АРИНК 818

ARINC 818: Цифровая видеошина авионики ( ADVB ) — это стандарт видеоинтерфейса и протокола, разработанный для передачи несжатого цифрового видео с высокой пропускной способностью и малой задержкой в ​​системах авионики . Стандарт, выпущенный в январе 2007 года, был усовершенствован ARINC и аэрокосмическим сообществом для удовлетворения строгих потребностей в высококачественном цифровом видео. Спецификация была обновлена, и в декабре 2013 года был выпущен ARINC 818-2, в котором добавлен ряд новых функций, в том числе скорость соединения до 32-кратного увеличения скорости оптоволоконных каналов, объединение каналов, коммутация, последовательный цвет полей, двунаправленное управление и передача только данных. ссылки.

ARINC 818-3 был выпущен в 2018 году. В этой версии были уточнены скорости кодирования 8b/10b по сравнению со скоростями кодирования 64b/66b, а также прояснены некоторые проблемы.

Несмотря на упрощение, ADVB сохраняет атрибуты Fibre Channel, которые полезны для критически важных приложений: Высокая скорость / высокая надежность / низкая задержка / гибкость / высокая производительность / передача несжатого цифрового видео

Преимущества ARINC 818 (ADVB):

• Низкие накладные расходы
• Передача видеосигналов в реальном времени с высокой скоростью передачи данных (широкая полоса пропускания)
• Низкая задержка
• Передача несжатого цифрового видео
• Гибкость – отсутствие привязки к какому-либо физическому слою или формату видео.
• Возможность стандартизировать высокоскоростные видеосистемы
• Высокая надежность — доступны 2 уровня проверки ошибок
• Возможность работы в сети
• Несколько видеопотоков по одной ссылке
• Определено несколько классов синхронизации
• Подходит для критически важных приложений (до DAL A)

Фон

В самолетах все больший объем информации поступает в виде изображений, эта информация проходит через сложную видеосистему, прежде чем попасть на дисплеи кабины . Видеосистемы включают в себя: инфракрасные датчики и датчики других длин волн, оптические камеры, радары , бортовые самописцы , системы карт/карт, синтетическое зрение , системы слияния изображений , проекционные дисплеи дисплеи с опущенным вниз лобовым стеклом (HUD) и основные полетные и многофункциональные , видеоконцентраторы, и другие подсистемы. Видеосистемы используются для помощи при рулении и взлете, погрузке груза, навигации , отслеживании целей, предотвращении столкновений и других важных функциях.

ARINC 818 (ADVB) — это протокол Fibre Channel (FC), основанный на FC-AV (Fibre Channel Audio Video, определенный в ANSI INCITS 356-2002), который широко использовался в видеосистемах F -18 и C- 130АМП . Хотя FC-AV использовался во многих программах, каждая реализация была уникальной. ARINC 818 предоставляет возможность стандартизировать высокоскоростные видеосистемы и с тех пор был принят рядом крупных коммерческих и военных аэрокосмических программ, включая A400M, A350XWB, B787, KC-46A, C-130, KF-X, Comac C919 и множество других программ. ARINC 818 также распространен в комплектах авионики, таких как Proline Fusion от Rockwell Collins и TopDeck от Thales.

Обзор протокола ARINC 818

ARINC 818 (цифровая видеошина авионики) — это двухточечный последовательный протокол с кодировкой 8b/10b (или 64B/66B для более высоких скоростей) для передачи видео, аудио и данных. Протокол пакетизирован, но ориентирован на видео и очень гибок, поддерживая множество сложных видеофункций, включая мультиплексирование нескольких видеопотоков по одному каналу или передачу одного потока по двойному каналу. Определены четыре различных класса синхронизации видео: от простых асинхронных до строгих синхронных систем пикселей.

ARINC 818 (ADVB) является однонаправленным и не требует подтверждения связи.

ARINC 818 (ADVB) имеет 15 определенных скоростей — от 1 Гбит/с до 28 Гбит/с.

Для каждого проекта ADVB требуется документ управления интерфейсом (ICD). Совместно используемый всеми участниками проекта ICD обеспечивает функциональную совместимость, уменьшает объем реализации и определяет:

• Форматы видео для проекта
• Встроенные данные (вспомогательные данные)
• Видео и тайминг линии
• Формат пикселей
• Класс синхронизации

Структура пакета ADVB

Кадр ARINC 818 (ADVB) является основным транспортным механизмом для ARINC 818. Важно называть эти пакеты «кадрами ADVB», а не просто «кадрами», чтобы избежать возможной путаницы с видеокадрами.

Начало кадра ADVB сигнализируется 4-байтовым упорядоченным набором SOFx и завершается упорядоченным набором EOFx. Каждый кадр ADVB имеет стандартный заголовок Fibre Channel, состоящий из шести 32-битных слов. Эти слова заголовка относятся к таким вещам, как источник кадра ADVB и предполагаемый пункт назначения, а также положение кадров ADVB в последовательности. Поле идентификатора источника (SID) в заголовке кадра ADVB позволяет отличать видео от каждого датчика от других датчиков.

