ARINC概覽
AEEC(航空電子工程委員會)是SAE ITC(SAE行業技術聯盟)的下屬機構之一,旨在為航空業制定標準。SAE ITC下設多個委員會和分委員會,各委員會設工作組負責制定航空電子設備和系統的各種標準。其中,ARINC標準由AEEC制定,為各種航空電子產品之間的形式、匹配和功能標準化提供了行業規范。這就實現了不同制造商的系統之間的互操作性和兼容性,使航空公司和制造商能夠靈活地選擇和更換自己所需的飛機和控制系統設備(甚至是跨制造商的設備)。如今,世界各地的許多航空公司和公務機都已采用ARINC標準。
ARINC標準和相關解決方案的總體目標是提高效率、生產力和成本效益,并為航空業及其航空電子設備、客艙系統、飛行模擬和培訓部門的合作者降低生命周期成本。
ARINC標準系列
SAE ITC負責由AEEC制定的ARINC標準的文案和出版事宜。
ARINC標準劃分為不同的系列,并進一步分為不同的ARINC標準類別。
400系列 | ARINC 500和700系列設備的設計基礎。規定安裝、布線、總線系統、數據庫和通用指令的相關準則。 |
500系列 | 模擬航空電子設備。 |
600系列 | ARINC 700系列設備的參考標準。 |
700系列 | 定義現代飛機數字系統和設備的形式、匹配、功能和接口。 |
800系列 | 定義用于支持網絡飛機環境的技術。 |
900系列 | 定義用于集成模塊化和網絡化組件的航空電子設備。 |
ARINC 825背景知識
航空電子數據總線系統多年來一直應用于航空業的電子元件互連。1973年發布的MIL-STD-1553是航空領域首個通用數字通信系統。MIL-STD-1553是一種1Mbit/s冗余多點通信信道,允許所有連接單元之間進行數據交換,所有通信都由冗余主單元調度和控制。MIL-STD-1553是為飛行控制而設計的,因此相對復雜且昂貴。
為了滿足要求較低的通信需求,1977年開發了ARINC429。它適用于由一個發射機到最多20個接收器組成的、具有100或12.5 kbit/s的32位數據包的通信網絡。從根本上說,它是模擬信號線的數字替代品,為不同的儀表提供傳感器數據。CAN是一種多主通信總線,于1988年問世,任何設備都可以與連接到單一通信介質的任何其他設備交換多達8字節的數據。這使得布線更加簡單,也為包含可編程微控制器進行大量數據傳輸提供了便利。
CANaerospace是航空領域CAN使用標準化的首次嘗試,它是一套簡化航空應用中CAN使用的規則。2007年,AEEC基于CANaerospace、J1939、以太網和其他高層協議編制了第一版ARINC825規范。多年來還進行了一些修改和擴展,但主要變更是在2018年4月將CAN FD納入了ARINC825-4。
CAN不用于直接控制飛機,也不能替代MIL-STD-1553。雖然可以使用CAN進行飛行控制,但這需要在CAN控制器上面添加大量必要的硬件,以提供與MIL-STD-1553相同的冗余度。不使用CAN的另一個原因是,由于所有設備都連接到單個多主CAN總線,因此總線故障可能導致通信故障和數據丟失。CAN可以用于點對點通信方案,但這不是CAN的常見用途,因此MIL-STD-1553被ARINC664規范所述的以太網取代。除了發送和接收以太網幀的硬件相似之外,ARINC664與以太網相比還具有更多功能。在ARINC中,所有設備都連接到預先配置的交換機,所有流量都已指定和配置。因此,如果不重新配置交換機,則無法添加任何新設備。交換機執行的任務與CAN總線介質相同,如果發生故障,整個網絡就會癱瘓。為了解決此問題,所有設備都連接到三個不同的并聯交換機上,這樣,即使兩個交換機發生故障,也保證系統正常工作,因為第三個交換機能夠正常工作。
ARINC664使用的以太網非常高效和穩定,但它的設計、測試和維護非常復雜。因此,飛機上不太重要的數據通信通常使用CAN(ARINC825)。這些信息包括來自傳感器設備的數據以及除需要較高帶寬的視頻和音頻信息外的所有其他低帶寬信息。
由于CAN本身具有的如可靠性、滿足任何實時控制系統需求的數據傳輸速率、故障限制、總線仲裁所需的開銷較少等特點,新一代航空系統正在使用CAN進行聯網。由于CAN最初是為汽車控制系統和工業自動化設計的,因此將其應用于空客A380、波音787等大型飛機需要增加制造商的集成和維護工作量。這是由于在航空電子系統中使用了大量的物理接口、數據格式和不充分的CAN標識符協調。為了解決此問題,在空客公司、波音公司、通用電氣航天公司、羅克韋爾柯林斯公司和Stock Flight Systems公司的聯合倡議和參與下,航空電子工程委員會(AEEC)成立了一個技術工作組,負責制定統一的航空CAN標準。到2007年,該工作組在CANaerospace(用于航空電子設備和硬件接口的CAN協議)的基礎上編制出版了ARINC 825規范。因此,ARINC 825規范為機載CAN總線協議提供了通用標準化。
ARINC 825的特性和優勢
現行版ARINC 825規范(2018年9月)補編四采用了CAN FD技術提供的增強功能。其中包括高數據傳輸速率(4MB)和從8字節增加到64字節的數據包大小,從而使每個CAN幀能容納更多數據。該規范還包括新的附錄,為用戶提供制造商ARINC 825合規性、位定時配置、管理信息庫(MIB)計數器和CAN總線安全問題等相關信息。
ARINC 825的其他優勢還包括:
- 提供本地和外部飛機網絡之間的便捷連接。
- 降低航空電子設備的生命周期成本。
- 通過標準化實現最大程度的互操作性和設備間的兼容性。
- 由于LRU互換性好,因此維護操作快速靈活。
- 每個網絡組件(總線用戶)在連接時都可進行高度靈活和無沖突的維護操作,包括添加、移除和修改。
- 提供單一參數和數據塊傳輸。
- 內置錯誤檢測和糾正功能。
- 總線設備的集中式跨系統配置以及飛機健康管理。
- ARINC 825定義的網關可幫助商用飛機在具有不同帶寬和通信機制的各種數據總線上順利進行數據交換。