ARINC659 Veri Yolu Protokolü Üzerinde Analiz ve Araştırma
Guo Liang 1, 2, Liu Yufeng 3, Zhao Chuan 4, Shi Jiatao 4
(1. Xi'an Havacılık Hesaplama Teknolojisi Enstitüsü, AVIC, Xi'an 710068, Shaanxi;
2. Havacılık Teknolojisi Entegre Devre ve Mikrosistem Tasarımı Anahtar Laboratuvarı, Xi'an 710068, Shaanxi;
3. Beijing Qingyun Aviation Instrument Co., Ltd., Beijing 100086; 4. Xi'an Xiangteng Microelectronics Technology Co., Ltd., Xi'an, Shaanxi 710068)
Aviyonik sistemlerin geliştirilmesiyle birlikte, hava araçları arasındaki veri yolunun bant genişliği ve gerçek zamanlı gereksinimleri daha yüksektir.Şu anda, geleneksel arka düzlem veriyolu (PCI, VME, CPCI, vb.), Yeni nesil aviyonik sistemlerin veri iletişim gereksinimlerini artık karşılayamamaktadır. Bu nedenle, mevcut endüstriyel arka panel veri yolu temelinde, yüksek güvenilirliğe, yüksek hata toleransına ve yüksek bütünlüğe sahip yeni bir arka panel veri yolu, ARINC659 arka panel veri yolu olarak tanımlanmıştır. ARINC659 arka panel veriyolunun aviyonik sistemlerde uygulanmasını amaçlayarak, ARINC659 arka panel veri yolu protokolünün özellikleri ve sınırlamaları analiz edilir ve ARINC659 veri yolunun geliştirilmesi ve aviyonik arka panel veri yolunun seçimi için yol gösterici öneme sahip olan gelecekteki geliştirme ve iyileştirme talimatları önerilmiştir.
TN913
Belge tanımlama kodu: Bir
DOI: 10.16157 / j.issn.0258-7998.2016.10.039
Çince alıntı biçimi: Guo Liang, Liu Yufeng, Zhao Chuan, vb ARINC659 Veri Yolu Protokolü Üzerine Analiz ve Araştırma Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2016, 42 (10): 149-152.
İngilizce alıntı biçimi: Guo Liang, Liu Yufeng, Zhao Chuan, ve diğerleri ARINC659 veri yolu protokolünün analizi ve araştırması.Elektronik Tekniğin Uygulanması, 2016, 42 (10): 149-152.
0 Önsöz
ARINC659 arka panel veriyolu, deterministik veri yolu iletim süresine sahip çok düğümlü bir seri veri yoludur.Güçlü zaman ve alan bölümlerini destekler.Eşsiz veri yolu doğrulama mekanizması ile aviyonik problemini çözer Otobüsün yüksek güvenilirlik gereksinimleri. Mevcut havacılık veri yolları arasında, ARINC659 arka panel veriyolu, arka planlar arasında veri iletişimi için en yüksek düzeyde güvenilirlik, bütünlük ve yedeklilik sağlayabilir. ARINC659 arka panel veri yolu protokolünün analiz ve araştırmasının yürütülmesi, ARINC659 arka düzlem veri yolu sisteminin Çin'in havacılık elektronik sistemlerinde yaygınlaştırılması ve uygulanmasının hızlandırılması ve havacılık elektronik sistemlerinin arka düzlem veri iletişiminin güvenilirliğinin iyileştirilmesi için büyük önem taşımaktadır. Bu makale ilk olarak ARINC659 arka panel veri yolu mimarisini tanıtır.Bu temelde, ARINC659 arka panel veri yolu protokolünün analizine ve araştırmasına odaklanır, ARINC659 arka panel veri yolunun teknik özelliklerini ve sınırlamalarını özetler ve ARINC659 veri yolunun aviyoniklerin gelişme eğilimine göre gelecekteki gelişimine işaret eder. yön.
1 Bus topolojisi
ARINC659 arka panel veriyoluna dayalı birden çok LRM'den oluşan entegre bir aviyonik sistemin mimarisi Şekil 1'de gösterilmektedir. Birden çok çevrimiçi değiştirilebilir modül (LRM), ARINC659 arka panel veri yolu üzerinden veri iletir. Veri yolu, ikili-ikili konfigürasyonda A ve B veri yolu çiftlerinden oluşur ve veri yolu çiftleri A ve B, sırasıyla iki veri yolu "x" ve "y" içerir. Veriyolu üzerindeki her LRM, iki veri yolu arabirim birimi (BIUx ve BIUy) içerir BIUx, verileri x veri yolu aracılığıyla gönderir ve BIUy, y veri yolu aracılığıyla veri gönderir Her BIU, 4 veri yolunun tümünü alır.
