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ARINC 429

ARINC 429 , [ 1 ] el "Sistema de Transferencia de Información Digital Mark 33 (DITS)", es el estándar técnico de ARINC para el bus de datos de aviónica predominante utilizado en...

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ARINC 429 , [ 1 ] el "Sistema de Transferencia de Información Digital Mark 33 (DITS)", es el estándar técnico de ARINC para el bus de datos de aviónica predominante utilizado en la mayoría de las aeronaves comerciales y de transporte de gama alta. [ 2 ] Define las interfaces físicas y eléctricas de un bus de datos de dos hilos y un protocolo de datos para admitir la red de área local de aviónica de una aeronave .

Descripción técnica

Medio y señalización

ARINC 429 es un estándar de transferencia de datos para aviónica. Utiliza un protocolo de bus de datos autosincronizado y con reloj propio (Tx y Rx están en puertos separados). Los cables de conexión física son pares trenzados que transportan señalización diferencial balanceada . Las palabras de datos tienen una longitud de 32 bits y la mayoría de los mensajes consisten en una sola palabra de datos. Los mensajes se transmiten a 12,5 o 100  kbit/s [ 3 ] a otros elementos del sistema que monitorizan los mensajes del bus. El transmisor transmite constantemente palabras de datos de 32 bits o el estado NULL (0 voltios). Un solo par de cables está limitado a un transmisor y no más de 20 receptores. El protocolo permite la autosincronización en el extremo del receptor, eliminando así la necesidad de transmitir datos de reloj. ARINC 429 es una alternativa a MIL-STD-1553 .

Numeración de bits, orden de transmisión y significado de los bits

La unidad de transmisión ARINC 429 es una trama de 32 bits de longitud fija , a la que el estándar denomina «palabra». Los bits dentro de una palabra ARINC 429 se identifican secuencialmente del bit 1 al bit 32 [ 4 ] o simplemente del bit 1 al bit 32. Los campos y las estructuras de datos de la palabra ARINC 429 se definen en función de esta numeración.

Si bien es común ilustrar las tramas del protocolo serie progresando en el tiempo de derecha a izquierda, en el estándar ARINC se suele practicar un orden inverso. Aunque la transmisión de la palabra ARINC 429 comienza con el bit 1 y termina con el bit 32, es común diagramar [ 5 ] y describir [ 6 ] [ 7 ] las palabras ARINC 429 en el orden del bit 32 al bit 1. En términos sencillos, mientras que el orden de transmisión de bits (desde el primer bit transmitido hasta el último bit transmitido) para una trama de 32 bits se diagrama convencionalmente como

Primer bit > 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, ... 29, 30, 31, 32 < Último bit,

Esta secuencia se suele diagramar en las publicaciones de ARINC 429 en la dirección opuesta a la que

Último bit > 32, 31, 30, 29, ... 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 < Primer bit.

Generalmente, cuando el formato de palabra ARINC 429 se ilustra con el bit 32 a la izquierda, las representaciones numéricas en el campo de datos se leen con el bit más significativo a la izquierda. Sin embargo, en esta presentación particular del orden de bits, el campo de etiqueta se lee con su bit más significativo a la derecha. Al igual que los campos de identificador del protocolo CAN , [ 8 ] los campos de etiqueta ARINC 429 se transmiten con el bit más significativo primero. Sin embargo, al igual que en el protocolo UART , los números decimales codificados en binario y los números binarios en los campos de datos ARINC 429 generalmente se transmiten con el bit menos significativo primero.

Algunos proveedores de equipos [ 9 ] [ 10 ] publican el orden de transmisión de bits como

Primer bit > 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 9, 10, 11, 12, 13 ... 32 < Último bit.

Los proveedores que utilizan esta representación han renumerado los bits en el campo Etiqueta, convirtiendo la numeración de bits MSB 1 del estándar para ese campo a la numeración de bits LSB 1. Esta renumeración resalta la inversión relativa del orden de bits entre la representación de Etiqueta y las representaciones de datos numéricos definidas en el estándar ARINC 429. Cabe destacar que la numeración de bits 87654321 es similar a la numeración de bits 76543210 común en equipos digitales, pero invertida con respecto a la numeración de bits 12345678 definida para el campo Etiqueta de ARINC 429.