«Полезная нагрузка» содержит видео, параметры видео или вспомогательные данные. Полезная нагрузка может различаться по размеру, но ограничена 2112 байтами на кадр ADVB. Чтобы гарантировать целостность данных, все кадры ADVB имеют 32-битную CRC, рассчитанную для данных между SOFx и словом CRC. CRC — это тот же 32-битный полиномиальный расчет, определенный для Fibre Channel.

Структура контейнера ADVB

Спецификация ARINC 818 (ADVB) определяет «контейнер» как набор кадров ADVB, используемых для транспортировки видео. Другими словами, видеоизображение и данные инкапсулируются в «контейнер», охватывающий множество кадров ADVB. «Полезная нагрузка» каждого кадра ADVB содержит либо данные, либо видео. Внутри контейнера ARINC 818 определяет объекты, содержащие определенные типы данных. То есть определенные кадры ADVB внутри контейнера являются частью объекта.

пример того, как ARINC 818 передает цвет XGA Хороший обзор дает . XGA RGB требует передачи данных ~141 Мбайт/с (1024 пикселя x 3 байта на пиксель x 768 строк x 60 Гц). Если добавить накладные расходы протокола и время гашения , требуется стандартная скорость соединения 2,125 Гбит/с. ARINC 818 «пакетирует» видеоизображения в кадры Fibre Channel. Каждый кадр FC начинается с 4-байтового упорядоченного набора, называемого SOF (начало кадра), и заканчивается EOF (конец кадра). Кроме того, для целостности данных включается 4-байтовый CRC. Полезная нагрузка первого кадра ADVB в последовательности содержит данные заголовка контейнера, сопровождающие каждое видеоизображение.

Каждая строка видео XGA требует 3072 байта, что превышает максимальную длину полезной нагрузки FC, поэтому каждая строка делится на два кадра ADVB. Для транспортировки изображения XGA требуется «полезная нагрузка» в 1536 кадров FC. Кроме того, добавляется кадр заголовка ADVB, что в общей сложности составляет 1537 кадров FC. Между кадрами FC необходимы пустые символы, поскольку они используются для синхронизации между передатчиками и приемниками.

Приложения

Хотя ARINC 818 был разработан специально для приложений авионики, этот протокол уже используется в приложениях объединения датчиков, где выходы нескольких датчиков мультиплексируются в один высокоскоростной канал связи. Функции, добавленные в ARINC 818-2, облегчают использование ARINC 818 в качестве интерфейса датчика.

Спецификация ARINC 818 не определяет, какой физический уровень должен использоваться, и реализации выполняются с использованием как медного, так и оптоволокна. Хотя в большинстве реализаций используется оптоволокно, в низкоскоростных реализациях ARINC 818 (от 1,0625 Гбит/с до 6,375 Гбит/с) иногда используется медь (твинакс, TSP или коаксиал). Чаще всего используется MM-волокно длиной 850 нм (<500 м) или SM-волокно длиной 1310 нм (до 10 км). ARINC 818 подходит для применений, требующих небольшого количества проводников ( контактные кольца , револьверные головки ), малого веса (аэрокосмическая промышленность), устойчивости к электромагнитным помехам или передачи на большие расстояния (аэрокосмическая промышленность, корабли).

Гибкость против совместимости

ARINC 818 является гибким и может работать со многими типами приложений видео и данных. Целью стандарта является то, чтобы вся реализация сопровождалась небольшим документом управления интерфейсом (ICD), который определяет ключевые параметры заголовка, такие как: скорость соединения, разрешение видео, цветовая схема, размер вспомогательных данных, формат пикселей, классификация времени. или схемы упаковки битов. Функциональная совместимость гарантируется только для оборудования, построенного на одном и том же ICD.

Рекомендации по реализации

ARINC 818 использует физический уровень FC, который может быть построен из любого FC-совместимого SerDes 8b/10b , которые распространены в больших FPGA .

Передатчики ARINC 818 должны собирать действительные кадры FC, включая начальные и конечные упорядоченные наборы, заголовки и CRC. Это можно легко сделать с помощью VHDL конечных автоматов , и многие PLD SerDes включают встроенные вычисления CRC.

Гибкость ARINC 818 позволяет реализовывать приемники с использованием либо полных буферов изображения, либо только буферов строк отображения. В любом случае проблемы синхронизации необходимо рассматривать на уровне пикселей, строк и кадров.

Приемники на основе линейного буфера или FIFO потребуют, чтобы передатчик придерживался строгих требований к синхронизации строки, предъявляемых к дисплею. дисплея Поскольку горизонтальное сканирование должно быть точным, время прибытия строк также должно быть точным. ARINC 818 предполагает, что подобные параметры синхронизации будут фиксироваться в ICD, специфичном для видеосистемы.