2 veri yolu protokol analizi
ARINC659 arka panel veriyolu spesifikasyonu altı yön içerir: genel bakış, teknik açıklama, fiziksel katman tanımı, veri bağlantı katmanı protokolü, aksesuarlar, ekler, vb. ARINC659 arka panel veriyolu spesifikasyonunun temel sistemini ve diğer standartlarla ilişkiyi ana hatlarıyla belirtir ve ARINC659 arka panel veriyolunu açıklar Temel yapı, veri tipi, hata yönetimi, test ve bakım gibi teknik özellikler, arayüz sinyallerinin fiziksel özelliklerini, elektrik performansını, fiziksel izolasyonu, konektör pini atamasını vb. Tanımlar ve ARINC659 arka panel veriyolunun senkronizasyon işlemini, mesaj çalışmasını ve alımını ayrıntılı olarak belirtir. Veri seçimi ve BIU / ana bilgisayar arayüzü temel çağrı, hata ayıklama ve diğer veri yolu işlemleri.
ARINC659 veri yolu, temel olarak yüksek güvenilirlik, yüksek belirlilik ve güçlü gerçek zamanlı performans gerektiren havacılık uygulamalarına yöneliktir.Geleneksel arka panel veri yolu ile karşılaştırıldığında, veri yolu protokolü aşağıdaki olağanüstü özelliklere sahiptir:
(1) Fiziksel katman izolasyonu ve veri yolu seviyesi
ARINC659 veriyolunun fiziksel katman protokolü, veri yolu fiziksel hatalarının kesin izolasyonunu sağlamak için bir dizi fiziksel yalıtım gereksinimi (BIU yalıtımı, güç kaynağı yalıtımı ve kablo yalıtımı dahil) tanımlayarak sinyalin bütünlüğünü sağlar.
ARINC659, veriyolunun iletim seviyesi için BTL seviyesi standardını seçer ve BTL seviyesi çıkış sürücüsü salınımı, arka panel iletimi alanında yaygın olarak kullanılan 1 V'a düşürülür. Bu seviye, veri yolu fiziksel arızalarının izolasyon gereksinimlerini karşılayabilen bağımsız veri yolu zeminini ve referans toprağını destekler.
(2) Veriyolu kodlama ve topoloji
ARINC659, veri iletmek için 4 çift-çift yedek seri veri yolu kullanır.Aynı zamanda, 4 veri yolu aynı verileri iletir, ancak veri yolu kodlama yöntemleri farklıdır.Bu veri yolu kodlamanın avantajları: 4 hattın ortalama DC ve AC gücü Tüm veri modları sabittir, bu da veri moduna duyarlı arızaların olasılığını azaltır; Yardımcı arıza tespiti sağlar, bu kodlama mekanizması veriyolu açık devre, kısa devre ve sabit seviye arızasını tespit edebilir; B veri yolu ve A veri yolu sinyali Ters yön, sinyalin diferansiyel sürücü özelliklerine sahip olmasını sağlar ve ters diferansiyel özellikleri iyi EMC özellikleri sağlar. Titreme hatası, düşük frekansı yüksek frekansa veya tersi şekilde değiştirerek tespit edilebilir. ARINC659 veri yolu kodlama kuralları Tablo 1'de gösterilmektedir.
Alıcı tarafta, kodu çözülen veriler, farklı veri yolu çiftlerinin kombinasyonuna göre karşılaştırılır ve geçerli veriler, kendisi tarafından tanımlanan veri yolu veri geçerlilik tablosuna göre değerlendirilir. İkili-çift yedekleme ayarı sayesinde, veri yolu güçlü hata toleransına sahiptir ve bir veri yolu hatasını ve en çok iki veri yolu hatasını belirleyip düzeltebilir.Bara arızasının analizi aracılığıyla, protokolde belirtilen düzeltilebilir arızalar tabloda gösterildiği gibi sınıflandırılabilir 2 gösterilmektedir.
