El protocol de comunicació digital ARINC

Aeronautical Ràdio Incorporated (ARINC), és una gran empresa que desenvolupa i opera sistemes i serveis per garantir l'eficiència, el funcionament i el rendiment de l'aviació i la indústria del transport. Va ser fundada el 1929 per quatre grans aerolínies per proporcionar un únic llicenciatari de comunicacions fora del govern.

Què és ARINC 429?
ARINC 429 és una especificació que defineix com els equips i sistemes d'aviònica haurien comunicar-se entre sí. Fa servir una transmissió unidireccional coneguda com Mark 33 Digital Information Transfer System (DITS), de paraules de 32 bits a través d'un parell trenat usant el format bipolar RZ. Els missatges es transmeten a una taxa de 12,5 o 100 kilobits per segon. La transmissió i la recepció es realitzen en ports separats, de manera que és possible que es necessitin molts cables a les aeronaus que utilitzen una gran quantitat de sistemes d'aviònica.

Ús de l'ARINC 429
S'ha instal·lat en la majoria dels avions de transport comercial. Encara que el sistema ARINC 429 proporciona una alta fiabilitat a costa del pes del cable i les velocitats de dades limitades, Boeing crea un sistema ARINC 629 al 777 i alguns fabricants estan instal·lant sistemes alternatius en un intent de reduir el pes del cable necessari i un augment en la velocitat d'intercanvi de dades.

Característiques elèctriques de l'ARINC 429
Un bus de dades ARINC 429 utilitza dos cables trenats per transmetre paraules de 32 bits. La transmissió de paraules seqüencials està separada per almenys 4 bits NULL (tensió = 0V). Això elimina la necessitat d'un cable de senyal de rellotge separat i per això se'l coneix com a senyal d'auto-rellotge.

La tensió de transmissió nominal és de 10 ± 1 volt entre els dos cables, amb una polaritat positiva o negativa. Per tant cada tram de senyal oscil·la entre +5 V i -5V. Si un tram és +5 V, l'altre serà -5V i viceversa. Un cable se li denomina costat A (o +, o HI) i l'altre és el costat B (o -, o LO). Això es coneix com una modulació bipolar de retorn a zero (BPRZ).
HI: que ha de mesurar entre 7,25V i 11V entre els dos cables (A i B),
NULL: que ha d'estar entre 0,5V i -0,5V (A i B),
EL: que ha d'estar entre -7,25V i -11V (A i B).

Figura 1. Exemple de codificació de bit ARINC 429

La tensió rebuda dependrà de la longitud de la línia i la quantitat de receptors connectats al bus. No es podran connectar més de 20 receptors a un sol bus. Com que el bus és unidireccional, el sistema necessita tenir el seu propi bus de transmissió, si cal, per respondre o enviar missatges.
Els circuits de transmissió i recepció han d'estar dissenyats per enviar i detectar de manera fiable la transició nul·la entre dos estats alt i baix. Les velocitats de rotació i les toleràncies es mostren a la Figura 1 per a velocitats de dades de 100K i 12,5K.

Protocol
El protocol ARINC 429 és de tipus punt a punt bastant simple. Hi pot haver un sol transmissor que emet paraules de dades de 32 bits o estat nul. Almenys hi ha un receptor; fins a 20 màxims. En la majoria dels casos un missatge ARINC consisteix en una sola paraula de dades. El camp d'etiqueta de la paraula defineix el tipus de dades d'aquest contingut en la resta de la paraula.

Temps d'execució de bits i velocitat de rotació

Figura 2. Temps d'execució i velocitat de rotació

La velocitat de rotació es refereix al temps de pujada i caiguda de la forma d'ona ARINC. Específicament es refereix a la quantitat de temps que pren el senyal ARINC per augmentar des del 10% al 90% en amplitud de senyal a l'entrada i sortida del pols. Veure Figura 2.

