ARINC 818 - ARINC 818

ARINC 818: цифровая видеошина авионики (ADVB) это стандарт видеоинтерфейса и протокола, разработанный для передачи цифрового видео без сжатия с высокой пропускной способностью и малой задержкой. авионика системы. Стандарт, выпущенный в январе 2007 г., был усовершенствован ARINC и аэрокосмическое сообщество, чтобы удовлетворить строгие потребности в высококачественном цифровом видео. Спецификация была обновлена, и в декабре 2013 года был выпущен ARINC 818-2, в котором был добавлен ряд новых функций, включая скорость соединения до 32X скорости волоконно-оптического канала, связывание каналов, переключение, последовательный цвет полей, двунаправленное управление и только данные. ссылки.

Фон

В самолет, постоянно увеличивающийся объем информации предоставляется в виде изображений, эта информация проходит через сложную видеосистему, прежде чем достичь дисплеи в кабине. Видеосистемы включают: инфракрасный и другие датчики длины волны, оптические камеры, радар, бортовые самописцы, карты / системы диаграмм, синтетическое зрение, слияние изображений системы, хедз-ап дисплеи (HUD) и головой вниз основной полет и многофункциональный дисплеи, видеоконцентраторы и другие подсистемы. Видеосистемы используются для руления и помощи при взлете, погрузки грузов, навигация, сопровождение цели, избежание столкновения, и другие важные функции.

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

Обзор протокола ARINC 818

ARINC 818 - точка-точка, 8B / 10B закодировано (или 64B / 66B для более высоких скоростей) последовательный протокол для передачи видео, аудио и данных. Протокол пакетирован, но ориентирован на видео и очень гибок, поддерживая множество сложных функций видео, включая мультиплексирование нескольких видеопотоков по одному каналу или передачу одного потока по двойному каналу. Определены четыре различных класса видео, от простых асинхронных до строгих систем синхронизации пикселей.

Структура пакета ADVB

Кадр ADVB является основным транспортным механизмом для ARINC 818. Важно называть эти пакеты «кадрами ADVB», а не просто «кадрами», чтобы исключить потенциальную путаницу с видеокадрами.

Начало кадра ADVB сигнализируется 4-байтовым упорядоченным набором SOFx и заканчивается 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 происхождение кадра ADVB и предполагаемое место назначения, а также положение кадров ADVB в последовательности. Поле Source ID (SID) в заголовке кадра ADVB позволяет отличать видео с 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. Для обеспечения целостности данных все кадры ADVB имеют 32-битный CRC рассчитывается для данных между SOFx и словом CRC. CRC - это то же вычисление 32-битного полинома, которое определено для Fibre Channel.

Структура контейнера ADVB

Спецификация ARINC 818 определяет «контейнер» как набор кадров ADVB, используемых для передачи видео. Другими словами, видеоизображение и данные инкапсулируются в «контейнер», который охватывает множество кадров ADVB. «Полезная нагрузка» каждого кадра ADVB содержит данные или видео. Внутри контейнера ARINC 818 определяет объекты, содержащие определенные типы данных. То есть определенные кадры ADVB в контейнере являются частью объекта.

Пример того, как ARINC 818 передает цвет XGA дает хороший обзор. Для XGA RGB требуется ~ 141 Мбайт / с передачи данных (1024 пикселя x 3 байта на пиксель x 768 строк x 60 Гц). Добавление служебных данных протокола и гашение время, требуется стандартная скорость соединения 2,125 Гбит / с. ARINC 818 «упаковывает» 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 FC в последовательности содержит данные встроенного заголовка, которые сопровождают каждое видеоизображение.

Каждая видеострока XGA требует 3072 байта, что превышает максимальную длину полезной нагрузки FC, поэтому каждая строка делится на два кадра FC. Для передачи изображения XGA требуется «полезная нагрузка» из 1536 кадров FC. Кроме того, добавлен кадр заголовка ADVB, в результате чего получается 1537 кадров FC. Между кадрами FC необходимы символы ожидания, 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 слияния датчиков, где несколько выходных сигналов датчиков мультиплексируются на одном высокоскоростном канале связи. Функции, добавленные в ARINC 818-2, упрощают использование ARINC 818 в качестве интерфейса датчика.

