ARINK 818

ARINC 818: Avionics Digital Video Bus (ADVB) to interfejs wideo i standard protokołu opracowany z myślą o wysokiej przepustowości, małych opóźnieniach i nieskompresowanej cyfrowej transmisji wideo w systemach awioniki . Standard, który został wprowadzony w styczniu 2007 r., został udoskonalony przez ARINC i społeczność lotniczą, aby sprostać surowym wymaganiom cyfrowego wideo o wysokiej wydajności. Specyfikacja została zaktualizowana, a ARINC 818-2 został wydany w grudniu 2013 roku, dodając szereg nowych funkcji, w tym szybkości łącza do 32-krotnej szybkości kanału światłowodowego, łączenie kanałów, przełączanie, sekwencyjny kolor pól, sterowanie dwukierunkowe i tylko dane spinki do mankietów.

ARINC 818-3 został wydany w 2018 roku. Ta wersja wyjaśniła szybkości kodowania 8b / 10b w porównaniu z szybkościami kodowania 64b / 66b, a także wyjaśniła kilka kwestii.

Mimo uproszczenia, ADVB zachowuje atrybuty Fibre Channel, które są korzystne dla aplikacji o znaczeniu krytycznym: wysoka prędkość / wysoka niezawodność / małe opóźnienie / elastyczność / wysoka wydajność / nieskompresowana cyfrowa transmisja wideo

Korzyści z ARINC 818 (ADVB):

  • Niskie koszty ogólne
  • Transmisja sygnałów wideo w czasie rzeczywistym z dużą szybkością transmisji danych (duża przepustowość)
  • Małe opóźnienia
  • Nieskompresowana cyfrowa transmisja wideo
  • Elastyczność — niezwiązana z żadną warstwą fizyczną ani formatem wideo
  • Możliwość standaryzacji szybkich systemów wideo
  • Wysoka niezawodność — dostępne 2 warstwy sprawdzania błędów
  • Możliwość pracy w sieci
  • Wiele strumieni wideo na jednym łączu
  • Zdefiniowano wiele klas czasowych
  • Nadaje się do zastosowań o znaczeniu krytycznym (do DAL A)

Tło

W samolotach coraz więcej informacji jest dostarczanych w postaci obrazów, które przed dotarciem do wyświetlaczy w kokpicie przechodzą przez złożony system wideo. Systemy wideo obejmują: podczerwieni i inne długości fal, kamery optyczne, radary , rejestratory lotu , systemy map/wykresów, wizje syntetyczne , systemy fuzji obrazów , wyświetlacze przezierne (HUD) i główne wyświetlacze lotu i wielofunkcyjne wyświetlacze przezierne, koncentratory wideo, i inne podsystemy. Systemy wideo są używane do wspomagania kołowania i startu, ładowania ładunku, nawigacji , śledzenia celu, unikania kolizji i innych krytycznych funkcji.

ARINC 818 (ADVB) to protokół Fibre Channel (FC) oparty na FC-AV (Fibre Channel Audio Video, zdefiniowany w normie ANSI INCITS 356-2002), który był szeroko stosowany w systemach wideo w modelach F- 18 i C- 130 AMP . Chociaż FC-AV był używany w wielu programach, każda implementacja była wyjątkowa. ARINC 818 zapewnia możliwość standaryzacji szybkich systemów wideo i od tego czasu został przyjęty przez wiele głośnych komercyjnych i wojskowych programów lotniczych, w tym A400M, A350XWB, B787, KC-46A, C-130, KF-X, Comac C919 i wiele innych programów. ARINC 818 jest również powszechny w zestawach awioniki, takich jak Proline Fusion firmy Rockwell Collins i TopDeck firmy Thales.

Omówienie protokołu ARINC 818

ARINC 818 (Avionics Digital Video Bus) to szeregowy protokół typu punkt-punkt z kodowaniem 8b/10b (lub 64B/66B dla wyższych prędkości) do transmisji obrazu, dźwięku i danych. Protokół jest pakietowany, ale jest zorientowany na wideo i bardzo elastyczny, obsługując szereg złożonych funkcji wideo, w tym multipleksowanie wielu strumieni wideo na pojedynczym łączu lub transmisję pojedynczego strumienia przez podwójne łącze. Zdefiniowano cztery różne klasy synchronizacji wideo, od prostych systemów asynchronicznych do rygorystycznych systemów synchronicznych pikseli.