Format de la paraula ARINC 429
Les paraules de dades ARINC són sempre de 32 bits i normalment usen el format que es mostra a la Figura 3, que inclou cinc camps principals: paritat; SSM; dades; SDI i etiqueta. La convenció ARINC numera els bits d'1 (LSB, bit menys important) a 32 (MSB, bit més important).

Figura 3. Format de la paraula ARINC genèric

Paritat
El bit de major importància (MSB) sempre és el bit de paritat per ARINC 429. La paritat normalment s'estableix en imparell, excepte per a certes proves. La paritat imparell vol dir que hi ha d'haver un nombre imparell de "1" bits en la paraula de 32 bits que aquesta assegurant en establir o esborrar el bit de paritat. Per exemple si els bits 1-31 contenen un nombre parell de bits "1", el bit 32 s'ha de configurar per crear la paritat imparell. D'altra banda si els bits 1-31 contenen un nombre imparell de "1" bits, el bit de paritat ha de ser 0.

SSM

Taula 1. Codis SSM per BCD

Els bits 31 i 30 contenen la matriu de signe / estat o SSM. Aquest camp conté la condició de l'equip de maquinari, la manera operativa o la validesa del contingut de dades.

Taula 2. Dades SSM per BNR

Dades
Els bits 29-11 contenen les dades, reflectides a diferents formats. Hi ha formats no estàndard que han estat implementats per diversos fabricants. En alguns casos el camp dades se superposa en els bits SDI. En aquest cas el camp SDI no s'utilitza.

SDI
Els bits 10 i 9 proporcionen un identificador de font / destinació o SDI. Això es fa servir per a múltiples receptors per identificar el receptor per al qual estan destinats les dades. També es pot usar en el cas de sistemes múltiples per identificar la font de transmissió. En alguns casos, aquests bits es fan servir per a dades. ARINC 429 pot tenir un sol transmissor en un parell de cables, però fins a 20 receptors.

Etiqueta
Els bits 8-1 contenen una etiqueta que identifica el tipus de dades i els paràmetres associats. L'etiqueta és una part important del missatge i es descriu amb més detall a continuació. Es fa servir per determinar el tipus de dades de la resta de la paraula i per tant, el mètode de traducció de les dades a utilitzar. Els diversos tipus de dades es descriuen en detall a continuació. Les etiquetes es representen típicament com números octals.

Ordre de transmissió
El bit menys significatiu de cada byte, excepte l'etiqueta, es transmet primer, i l'etiqueta es transmet abans que les dades en cada cas. L'ordre dels bits transmesos pel bus ARINC és el següent:

8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 9, 10, 11, 12, 13 ... 32.

NOTA: Quan es transmet una paraula ARINC de 32 bits al bus, en el cas de l'etiqueta el bit més significatiu es transmet primer. Aquest ordre invers contrasta amb l'ordre de transmissió dels altres bits en la paraula ARINC.

Tipus de dades ARINC 429
Totes les dades ARINC es transmeten en paraules de 32 bits. El tipus de dades pot ser decimal codificat binari (BCD), o notació binària de complement a dos (BNR), dades discretes, dades de manteniment i resposta i dades de caràcter ISO Alphabet # 5. En les versions més recents, els paquets de missatges orientats a bits es poden usar per transmetre arxius.

Codificació de les dades BCD
BCD o decimal codificat binari, és un format de dades comú que es troba a ARINC 429. En aquest format s'assignen quatre bits a cada dígit decimal. A la Figura 4 es mostra un missatge BCD genèric. Els seus camps de dades contenen fins a cinc subcamps. El subcamp mes significatiu conté només els bits, de manera que el seu valor decimal màxim pot ser 7. Si el valor decimal màxim és més gran que 7 els bits 29-27 s'omplen amb zeros i el segon subcamp es converteix en el més significatiu. El missatge d'exemple a la Figura 5 transmet les dades de què la distància DME és 25786 i té un signe positiu. L'equip específic, l'escala numèrica i la ubicació del punt decimal són una funció de l'etiqueta que s'analitzés més endavant.