Спецификация ARINC 818 не определяет, какой физический уровень должен использоваться, и реализации выполняются с использованием как медных, так и оптических кабелей. Хотя в большинстве реализаций используется оптоволокно, в низкоскоростных реализациях ARINC 818 (1,0625 Гбит / с и 2,125 Гбит / с) иногда используется медь (твинаксиальная или STP). Чаще всего используется MM-волокно 850 нм (<500 м) или SM-волокно 1310 нм (до 10 км), однако в России и Индии также использовалось многомодовое волокно 1310. ARINC 818 подходит для приложений, требующих небольшого количества проводников (контактные кольца, турели ), малый вес (аэрокосмический), EMI сопротивление или передача на большие расстояния (аэрокосмическая промышленность, корабли).

Гибкость против взаимодействия

ARINC 818 является гибким и может работать со многими типами приложений для обработки видео и данных. Стандарт заключается в том, чтобы вся реализация сопровождалась небольшим документом управления интерфейсом (ICD), который определяет ключевые параметры заголовка, такие как: скорость канала, разрешение видео, цветовая схема, размер вспомогательных данных, классификация по времени или бит -схемы упаковки. Функциональная совместимость гарантируется только для оборудования, построенного на одном и том же ICD.

Соображения по реализации

ARINC 818 использует физический уровень FC, который может быть построен из любого совместимого с FC 8B / 10B. СерДес, которые распространены в больших ПЛИС.

Передатчики ARINC 818 должны собирать допустимые кадры FC, включая начальные и конечные упорядоченные наборы, заголовки и CRC. Это легко сделать с помощью VHDL государственные машины, и много PLD SerDes включает встроенные вычисления CRC.

Гибкость ARINC 818 позволяет реализовать приемник с использованием либо полных буферов изображения, либо только буферов строки отображения. В любом случае необходимо учитывать проблемы синхронизации на уровне пикселей, линий и кадров.

Буфер строки или ФИФО Приемники на базе требуют, чтобы передатчик соблюдал строгие требования к линейной синхронизации дисплея. Поскольку дисплей горизонтальное сканирование должно быть точным, время прибытия очередей также должно быть точным. ARINC 818 предполагает, что параметры синхронизации, такие как эти, будут захвачены в ICD, специфичном для видеосистемы.

Авторы ARINC 818 опирались на многолетний совместный опыт использования FC для транспортировки различных видеоформатов, и 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, обеспечивающие более высокую скорость передачи данных, поддержку сжатия и шифрования, создание сетей и сложные схемы отображения, такие как связывание каналов, используемое на дисплеях с большой площадью (LAD).

Скорость передачи данных: на момент ратификации исходной спецификации ARINC 818 протокол волоконно-оптического канала поддерживал скорость передачи данных до 8,5 гигабит в секунду (Гбит / с). ARINC 818-2 добавил 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, чтобы приспособить использование высокоскоростного двунаправленного коаксиального кабеля с питанием в качестве физического носителя. Скорость 5 Гбит / с была добавлена, чтобы учесть специфические скорости реализации, поддерживаемые некоторыми ПЛИС. В спецификации также предусмотрены нестандартные скорости передачи для двунаправленного обратного пути для таких приложений, как управление камерой, где не требуются высокоскоростные видеолинии.

Сжатие и шифрование: изначально предполагалось, что ARINC 818 будет передавать только несжатые видео и аудио. Такие приложения, как датчики с высоким разрешением, БПЛА / БПЛА с нисходящей линией связи с ограниченной полосой пропускания и приложения, работающие только с данными, вызвали необходимость сжатия и / или шифрования канала. Придерживаясь философии максимальной гибкости, ARINC 818-2 призывает ICD указать детали реализации для 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 много 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.

Последовательный цвет полей: был добавлен код видеоформата для поддержки последовательного цвета полей. В режиме последовательного цветового поля каждый компонент цвета обычно отправляется в отдельном контейнере.

Связывание каналов: для преодоления ограничений пропускной способности канала связи ПЛИС ARINC 818-2 поддерживает несколько параллельных каналов. Видеокадр разбивается на более мелкие сегменты и передается по двум или более каналам. Каждая ссылка должна передавать полный кадр ADVB с заголовком, а ICD устраняет задержку и перекос между ссылками.

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

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

Смотрите также

Рекомендации

  • 818-1 Avionics Digital Video Bus (ADVB) High Data Speed, опубликованный ARINC 2007
  • ARINC 818 становится новым стандартом протокола для высокопроизводительных видеосистем, журнал COTS, декабрь 2006 г.
  • Объясняя ARINC 818, журнал Avionics, 1 марта 2008 г.
  • Пол Грюнвальд, «Что нового в ARINC 818-2», 32-я Конференция по системам цифровой авионики, Сиракузы, Нью-Йорк, 6–10 октября 2013 г.

внешняя ссылка