ARINC 818 (ADVB) jest jednokierunkowy i nie wymaga uzgadniania.

ARINC 818 (ADVB) ma 15 zdefiniowanych prędkości — od 1 Gbit/s do 28 Gbit/s.

Każdy projekt ADVB wymaga dokumentu kontroli interfejsu (ICD). Wspólny dla wszystkich członków projektu, ICD zapewnia interoperacyjność, zmniejsza skalę wdrożenia i określa:

  • Formaty wideo dla projektu
  • Dane osadzone (dane pomocnicze)
  • Czas wideo i linii
  • Format pikseli
  • Klasa synchronizacji

Struktura pakietów ADVB

Ramka ARINC 818 (ADVB) jest podstawowym mechanizmem transportowym dla ARINC 818. Ważne jest, aby określać te pakiety jako „ramki ADVB”, a nie po prostu „ramki”, aby wyeliminować potencjalne pomyłki z ramkami wideo.

Początek ramki ADVB jest sygnalizowany przez uporządkowany zestaw 4-bajtowy SOFx i zakończony zestawem uporządkowanym EOFx. Każda ramka ADVB ma standardowy nagłówek Fibre Channel składający się z sześciu 32-bitowych słów. Te słowa nagłówka odnoszą się do takich rzeczy, jak początek ramki ADVB i zamierzone miejsce docelowe oraz pozycja ramek ADVB w sekwencji. Pole Identyfikator źródła (SID) w nagłówku ramki ADVB umożliwia odróżnienie wideo z każdego czujnika od innych czujników.

„Ładunek” zawiera wideo, parametry wideo lub dane pomocnicze. Ładunek może mieć różny rozmiar, ale jest ograniczony do 2112 bajtów na ramkę ADVB. Aby zapewnić integralność danych, wszystkie ramki ADVB mają 32-bitowe CRC obliczone dla danych między SOFx a słowem CRC. CRC to to samo 32-bitowe obliczenie wielomianowe, które jest zdefiniowane dla Fibre Channel.

Struktura kontenera ADVB

Specyfikacja ARINC 818 (ADVB) definiuje „kontener” jako zestaw ramek ADVB używanych do przesyłania wideo. Innymi słowy, obraz wideo i dane są umieszczane w „kontenerze”, który obejmuje wiele ramek ADVB. „Ładunek” każdej ramki ADVB zawiera dane lub wideo. W kontenerze ARINC 818 definiuje obiekty, które zawierają określone typy danych. Oznacza to, że niektóre ramki ADVB w kontenerze są częścią obiektu.

Przykład tego, jak ARINC 818 transmituje kolor XGA, zapewnia dobry przegląd. XGA RGB wymaga transferu danych ~141M bajtów/s (1024 piksele x 3 bajty na piksel x 768 linii x 60 Hz). Dodając narzut protokołu i wygaszania , wymagana jest standardowa szybkość łącza 2,125 Gb/s. ARINC 818 „pakietuje” obrazy wideo do ramek Fibre Channel. Każda ramka FC zaczyna się od uporządkowanego 4-bajtowego zestawu, zwanego SOF (początek ramki), a kończy się EOF (koniec ramki), dodatkowo 4-bajtowy CRC jest dołączany dla integralności danych. Ładunek pierwszej ramki ADVB w sekwencji zawiera dane nagłówka kontenera, które towarzyszą każdemu obrazowi wideo.

Każda linia wideo XGA wymaga 3072 bajtów, co przekracza maksymalną długość ładunku FC, więc każda linia jest podzielona na dwie ramki ADVB. Transport obrazu XGA wymaga „ładunku” 1536 klatek FC. Dodatkowo dodawana jest ramka nagłówka ADVB, co daje w sumie 1537 ramek FC. Bezczynne znaki są wymagane między ramkami FC, ponieważ są używane do synchronizacji między nadajnikami i odbiornikami.