Esta inversión conceptual también refleja detalles de implementación histórica. Los transceptores ARINC 429 se han implementado con registros de desplazamiento de 32 bits . [ 11 ] El acceso paralelo a ese registro de desplazamiento suele estar orientado a octetos . Por lo tanto, el orden de bits del acceso al octeto es el orden de bits del dispositivo de acceso, que suele ser LSB 0 ; y la transmisión en serie se organiza de manera que el bit menos significativo de cada octeto se transmita primero. Así, en la práctica común, el dispositivo de acceso escribía o leía una "etiqueta invertida" [ 12 ] (por ejemplo, para transmitir una etiqueta 213 8 [o 8B 16 ], el valor D1 16 con los bits invertidos se escribe en el octeto de la etiqueta). Los transceptores más nuevos o "mejorados" pueden configurarse para invertir el orden de bits del campo de la etiqueta "en hardware". [ 13 ]

formato Word

Cada palabra ARINC 429 es una secuencia de 32 bits que contiene cinco campos:

El bit 32 es el bit de paridad y se utiliza para verificar que la palabra no se haya dañado ni distorsionado durante la transmisión. Normalmente, cada canal ARINC 429 utiliza paridad impar; es decir, debe haber un número impar de bits "1" en la palabra. Este bit se establece en 0 o 1 para garantizar que la cantidad correcta de bits en 1 se establezca en la palabra.
Los bits 30 a 31 son la matriz de signo/estado (SSM); estos bits pueden tener varias codificaciones dependiendo de la representación de datos particular aplicada a una palabra determinada:
  • En todos los casos en que se utilice el SSM, estos bits pueden codificarse para indicar:
Operación normal (NO): indica que los datos en esta palabra se consideran datos correctos.
Prueba funcional (FT): indica que los datos son proporcionados por una fuente de prueba.
Advertencia de fallo (FW): indica un fallo que provoca que los datos sean sospechosos o falten.
Sin datos calculados (NCD): Indica que faltan datos o que son inexactos por algún motivo que no sea un fallo. Por ejemplo, los comandos del piloto automático aparecerán como NCD cuando este no esté activado.
  • En el caso de la representación en código binario decimal (BCD), el SSM también puede indicar el signo (+/-) de los datos o información análoga, como la orientación (Norte/Sur; Este/Oeste). Al indicar el signo, el SSM también se considera que indica el funcionamiento normal.
  • En el caso de la representación en complemento a dos de números binarios con signo (BNR), el bit 29 representa el signo del número ; es decir, la indicación del signo se delega al bit 29 en este caso.
  • En el caso de la representación de datos discretos (por ejemplo, campos de bits), el SSM tiene una codificación diferente, sin signo. [ 14 ]
Los bits del 11 al 29 contienen los datos. Los formatos de datos ARINC 429 comunes son datos discretos de campo de bits , decimal codificado en binario (BCD) y representación numérica binaria (BNR). También se pueden combinar diferentes formatos de datos.
Los bits 9 y 10 son identificadores de origen/destino (SDI) y pueden indicar el receptor previsto o, con mayor frecuencia, el subsistema transmisor.
Los bits del 1 al 8 contienen una etiqueta (palabras de etiqueta), expresada en octal ( numeración del bit más significativo 1 ), que identifica el tipo de datos.

La siguiente imagen ilustra muchos de los conceptos explicados en las secciones adyacentes. En esta imagen, la etiqueta (260) aparece en rojo, los datos en azul verdoso y el bit de paridad en azul marino.

Una palabra ARINC 429, vista como una señal, con decodificación superpuesta.
Una palabra ARINC 429, vista como una señal, con decodificación superpuesta.

Etiquetas

Ilustración del sistema de indicación y detección de velocidad aerodinámica en aeronaves con control de vuelo electrónico (fly-by-wire).

Las directrices de etiquetado se proporcionan como parte de la especificación ARINC 429 para diversos tipos de equipos. Cada aeronave contiene varios sistemas diferentes, como computadoras de gestión de vuelo , sistemas de referencia inercial , computadoras de datos aerodinámicos , altímetros de radar , radios y sensores GPS . Para cada tipo de equipo, se define un conjunto de parámetros estándar, comunes a todos los fabricantes y modelos. Por ejemplo, cualquier computadora de datos aerodinámicos proporciona la altitud barométrica de la aeronave como etiqueta 203. Esto permite cierto grado de intercambiabilidad de piezas, ya que todas las computadoras de datos aerodinámicos se comportan, en general, de la misma manera. Sin embargo, solo existe un número limitado de etiquetas, por lo que la etiqueta 203 puede tener un significado completamente diferente si la envía un sensor GPS, por ejemplo. No obstante, los parámetros de la aeronave que se necesitan con mucha frecuencia utilizan la misma etiqueta independientemente de la fuente. Además, como ocurre con cualquier especificación, cada fabricante presenta ligeras diferencias con respecto a la especificación formal, como proporcionar datos adicionales que van más allá de la especificación, omitir algunos datos recomendados por la especificación u otros cambios diversos.

Protección contra interferencias

Los sistemas de aviónica deben cumplir con los requisitos ambientales, generalmente expresados ​​como categorías ambientales RTCA DO-160. ARINC 429 emplea varias técnicas físicas, eléctricas y de protocolo para minimizar la interferencia electromagnética con las radios a bordo y otros equipos, por ejemplo, a través de otros cables de transmisión .