Figura 4. Format de paraula BCD genèric

Figura 5. Exemple de format de paraula BCD

Codificació de dades BNR
La codificació BNR o binària també és un format de dades ARINC molt comú. Aquest tipus de codificació simplement emmagatzema les dades com un nombre binari, en el mateix format que s'utilitza en pràcticament tots els ordinadors d'avui dia. La Figura 6 mostra el format general per BNR. El bit 29 és el bit de signe i el bit 28 és el bit més significatiu del camp de dades, que representa la meitat del valor màxim del parament que s'està definint. Els bits successius representen els increments d'una sèrie de fraccions binàries.

Figura 6. Format genèric de paraula BNR

Els nombres negatius es codifiquen com el complement a dos de valors positius. Si el bit 29 és un "1", llavors el nombre és negatiu (o sud, oest, esquerra, des de o sota), en cas contrari és positiu (o nord, aquest, dreta, A o dalt). La Figura 7 mostra un exemple de codificació BNR. El missatge particular utilitza l'etiqueta 103 que és velocitat selectada. En fer referència a l'especificació ARINC 429, sabem que l'escala és de 512 i s'utilitzen 11 bits (29 a 19). Un zero en el bit 29 mostra que és un valor positiu. El valor numèric s'obté en multiplicar el factor d'escala, determinat a partir del tipus de dades associat a l'etiqueta, per la relació indicada per cada bit successiu i sumar-los. El bit 28 és la meitat del factor d'escala (256 en aquest cas), el bit 27 és 1/4 del factor d'escala, el bit 26 és 1/8 del factor d'escala, el bit 23 és 1/64, el bit 22 és 1/128 etc. Per tant en aquest exemple, la velocitat selectada és 268Kt (256 + 8 + 4).

Figura 7. Exemple de codificació BNR

Altres protocols ARINC
ARINC 419
El Compendi del Sistema de Dades Digitals ARINC 419 descriu diversos blocs de construcció de sistemes de transmissió digital que eren d'abans del 1984. Proporciona una sinopsi de molts protocols anteriors a l'ARINC 429 tals com l'ARINC 561, 582, 573 i 575.
Aquesta referència descriu diversos sistemes de transmissió digital amb estàndards variables. Alguns sistemes usaven paraules de 32 bits similars a l'ARINC 429, alguns van usar quadres principals de quatre subquadres, cadascun dels quals consistia en 64 paraules de 12 bits, encara que altres van usar paraules de 32 bits. Alguns missatges eren de 24 bits amb tres subtrames de dues paraules BCD. Alguns sistemes no proporcionen identificadors d'informació, altres feien servir codis d'etiqueta de 8 bits i un altre depenia dels intervals de temps per identificar la informació. La identificació BCD enfront de BNR va ser proporcionada per un bit de bandera al primer bit o en el quart bit transmès. Es va adoptar una varietat d'etiquetes de dades estàndard.
Algunes connexions elèctriques depenien d'un cable per bit, altres van usar el sistema de 6 cables descrit anteriorment, mentre que altres van usar un parell trenat blindat de dos cables o un cable coaxial. Es van usar dos estats (HI, EL) o tres estats (HI, NULL, LO). Els nivells de tensió van variar de 18,5 a 10 per al estat alt i de 5 a 1 per al valor nul. Els llenguatges digitals van incloure el codi GILHAM (un exemple és el codificador d'altitud per al microxip ATC), un flux de bits que va determinar en cada cas individual l'ISO Alphabet # 5, BCD i BNR. En alguns casos no hi va haver detecció o correcció d'errors, altres van usar paritat de bits o paritat de caràcters o verificació de seqüència de blocs. La velocitat de bits va variar de 384 Bps a 12 Kbps.