Aplikacje

Chociaż protokół ARINC 818 został opracowany specjalnie do zastosowań w awionice, protokół ten jest już używany w aplikacjach łączenia czujników, w których wiele wyjść czujników jest multipleksowanych w jednym szybkim łączu. Funkcje dodane w ARINC 818-2 ułatwiają używanie ARINC 818 jako interfejsu czujnika.

Specyfikacja ARINC 818 nie określa, która warstwa fizyczna ma być używana, a implementacje są wykonywane przy użyciu zarówno miedzi, jak i światłowodu. Chociaż większość implementacji wykorzystuje światłowód, implementacje ARINC 818 o niskiej szybkości (1,0625 Gbp do 6,375 Gb/s) czasami wykorzystują miedź (twinax, TSP lub koncentryczny). Najczęściej stosuje się światłowód 850 nm MM (<500m) lub 1310 nm SM (do 10 km). ARINC 818 nadaje się do zastosowań, które wymagają niewielkiej liczby przewodników ( pierścienie ślizgowe , wieżyczki ), małej wagi (lotnictwo), odporności na zakłócenia elektromagnetyczne lub transmisji na duże odległości (lotnictwo, statki).

Elastyczność a interoperacyjność

ARINC 818 jest elastyczny i może pomieścić wiele typów aplikacji wideo i danych. Intencją standardu jest, aby każdej implementacji towarzyszył mały dokument kontroli interfejsu (ICD), który definiuje kluczowe parametry nagłówka, takie jak: prędkość łącza, rozdzielczość wideo, schemat kolorów, rozmiar danych pomocniczych, format pikseli, klasyfikacja taktowania lub schematy pakowania bitów. Interoperacyjność jest gwarantowana tylko w przypadku sprzętu zbudowanego dla tego samego ICD.

Uwagi dotyczące implementacji

ARINC 818 wykorzystuje warstwę fizyczną FC, którą można zbudować z dowolnego kompatybilnego z FC układu 8b/10b SerDes , który jest powszechny w dużych układach FPGA .

Nadajniki ARINC 818 muszą składać prawidłowe ramki FC, w tym początkowe i końcowe zamówione zestawy, nagłówki i CRC. Można to łatwo zrobić za pomocą maszyn stanu VHDL , a wiele PLD SerDes zawiera wbudowane obliczenia CRC.

Elastyczność ARINC 818 pozwala na implementacje odbiorników przy użyciu pełnych buforów obrazu lub tylko buforów linii wyświetlacza. W obu przypadkach należy wziąć pod uwagę problemy z synchronizacją na poziomie piksela, linii i klatki.

Bufor liniowy lub odbiorniki oparte na FIFO będą wymagały, aby nadajnik przestrzegał ścisłych wymagań taktowania linii wyświetlacza. Ponieważ poziome skanowanie wyświetlacza musi być precyzyjne, czas przybycia linii również będzie musiał być precyzyjny. ARINC 818 ma na celu przechwycenie takich parametrów synchronizacji w ICD specyficznym dla systemu wideo.

Autorzy ARINC 818 oparli się na wieloletnim połączonym doświadczeniu w używaniu FC do przesyłania różnych formatów wideo, a kluczowe szczegóły implementacji są zawarte w specyfikacji, w tym przykłady popularnych formatów analogowych.

Aktualizacje ARINC 818-2

ARINC 818-2, ratyfikowany w grudniu 2013 r., dodaje funkcje umożliwiające obsługę wyższych szybkości łącza, obsługę kompresji i szyfrowania, tworzenie sieci i zaawansowane schematy wyświetlania, takie jak łączenie kanałów stosowane w wyświetlaczach wielkopowierzchniowych (LAD).

Szybkości łącza: w czasie ratyfikacji oryginalnej specyfikacji ARINC 818 protokół kanału światłowodowego obsługiwał szybkości łącza do 8,5 gigabitów na sekundę (Gb/s). ARINC 818-2 dodał szybkości 5,0, 6,375 (FC 6x), 12,75 (FC 12x), 14,025 (FC 16x), 21,0375 (FC 24x) i 28,05 (FC 32x) Gb/s. Prędkości 6x, 12x i 24x zostały dodane, aby dostosować się do użycia szybkiego, dwukierunkowego kabla koncentrycznego z mocą jako medium fizycznego. Specyfikacja przewiduje również niestandardowe szybkości łącza dla dwukierunkowej ścieżki zwrotnej do zastosowań takich jak sterowanie kamerami, w których nie są wymagane szybkie łącza wideo.

