什么是ARINC 429?航空领域中使用最广泛的通信标准

学术   科技   2022-12-26 22:56   山东  

ARINC是航空无线电公司的缩写,定义了航空航天航空电子设备内部数据传输的特征。于1929年开始使用。这个技术标准是由联邦无线电委员会(后来成为联邦通信委员会)发布的,目的是作为航空业无线电通信的唯一许可人和协调者。


由于该协议是大多数制造商使用的最广泛的标准,因此具有重要意义。为了提供互换性,型号应符合这些说明。我们目前可以在空客A310/A320/A330/A340、波音727,737,747,757,767或麦道MD- 11上找到它。


该协议定义了物理和电气接口,以支持飞机的航空电子局域网。它包括飞机中所有不同电子设备的标准,如任务控制计算机、惯性参考系统、空中数据系统、高度计、无线电、GNSS和传感器。因此,每个空气数据系统将提供标签204所述的气压高度。


ARINC标准包括许多不同的规格,涉及航空电子通信中使用的所有子系统、布线、数据总线和数据库:系列400、500、600、700和800。


在ARINC定义的所有标准中,最广泛的规范是ARINC 429。

What is ARINC 429 ?

ARINC 429是一个用于飞机航空电子设备的数据传输标准。确定了航空电子设备和系统在商用飞机上的通信方式。该规范定义了建立总线通信所需的电气特性、字结构和协议。从21世纪初开始,该标准成为复杂航空电子系统中最广泛和最主要的数据总线规范,并通过其ARINC工程服务子公司扩大了其在航空航天和国防领域的业务。

它使用一种自时钟、自同步的数据总线协议(Tx和Rx在单独的端口上)。物理连接线是双绞线,承载平衡差分信号。数据字的长度是32位,大多数消息由单个数据字组成。消息以12.5 kbit/s或100 kbit/s传输给正在监视总线消息的其他系统元素。发送器不断传输32位数据字或NULL状态。一对单线只能有一个发射机和不超过20个接收器。该协议允许在接收端进行自时钟,从而消除了传输时钟数据的需要。ARINC 429是MIL-STD-1553的替代方案。

Medium and Signaling

ARINC 429是一个用于飞机航空电子设备的数据传输标准。它使用一种自时钟、自同步的数据总线协议(Tx和Rx在单独的端口上)。物理连接线是双绞线,承载平衡差分信号。数据字的长度是32位,大多数消息由单个数据字组成。消息以12.5 kbit/s或100 kbit/s传输给正在监视总线消息的其他系统元素。发射机不断传输32位数据字或NULL状态(0伏特)。一对单线只能有一个发射机和不超过20个接收器。该协议允许在接收端进行自时钟,从而消除了传输时钟数据的需要。

位编号、传输顺序和位意义

ARINC 429传输单元是一个固定长度的32位帧,标准将其称为一个“字”。arinc429字内的位从1位到32位[4]或简单地从1位到32位被连续识别。ARINC 429字的字段和数据结构是按照这种编号方式定义的。

虽然通常演示串行协议帧从右到左的时间进展,但在ARINC标准中通常采用相反的顺序。虽然ARINC 429字传输从比特1开始,以比特32结束,但通常可以绘制图表,并按照从比特32到比特1的顺序描述ARINC 429字。用最简单的术语来说,32位帧的比特传输顺序(从第一个传输位到最后一个传输位)通常表示为

第一位> 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、…29,30,31,32 <最后一位,
在ARINC 429出版物中,这一序列常以相反的方向表示

最后位> 32,31,30,29,…12、11、10、9、8、7、6、5、4、3、2、1 <第1位。
通常,当ARINC 429字格式的左边是第32位时,读取数据字段中的数字表示时,最重要的位在左边。但是,在这种特殊的位顺序表示中,Label字段读取时,其最重要的位在右边。与CAN协议标识符字段一样,ARINC 429标签字段首先传输最高有效位。然而,像UART协议一样,二进制编码的十进制数和ARINC 429数据字段中的二进制数通常先传输最低有效位。

一些设备供应商发布位传输指令

第一位> 8,7,6,5,4,3,2,1,9,10,11,12,13…32 <最后一位。
使用这种表示的供应商实际上重新编号了Label字段中的位,将该字段的标准MSB 1位编号转换为LSB 1位编号。这种重新编号突出了Label表示和ARINC 429标准中定义的数字数据表示之间“位端序列”的相对反转。值得注意的是87654321位编号与数字设备中常见的76543210位编号相似;但与为ARINC 429 Label字段定义的12345678位编号相反。

这种概念上的反转也反映了历史实现的细节。使用32位移位寄存器实现了arinc429收发器对移位寄存器的并行访问通常是面向八进制的。因此,八位字节访问的位顺序是访问设备的位顺序,通常是LSB 0;并且串行传输的安排使每个字节的最小有效位首先被传输。因此,在通常的实践中,访问设备写入或读取“反向标签”(例如,为了传输label 2138[或8B16],位反向值D116被写入label字节)。较新的或“增强的”收发器可配置为“在硬件中”颠倒Label字段位顺序。