Авторы ARINC 818 опирались на многолетний опыт использования FC для передачи различных видеоформатов, а ключевые детали реализации включены в спецификацию, включая примеры распространенных аналоговых форматов.

Обновления ARINC 818-2

ARINC 818-2, ратифицированный в декабре 2013 года, добавляет функции для обеспечения более высоких скоростей соединения, поддержки сжатия и шифрования, сетевых технологий и сложных схем отображения, таких как объединение каналов, используемое на дисплеях большой площади (LAD).

Скорость соединения: на момент ратификации исходной спецификации ARINC 818 протокол оптоволоконного канала поддерживал скорость соединения до 8,5 гигабит в секунду (Гбит/с). В ARINC 818-2 добавлены скорости 5,0, 6,375 (FC 6x), 12,75 (FC 12x), 14,025 (FC 16x), 21,0375 (FC 24x) и 28,05 (FC 32x) Гбит/с. Скорости 6x, 12x и 24x были добавлены для обеспечения возможности использования высокоскоростного двунаправленного коаксиального кабеля с питанием в качестве физической среды. Спецификация также предусматривает нестандартные скорости соединения для двунаправленного обратного пути для таких приложений, как управление камерой, где не требуются высокоскоростные видеоканалы.

Сжатие и шифрование: изначально предполагалось, что ARINC 818 передает только несжатое видео и аудио. Такие приложения, как датчики высокого разрешения, БПЛА/БПЛА с нисходящим каналом связи с ограниченной полосой пропускания и приложения только для передачи данных, привели к необходимости сжатия и/или шифрования канала связи. Придерживаясь философии максимальной гибкости, ARINC 818-2 требует от ICD указать детали реализации сжатия и шифрования. Протокол ARINC 818 не предоставляет средств для сжатия и шифрования, он просто предоставляет флаги, указывающие, что полезная нагрузка сжата или зашифрована.

Коммутация: ARINC 818 был разработан как протокол «точка-точка». Поскольку многие из новых реализаций ARINC 818 имеют несколько дисплеев и/или множество каналов ARINC 818 (10 или более), переключение стало более важным. Новая спецификация требует, чтобы активное переключение могло происходить только между кадрами. Фактически, чтобы предотвратить прерывание видеокадров, коммутатор должен дождаться вертикального гашения. Опять же, ICD контролирует детали реализации.

Цвет последовательного поля: был добавлен код видеоформата для поддержки последовательного цвета полей. В режиме последовательного цветового поля каждый компонент цвета обычно отправляется в отдельный контейнер.

Объединение каналов: Чтобы преодолеть ограничения пропускной способности каналов FPGA, ARINC 818-2 поддерживает несколько каналов параллельно. Видеокадр разбивается на более мелкие сегменты и передается по двум и более каналам. Каждый канал должен передавать полный кадр ADVB с заголовком, а ICD учитывает задержку и рассогласование между каналами.

Каналы только для передачи данных: ARINC 818-2 обеспечивает каналы только для передачи данных, обычно используемые в каналах управления и контроля, например, необходимые для двунаправленных интерфейсов камер. Они могут использовать стандартную скорость соединения или нестандартную скорость, указанную ICD.

Области интереса: Протокол ARINC 818-2 предоставляет средства для определения частичных изображений, мозаики и области интереса, которые важны для высокоскоростных датчиков и стереодисплеев.

Обновления ARINC 818-3

• Определяет режим эмуляции дисплея для испытательного оборудования.
• Добавляет новый материал, описывающий бюджет задержки для устройств ARINC 818, используемых в режимах передачи и приема.
• 10 Гбит/с — максимальная скорость шины с кодировкой 8b/10b.
• Добавляет кодировку 64B/66B для скоростей 12 Гбит/с и выше.
• Поддерживает скорость шины 28,05 Гбит/с (FC32X) с использованием кодирования 256B/257B или 64B/66B.
• В целом эта версия позволит использовать такие технологии, как дисплеи 4K и 8K, кабины без окон, виртуальную реальность, а также датчики и камеры с высокой пропускной способностью вокруг самолета.

См. также

• Система управления полетом самолета
• Кодирование Fibre Channel 8b/10b
• Сетевые протоколы Fibre Channel
• Интегрированная модульная авионика

Ссылки

• 818-1 Цифровая видеошина авионики (ADVB) с высокой скоростью передачи данных, опубликовано ARINC, 2007 г.
• ARINC 818 становится новым стандартом протокола для высокопроизводительных видеосистем, COTS Journal, декабрь 2006 г.
• Объяснение ARINC 818, журнал Avionics, 1 марта 2008 г.
• Пол Грюнвальд, «Что нового в ARINC 818-2», 32-я конференция по системам цифровой авионики, Сиракьюс, Нью-Йорк, 6–10 октября 2013 г.

Внешние ссылки

• АРИНК 818