(3) Senkronizasyon mekanizması ve tablo ile çalışan mekanizma
Komut tablosundaki önceden tanımlanmış senkronizasyon mesajı aracılığıyla, BIU durum değiştirme ve bakımı gerçekleştirir. Farklı BIU çalışma durumları arasında senkronizasyon elde etmek için, ARINC659 protokolü üç tür senkronizasyon mesajı tanımlar: başlatma senkronizasyonu, kısa senkronizasyon ve uzun senkronizasyon.Bu üç senkronizasyon mesajı, veri yolu sisteminin bit seviyesinde senkronizasyonunu ve çerçeve seviyesinde senkronizasyonunu elde etmek için kullanılır, böylece aynı LRM modüllerinin farklı BIU'ları arasında ve farklı LRM modülleri arasında veri yolu senkronizasyonu. Tablo güdümlü protokol sayesinde, veri iletim süresinin belirlenmesi, veri yolu çakışması olmaması ve veri yolu erişim bekleme süresi gecikmesi olmaması sağlanır.
(4) Gerçek zamanlı çalışırken yedekleme mekanizması
ARINC659 veri yolu, 4 derece yedeklilik ile gerçek zamanlı sıcak yedeklemeyi destekler.Ana modül arızalandığında ve veri yolu iletimi belirtilen sürede ( zaman) tamamlanmadığında, komut tablosunda ana modül, yedekleme modülü 1, yedekleme modülü 2 ve yedekleme modülü 3'ü tanımlayarak, Aktarım için otomatik olarak yedek 1 modülüne geçebilir; Benzer şekilde, yedekleme 1 ve yedekleme 2 işlemi tamamlayamazsa, yedek 2 modülüne ve yedek 3 modülüne geçiş yapın. Ana yedek aktarım mekanizması sayesinde, veriyolunun güvenilirliği daha da geliştirildi.
(5) Çerçeve değiştirme mekanizması
Yaygın havacılık uygulamaları, protokol tarafından sağlanan çerçeve değiştirme komutları aracılığıyla çerçeveler arasında kontrol ve geçiş yapabilir. İki farklı çerçeve türü vardır: sürüm çerçeveleri ve sürüm olmayan çerçeveler. Sürüm çerçevesinde, arka panel veri yolunda etkin olan tüm BIU'lar aynı tablo sürüm numarasına sahip olmalıdır. Versiyon çerçeve anahtarlama mekanizması, senkronize durumdaki tüm BIU'ların, alınan çerçeve değiştirme mesajındaki versiyon bilgisi bit alanını kendi tablo versiyon numaralarıyla karşılaştırmasını sağlar Versiyon numaraları tutarsızsa, bus senkronizasyonunu kaybedecektir. Versiyon olmayan çerçevede, tablo versiyon numarası göz ardı edilir LRM'deki bir BIU çifti arka düzlem ile senkronize olabildiği sürece versiyon olmayan çerçeveye katılabilir. Çerçeve organizasyonunun bir örneği Şekil 2'de gösterilmektedir.
Tüm veri yolu uygulamalarında en az bir çerçeve olmalıdır. Başlatma senkronizasyonu tamamlandıktan sonra, veriyolundaki aktif modüller, versiyon olmayan bir başlangıç çerçevesine atlayacaktır Bundan sonra, bu modüller, başlatma çerçevesinde kalıcı olarak kalabilir veya arka planda belirli bir LRM tarafından önceden tanımlanmış başka bir çerçeveye geçebilirler.
3 Sözleşmenin sınırlamaları
ARINC659 veri yolu protokolü esas olarak arka panel aktarım alanını dikkate aldığından ve sistem için yüksek güvenilirlik ve güvenli aktarım sağladığından, belirli sınırlamalar vardır. Her şeyden önce, fiziksel katmanın elektriksel özellikleriyle sınırlı, ARINC659 veriyolu arka düzleminin uzunluğu nispeten kısadır, genellikle 120 cm'den fazla değildir ve yalnızca raftaki modüller arasında iletişim için kullanılabilir Raflar arasındaki iletişim ağ geçitleri ve diğer otobüsler aracılığıyla tamamlanmalıdır. Bunun, aviyonik sistemdeki çoklu raflar arasındaki yedeklilik tasarımını gerçekleştirme ihtiyacı ve çoklu yedek raflar arasındaki veri yolu zaman senkronizasyonu üzerinde belirli bir etkisi vardır. İkinci olarak, veriyolunun ikili-çift artıklık işlevini gerçekleştirmek için, veri yolu arabirimi çift-ikili konfigürasyon gerektirir ve fiziksel izolasyon ihtiyacı nedeniyle, güç kaynağı ve arka panel veriyolunun kısa bağlantısının bağımsız olarak tamamlanması gerekir, bu nedenle donanım maliyeti nispeten yüksektir.