Kompresja i szyfrowanie: pierwotnie ARINC 818 miał przenosić tylko nieskompresowane wideo i audio. Aplikacje takie jak czujniki o wysokiej rozdzielczości, UAV/UAS z łączami w dół o ograniczonej przepustowości oraz aplikacje obsługujące tylko dane spowodowały konieczność kompresji i/lub szyfrowania łącza. Trzymając się filozofii maksymalnej elastyczności, ARINC 818-2 wzywa ICD do określenia szczegółów implementacji kompresji i szyfrowania. Protokół ARINC 818 nie zapewnia środków do kompresji i szyfrowania, po prostu zapewnia flagi wskazujące, że ładunek jest skompresowany lub zaszyfrowany.

Przełączanie: ARINC 818 został zaprojektowany jako protokół punkt-punkt. Ponieważ wiele nowszych implementacji ARINC 818 ma wiele wyświetlaczy i / lub wiele kanałów ARINC 818 (10 lub więcej), przełączanie stało się ważniejsze. Nowa specyfikacja wymaga, aby aktywne przełączanie mogło odbywać się tylko między ramkami. W efekcie, aby zapobiec przerwaniu klatek wideo, przełącznik musi czekać do wygaszenia pionowego. Ponownie, ICD kontroluje szczegóły implementacji.

Kolor sekwencyjny pól: Dodano kod formatu wideo w celu obsługi koloru sekwencyjnego pól. Tryb sekwencyjny pól kolorów zwykle wysyła każdy składnik koloru do osobnego pojemnika.

Łączenie kanałów: Aby przezwyciężyć ograniczenia przepustowości łącza FPGA, ARINC 818-2 obsługuje wiele łączy równoległych. Klatka wideo jest dzielona na mniejsze segmenty i przesyłana dwoma lub więcej łączami. Każde łącze musi przesyłać kompletną ramkę ADVB z nagłówkiem, a ICD adresuje opóźnienie i pochylenie między łączami.

Łącza tylko do danych: ARINC 818-2 zapewnia łącza tylko do danych, zwykle używane w kanałach dowodzenia i kontroli, takie jak te potrzebne do dwukierunkowych interfejsów kamer. Mogą one wykorzystywać standardową szybkość łącza lub niestandardową szybkość określoną przez ICD.

Obszary zainteresowania: Protokół ARINC 818-2 zapewnia środki do definiowania częściowych obrazów, kafelkowania i obszaru zainteresowania, które są ważne dla szybkich czujników i wyświetlaczy stereo.

Aktualizacje ARINC 818-3

  • Definiuje tryb emulacji wyświetlacza dla sprzętu testowego
  • Dodaje nowy materiał opisujący budżet opóźnień dla urządzeń ARINC 818 używanych w trybach nadawania i odbioru
  • 10 Gbit/s jako najwyższa prędkość magistrali zakodowanej w standardzie 8b/10b
  • Dodaje kodowanie 64B/66B dla prędkości 12Gbit/s i wyższych
  • Obsługuje prędkości magistrali 28,05 Gbit/s (FC32X) przy użyciu kodowania 256B/257B lub 64B/66B
  • Ogólnie rzecz biorąc, ta rewizja pozwoli na technologie, takie jak wyświetlacze 4K i 8K, kokpity bez okien, VR oraz czujniki i kamery o dużej przepustowości wokół samolotu

Zobacz też

  • 818-1 Avionics Digital Video Bus (ADVB) High Data Rate, opublikowane przez ARINC 2007
  • ARINC 818 staje się nowym standardem protokołów dla wysokowydajnych systemów wideo, COTS Journal, grudzień 2006
  • Wyjaśnienie ARINC 818, Avionics Magazine 1 marca 2008
  • Paul Grunwald, „Co nowego w ARINC 818-2”, 32. konferencja Digital Avionics Systems, Syracuse, Nowy Jork, 6–10 października 2013 r.

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=ARINC_818&oldid=1078654142 ”