T_ENTIER_16S ((1.0/C_M_LSB_BH) * 
		G_M_INFO_DERIVE(T_ALG.E_BH)));

Do ponto de vista técnico, estas linhas de código significam que o sistema faz um cálculo dos valores de aceleração e que deveriam ser guardados num espaço limitado em memória de 16 bits. Mas, uma vez que a propulsão do sistema era maior, o valor que foi obtido necessitava de mais espaço reservado, contrariando a ideia que os engenheiros tinham.

Assim, o sistema deu um erro que, ao não ser tratado, o obrigou a mudar para o modo de backup. Por outro lado, dado o paralelismo entre execuções contínuas do programa, este sistema de backup já tinha sido activado e, como esperado, bloqueado. Deste modo, o foguetão ficou sem informação sobre a sua posição relativa e saiu da trajectória correcta.

Em suma, é possível assumir que, até última instância, o erro é humano. Apesar de um foguetão ser um engenho de tecnologia de ponta verifica-se que é extremamente sensível a erros humanos. A complexidade da máquina/sistema determina a complexidade dos algoritmos que são usados para que esta funcione mas, consequentemente, os programas têm de ter autonomia para definir um plano de emergência quando determinados problemas acontecem, evitando o pior.

Originalmente publicado na PPLWare a 31 de Dezembro de 2011: Sistemas Críticos e Ada