Word format 字格式

每个ARINC 429字是一个32位序列,包含5个字段:


第32位是奇偶校验位,用于验证字在传输过程中没有损坏或乱码。每个ARINC 429通道通常使用“奇数”奇偶校验——在这个词中必须有奇数个“1”位。该位被设置为0或1,以确保正确的位数在word中被设置为1。
第30到31位是符号/状态矩阵(SSM) -这些位可能有不同的编码依赖于应用于给定word的特定数据表示:
在所有使用SSM的情况下,这些位可以被编码以表示:
“正常操作(NO)”—表示该数据被认为是正确数据。
功能测试(FT) -表示数据由测试源提供。
故障警告(FW)—表示数据被怀疑或丢失的故障。
无计算数据(NCD)—表示由于除故障之外的其他原因导致数据丢失或不准确。例如,当自动驾驶仪没有打开时,自动驾驶仪命令将显示为NCD。
在二进制编码十进制(BCD)表示的情况下,SSM还可以指示数据或一些类似于符号的信息的符号(+/-),如方向(北/南;东/西)。当出现这样的指示符号时,SSM也被认为是在指示正常操作。
在有符号二进制数(BNR)的二级制补码表示情况下,Bit 29表示该数字的符号;也就是说,在这种情况下,符号指示被委托给Bit 29。
在离散数据表示(例如,位域)的情况下,SSM有一个不同的,无符号的编码。

第11到29位包含数据。位域离散数据、二进制编码十进制(BCD)和二进制数字表示(BNR)是常见的ARINC 429数据格式。数据格式也可能是混合的。
第9位和第10位是源/目的地标识符(SDI),可以指示预期的接收器,或者更频繁地指示发射子系统。
第1到8位包含一个标签(标签字),以八进制(MSB 1位编号)表示,标识数据类型。
下面的图片举例说明了在相邻部分中解释的许多概念。在这幅图像中,标签(260)出现在红色,数据在蓝绿色,校验位在海军蓝色。

干扰保护

航空电子系统必须满足环境要求,通常表示为RTCA DO-160环境类别。ARINC 429采用了几种物理、电气和协议技术,以减少对机载无线电和其他设备(例如通过其他传输电缆)的电磁干扰。

它的电缆是屏蔽的70 Ω双绞线ARINC信号在双极传输的数据a和数据B之间定义了一个10 Vp的差分(即数据a上的5 V和数据B上的-5 V将构成有效的驱动信号),规范定义了可接受的电压上升和下降时间。


ARINC 429的数据编码使用了互补的差分双极归零(BPRZ)传输波形,进一步减少了电缆本身的EMI排放。

Physical Layer

数据协议定义了由两根导线(端口TX和RX)组成的单向总线,支持飞机内部的局域网。

它包括三个部分:


第1部分:功能描述,电气接口,规范,文字格式

第2部分:离散标准字

第3部分:文件传输技术

如果我们详细研究位编码,ARINC 429使用双极RZ(返回0)编码。发射机电压水平在A和B导体之间为+5V, 0V y‐5V(相对于地面)和+10V, 0V y‐10V。另一方面,接收机使用三种状态的双极RZ调制:导体之间的“HI”(+ 7.5 v到+11V范围),“NULL”(+ 0.5 v到‐0.5 v范围)和“LO”(‐7.5 v到‐11V范围)。




Labels 标签


标签指南是ARINC 429规范的一部分,适用于各种类型的设备。每架飞机将包含许多不同的系统,如飞行管理计算机、惯性参考系统、空中数据计算机、雷达高度计、无线电和GPS传感器。对于每一种类型的设备,定义了一组标准参数,这在所有制造商和型号中都是通用的。例如,任何空气数据计算机都将提供飞机的气压高度作为标签203。这允许部分的某种程度的互换性,因为所有空气数据计算机的行为,在大多数情况下,都是相同的。然而,标签的数量是有限的,因此,如果由GPS传感器发送,标签203可能有一些完全不同的含义。不管怎样非常常见的飞机参数,使用相同的标签,无论来源。此外,与任何规范一样,每个制造商与正式规范都有细微的差异,例如提供了规范之外的额外数据,省略了规范推荐的一些数据,或其他各种变化。

补充信息

What is MIL-STD-1553 ?

MIL-STD-1553是一个定义局域网(LAN)的标准,最初是为军用飞机开发并广泛使用的。该标准定义了协议的握手、数据格式和时序要求,以及总线和终端接口电子的电气特性。


Avionics Full-Duplex Switched Ethernet (AFDX)

航电全双工交换以太网(AFDX)是一种用于安全关键应用的数据网络,它利用专用带宽,同时提供确定的服务质量(QoS)。AFDX基于IEEE 802.3以太网技术,并利用商用现货(COTS)组件。AFDX是ARINC规范664第7部分的具体实现,第1和第2部分是IEEE 802.3网络的概要版本,它定义了商用现货网络组件将如何用于未来一代飞机数据网络(ADN)。AFDX的六个主要方面包括全双工、冗余、确定性、高速性能、交换和配置网络。

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