Бортовые цифровые информационные интерфейсы

Бортовые цифровые информационные интерфейсы

Общая характеристика интерфейсов

Интерфейсы систем бортового оборудования обеспечивают информационное взаимодействие отдельных систем, блоков и модулей между собой и другим бортовым оборудованием.

Интерфейс – совокупность логических и физических принципов связи (взаимодействия) отдельных компонентов технических систем. Интерфейс представляет собой правила и алгоритмы обмена данными ( логический интерфейс) и комплекс физических, механических и функциональных характеристик средств подключения (физический интерфейс).

 

Интерфейсы используются на разных структурных уровнях:

• внутри электронных блоков системы для соединения функциональных устройств и модулей;

• внутри системы для соединения блоков между собой;

• в локальных бортовых и глобальных сетях передачи данных.

 

Основные требования к интерфейсам

К интерфейсам бортового оборудования предъявляют основные требования:

• работа в реальном масштабе времени;

• высокая помехоустойчивость, устойчивость к отказам;

• детерминизм – задержка передачи важной информации должна быть предсказуема и невелика;

• работа в неблагоприятных внешних условиях температур, вибраций, ударов и других внешних факторов, возникающих на борту;

• возможность контроля состояния, простота технического обслуживания;

• легкость изменения состава и конфигурации устройств.

 

Режим передачи информации

 

Симплексный режим                                        Полудуплексный режим

 

Дуплексный режим                            Мультиплексный режим

 

В симплексном режиме только один из двух блоков может инициировать в любой момент времени передачу информации по интерфейсу.

В полудуплексном режиме любой из блок может начать передачу информации другому, если линия связи свободна.

В дуплексном режиме каждый блок может начать передачу информации другому в произвольные моменты времени, используя для этого раздельные линии интерфейса.

В мультиплексном режиме в каждый момент времени связь может быть осуществлена между любой парой блоков в одном направлении.

 

Среда передачи

Витая пара – два сплетенных медных провода, в общей металлизированной оплетке, которая служит экраном. Свивание проводников производится с целью уменьшения электромагнитных помех от внешних источников, а также взаимных наводок при передаче дифференциальных сигналов.

 

 

Коаксиальный кабель (соосный) – электрический кабель, состоящий из расположенных соосно центрального проводника и экрана, медный провод внутри пластиковой оболочки, покрытой металлизированной оплеткой, служащей вторым проводом.

Обычно служит для передачи высокочастотных сигналов.

 

Волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС) – данные передаются внутри прозрачной среды кабеля в виде световых импульсов. Волоконно-оптические линии имеют следующие преимущества перед медным кабелем:

• сигнал слабо затухает – можно передавать его на расстояния до 50 км;

• скорость передачи до 40 Гбит/с, на два порядка выше, чем по проводу;

• сигнал не создает помех другим системам и сам не подвержен воздействию электромагнитных помех;

• многоканальность – по одному кабелю можно передавать более 1000 каналов со сжатыми видеоизображениями, аудиосигналами и информацией датчиков;

• оптическая линия так же гибка и прочна, как коаксиальный кабель, но безопасней его при чрезвычайных обстоятельствах (устойчивей к огню, топливу).

 

Недостатки оптических линий – высокая стоимость, сложность установки и техобслуживания.

 

 

Электрический сигнал поступает на передатчик – трансивер, который преобразует электрический сигнал в световой импульс, который через оптический соединитель подается в оптический кабель. В месте приема оптический кабель с помощью оптического соединителя подключатся к приемнику – трансиверу, преобразующему пучок света в электрический сигнал.

 

Основные интерфейсы, применяемые в авиационном оборудовании

Загрузка кодовой линии

Каждая вычислительная система на борту формирует в реальном времени десятки, а то и сотни параметров для передачи в другие системы. Период обновления параметра зависит от динамики его изменения. В стандарте ARINC 429 приведены требования к кодированию каждого параметра и к периоду обновления для обеспечения условий безопасности полета. В таблице приведены отдельные параметры из общего списка с указанием периода обновления.

Примеры высокодинамичных параметров

Адрес	Параметр	Период обновленния, мс
324, 325	Угол тангажа, крена	20
333	Нормальное ускорение	20
312	Путевая скорость	50
313	Путевой угол истинный	50
220	Баровысота в метрах	62,5
212	Скорость вертикальная	62,5
206	Скорость приборная	125
205	Число М	125

Примеры малодинамичных параметров.