Su cableado es un par trenzado blindado de 78 Ω . [ 1 ] La señalización ARINC define una  diferencia de 10 Vp entre los niveles de Datos A y Datos B dentro de la transmisión bipolar (es decir, 5  V en Datos A y -5  V en Datos B constituirían una señal de control válida), y la especificación define tiempos de subida y bajada de voltaje aceptables.

La codificación de datos de ARINC 429 utiliza una forma de onda de transmisión bipolar diferencial complementaria con retorno a cero (BPRZ), lo que reduce aún más las emisiones de EMI del propio cable.

Herramientas de desarrollo

Al desarrollar o solucionar problemas del bus ARINC 429, el análisis de las señales de hardware puede ser fundamental para detectar fallos. Un analizador de protocolos resulta útil para recopilar, analizar, decodificar y almacenar señales.

Véase también

  • ARINC 615 define un protocolo de carga de datos de alta velocidad que se superpone a la capa física de ARINC 429.
  • ARINC 629 define una extensión TDMA de alta velocidad y multitransmisor para ARINC 429, reemplazada por AFDX .
  • La parte 7 de ARINC 664 define el uso de una red Ethernet determinista como bus de datos de aviónica en aeronaves más recientes, como el Airbus A380 y el Boeing 787. Esta norma define conexiones virtuales punto a punto que implementan el mismo concepto que se utiliza en ARINC 429. A diferencia de 429, estas conexiones no existen físicamente, sino como enlaces lógicos TDMA . [ 15 ]
  • ARINC 708 define un protocolo para la transmisión de datos de radar meteorológico . Si bien la transmisión 708 es una versión simplificada de MIL-STD-1553 , [ 16 ] el control de los componentes ARINC 708 se estandarizó mediante etiquetas ARINC 429. [ 17 ]
  • La norma ARINC 828 define las interfaces de la bolsa de vuelo electrónica ( EFB, por sus siglas en inglés ) utilizadas en todo tipo de aeronaves e incluye, entre otras interfaces, la interfaz ARINC 429.
  • MIL-STD-1553 , estándar de bus militar para un "bus serie compartido", que se usa a menudo en lugar de ARINC 429.

Referencias

  1. 1 2 Steve Woodward (11 de julio de 2002). Bill Travis (ed.). El circuito transmite datos ARINC 429. Revista EDN .
  2. ↑ "ARINC 429" . Archivado del original el 29/10/2011 . Consultado el 07/09/2011 .
  3. ↑ "Interfaz de bus ARINC 429" (PDF) . Actel . Archivado del original (PDF) el 7 de octubre de 2009. Consultado el 24 de junio de 2009 .
  4. ↑ Especificación ARINC 429, Parte 1-17 . Annapolis, Maryland: Aeronautical Radio, Inc. 17 de mayo de 2004. págs. 2–5 . 
  5. ↑ Especificación ARINC 429, Parte 1-17 . Annapolis, Maryland: Aeronautical Radio, Inc. 17 de mayo de 2004. págs. 78–116 . 
  6. ↑ Tutorial del protocolo ARINC 429. Tecnologías de interfaz de aviónica. págs. 13–21 . 
  7. ↑ Novacek, George (mayo de 2001). Protocolos de comunicaciones en aeronáutica . pág. 5. {{cite book}}: |magazine=ignorado ( ayuda )
  8. ↑ Especificación CAN 2.0, Parte B. CAN en automatización. pág. 9. 
  9. ↑ Tutorial de especificación ARINC429 . Friburgo, Alemania: AIM GmbH. pág. 15. 
  10. ↑ Tutorial del protocolo ARINC . Santa Bárbara, CA: Condor Engineering, Inc. 2000. pág. 9. 
  11. ↑ HI-8783, HI-8784, HI-8785 Dispositivo de interfaz ARINC 429 y 561. HOLT Integrated Circuits, Inc. 2009. pp. Figura 1 : Diagrama de bloques.  
  12. ↑ Manual de programación ARINC 429. Ballard Technology. págs. A–2. 
  13. ↑ HI-3584 Transmisor serie ARINC 429 de 3,3 V mejorado y receptor dual (Rev G) . HOLT Integrated Circuits, Inc. 2013. pág. 4. 
  14. ↑ Especificación ARINC 429, Parte 1-17 . Annapolis, Maryland: Aeronautical Radio, Inc. 17 de mayo de 2004. págs. 3–5 . 
  15. ↑ Fuchs, Christian M. (agosto de 2012). "La evolución de las redes de aviónica desde ARINC 429 hasta AFDX" (PDF) . Noticias de aviónica . Consultado el 10 de febrero de 2014 .
  16. ↑ Tutorial del protocolo ARINC (PDF) . www.ge-ip.com: GE Intelligent Platforms. 2010. pág. 14. 
  17. ↑ Ingle, Al (agosto de 2008). "ARINC 708" (PDF) . Avionics News . Tech Time: Consejos útiles para el técnico de aviónica: 62–63 . Recuperado el 10 de febrero de 2014 .