Aviyonik sistemlerin entegrasyonunun gelişmesiyle birlikte, aviyonik ekipmanların dahili modülleri arasındaki veri iletişim hacmi de hızla artmıştır.Protokolüne göre ARINC659 veriyolu, bazı uygulamalarda sistemin haberleşme gereksinimlerini karşılayamayan maksimum 60 Mb / sn hızı desteklemektedir. ARINC659 veri yolu iletişim oranını daha da iyileştirmek için, ARINC659 veri yolu yüksek hızlı iletişim mekanizmasını ve fiziksel katman seviyesi standartlarını keşfetmek ve incelemek gerekir. ARINC659 veri yolu protokolü iyi bir hata toleransına ve hata tespit mekanizmasına sahiptir Bütünlük tablosu kullanıldığında, verilerin doğruluğu garanti edilebilir. Kullanılabilirlik tablosu kullanıldığında, bazen veri yolu hatası ayırt edilemez, ancak veriler normal olarak gönderilebilir. Yazılım, veri aktarımına kontrol bitleri eklemek için kullanılabilir .. Kullanılabilirlik tablosu kullanıldığında ve veriyolunda çift bit hataları olduğu tespit edildiğinde, veriyi kontrol etmek ve ayrıca verilerin doğruluğunu yargılamak için yazılım kontrol mekanizması kullanılır.
4 özet
ARINC 659 veri yolu, yüksek güvenilirlik gereksinimlerini karşılayan ikili-çift artıklık konfigürasyonuna sahip seri hataya dayanıklı bir veri yolu olup, rafa monte entegre modüler sistem (IMA) oluşturmak için anahtar teknolojilerden biridir. Bu veri yolu, aviyonik, uzay aracı elektroniği ve endüstriyel güvenlik açısından kritik kontrol alanlarında çok çeşitli uygulama gereksinimlerine sahiptir. Yabancı ülkeler, Boeing 777 AIMS (Uçak Bilgi Yönetim Sistemi) ve Boeing 737 gibi sivil uçaklar için genel entegre aviyonik sistemlerini başarıyla uygulamıştır. Otobüs protokolünün analizine ve son yıllardaki havacılık sistemlerinin gelişme eğilimine dayanarak, bu makale protokolün özelliklerini ve sınırlamalarını özetlemekte ve otobüsün Çin'deki havacılık ve havacılık alanlarında tanıtımını ve uygulamasını teşvik etmeye yardımcı olacak gelecekteki geliştirme yönünü önermektedir.
Referanslar
CARPENTER T, DRISCOLL K, HOYME K, vd. ARINC659 çizelgeleme: problem tanımı. Gerçek Zamanlı Sistem Sempozyumu, 1994: 165-169.
ARINC. Arınç proje belgesi 664: Uçak veri ağı, bölüm 7-aviyonik tam çift yönlü anahtarlamalı Ethernet (sfdx) ağı, 2005.
Havayolları Elektronik Mühendisliği Komitesi, ARINC şartnamesi659 arka panel veri yolu, ABD: Aeronautical Radio, Inc, 1993.
Zhang Ximin.ARINC 659 arka düzlem veri yolu protokolü üzerine bir ön çalışma.Elektro-Optik ve Kontrol, 2013, 20 (3): 93-97.
Wei Ting, Zhang Ximin. ARINC659 arka panel veriyolunun hata ayıklama yöntemi üzerine araştırma. Ölçme ve Kontrol Teknolojisi, 2008, 27 (S0): 84-86.
Xu Hongjie, Tian Ze, Guo Liang ve diğerleri.ARINC659 yonga tasarımı ve uygulamasının temel teknolojileri üzerine araştırma. Bilgisayar Teknolojisi ve Geliştirme, 2014, 24 (3): 26-30.
Tian Ze, Liu Ningning, Guo Liang, vb ARINC659 arka panel veri yolu ve anahtar teknolojileri Bilgisayar Uygulamaları, 2013, 33 (S2): 49-53, 56.
Qiang Xinjian, Tian Ze, Huai Zhihua ARINC 659'a dayalı FPGA prototip doğrulama platformunun yapımı ve uygulaması. Bilgisayar Mühendisliği ve Tasarımı, 2010, 31 (12): 2726-2728.
Ma Ning, Li Ling, Tian Ze, vb ARINC659 veri yolu protokol yongasının simülasyon doğrulaması Bilgisayar Teknolojisi ve Geliştirme, 2010, 20 (1): 205-208.
AET üyeleri için yıl sonu avantajları!