ARINC 561/568
La necessitat de transmissió de dades digitals estandaritzats va sorgir durant el desenvolupament de les característiques de ARINC 561. El Sistema de Navegació Inercial del Transport Aeri ARINC 568, utilitza la mateixa interfície elèctrica que l'ARINC 561.
Era utilitzat com un sistema de sis fils que implicava tres parells de cables al 561. Els tres parells servien com a rellotge, sincronització i dades respectivament. No ocupació el retorn a zero (NRZ) i es va transmetre un nivell lògic de 12V per 1 gen binari. La longitud de la paraula va ser de 32 bits. Els bits 32 i 31 contenien el SSM i no es va proporcionar cap bit de paritat. El 1967 el sistema de sis fils va ser adoptat com un estàndard en la indústria.

ARINC 573
Altres estàndards inclouen l'ARINC 573, un format de sortida de registradors de dades de vol. Aquest dispositiu envia una seqüència de dades contínua de paraules de 12 bits codificades a Harvard Bi-fase, els quals es codifiquen en quadres. Les dades en un marc consisteixen en una instantània dels molts subsistemes d'aviònica de l'avió. Cada quadre conté les mateixes dades en una instantània diferent en el temps.
Cada quadre està dividit en quatre subtrames, al començament de cada subtrama hi ha una paraula de sincronització única que el receptor utilitza per sincronitzar amb les dades entrants.

ARINC 575
És una especificació anterior molt similar a l'ARINC 429 però ja obsoleta. Es va adaptar al sistema de dades d'aire subsònic Mark 3 (DADS) amb un sol parell trenat de cables, que s'ha convertit en l'estàndard en ARINC 429. Elèctricament, ARINC 575 és normalment compatible amb ARINC 429 a baixa velocitat. Algunes variants de 575 usen una taxa de bits significativament més lenta que ARINC 429 i no és elèctricament compatible. A més en alguns casos, les paraules ARINC 575 fan servir el bit 32 com paritat (com ho fa ARINC 429); en altres casos el bit 32 es fa servir com a dades.

ARINC 582
Aquesta és una especificació anterior que té moltes permutacions elèctriques. Hi ha versions de 6 fils (ARINC 561), versions de 2 fils (ARINC 575) així com versions de 16 bits i 2 fils.

ARINC 615
També hi ha casos especials de sistemes compatibles amb ARINC 429. L'ARINC 615 descriu un carregador de dades d'alta velocitat per a transferir informació cap i des dels sistemes digitals a bord. És un protocol de programari superposat a una capa física ARINC 429. Hi ha dues versions del carregador, PDL és una peça d'equip de prova de línia de vol portàtil i ADL està dissenyat per a encaixar en panells d'instruments d'avions comercials. Tots dos equips són capaços de llegir i escriure en disquets de 3½ polzades i de transferir dades entre els disquets i un ordinador seleccionat. Les transferències son possibles automàticament, o a través d'un bus de dades ARINC 429. Les dades poden carregar-se o descarregar-se com es desitgi.

ARINC 629
S'estan desenvolupant estàndards ARINC addicionals. ARINC 629 s'usa en el nou Boeing 777. Utilitza un bus bidireccional d'alta velocitat capaç de transmissions periòdiques o aperiòdiques. L'accés al bus està controlat per un protocol sofisticat que involucra períodes d'espera, períodes de silenci i altres regles.

ARINC 708
Aquest protocol és específic per als sistemes de radar meteorològic a les aeronaus. S'usa com a sortida del radar a la pantalla del radar. El bus fa servir 2 cables, funciona a una velocitat de dades d'un megabit. Originalment es va basar en una derivada simple de la tecnologia MIL-STD-1553. Les paraules de dades tenen una longitud de 1600 bits i estan compostes per una paraula d'estat de 64 bits i 512 paraules de dades de 3 bits.

ARINC 717
Supera l'ARINC 573 i s'utilitza per realitzar la mateixa funció. Afegeix diverses taxes de bits i mides de fotograma diferents. També proporciona una seqüència de dades de sortida alternativa que és idèntica a la seqüència primària codificada a Harvard Bi-fase, excepte que està codificada en format BPRZ (igual que ARINC 429).

Font:AviaciónD