Адрес	Параметр	Период обновленния, мс
310, 311	Географическая широта, долгота	200
50	Заданный путевой угол	333
233	Температура наружного воздуха	500

 

Для определения загрузки линии связи необходимо подсчитать количество информационных слов, передаваемых в кодовую линию за 1 секунду (1000 мс). Каждая система формирует и передает информационные слова с разным периодом обновления. Количесво слов в линии определяется по формуле:

где: T_i – период обновления параметра, измеряется в мс.

  K_i – количество слов в линии с периодом обновления T_i.

Выбор скорости передачи системы выполняется на основе анализа объема количества слов в линии.

 

 

Пример 1

Расчитать и выбрать скорость передачи в кодовой линии связи, если:

• 20 слов с периодом обносления 20 мс

• 15 слов с периодом обносления 50 мс

• 30 слов с периодом обносления 125 мс

• 10 слов с периодом обносления 200 мс

 

K₁ = 20, Т₁ = 20 мс

K₂ = 15, Т₁ = 50 мс

K₃ = 30, Т₁ = 125 мс

K₄ = 10, Т₁ = 200 мс

 

 

 

Из трех скоростей передатчика V ₁=12,5 Кбит/с, V ₂=50 Кбит/с, V ₃=100 Кбит/с для указанной загрузки кодовой линии передатчик необходимо настроить на скорость V ₃=100 Кбит/с.

 

Стандарт MIL-STD-1553 (MIL-STD-1553B) мультиплексный канал информационного обмена МКИО – стандарт Министерства обороны США, распространяется на магистральный последовательный интерфейс с централизованным управлением, применяемый в комплексах электронных модулей бортовой авионики военных и гражданских системах.

Особенностью интерфейса МКИО является двойная избыточная линия передачи информации, полудуплексный протокол «команда-ответ» до 31 удалённого абонента. Каждая линия управляется своим контроллером канала.

 

Состав мультиплексной шины MIL-STD-1553B:

• два канала А и В (основной и резервный);

• контроллер шины;

• оконечные устройства;

• монитора канала.

 

Контроллер является инициатором всех сообщений по этой шине:

• оперирует командами из списка в своей внутренней памяти;

• командует оконечным устройствам послать или принять сообщения;

• обслуживает запросы, получаемые от оконечных устройств;

• фиксирует и восстанавливает ошибки;

• поддерживает историю ошибок.

 

Оконечными устройствами являются все элементы оборудования, подключенные к МКИО и имеющие аппаратные интерфейс для:

• организации взаимодействия шины и подключаемой подсистемы;

• организации моста между двумя шинами.

 

Монитор канала выполняет мониторинг и запись транзакций по шине для последующего анализа, без вмешательства во взаимодействие контроллера и оконечных устройств.

 

 

Передача информации в МКИО осуществляется последовательным цифровым кодом с выделением синхронизирующих сигналов из передаваемого кода. Для передачи информации используются биполярные двухуровневые фазоманипулированные сигналы без возвращения к нулю, так называемый код «Манчестер II».

Применение таких сигналов обеспечивает максимальное отношение сигнал-шум, соответственно уменьшается вероятности ошибочного приема отдельного бита информации.

Принимающее и передающее оконечные устройства подключаются к шине с использованием трансформаторной развязки. Это уменьшает влияние короткого замыкания и добавляет уверенности, что ток шины не течёт по корпусу самолёта.

Тактируемая скорость (электрическая скорость) в канале составляет 1 Мбит/с. Амплитуда входного напряжения передатчика составляет 18-27 В.

Информация передается 20-разрядными словами. Каждое слово состоит из синхросигнала, 16 информационных разрядов и разряда контроля четности. В состав сообщений могут входить три типа слов: командные, информационные и ответные.

 

Командные слова выдаются только контроллером и содержат информацию для организации цикла обмена и имеют структуру:

• синхросигнал – настройка приемника на прием слова;

• адрес оконечного устройства (ОУ). Каждому ОУ присваивается 5-разрядный адрес (от 0 до 31);

• признак «прием/передача» указывает оконечному устройству, какая операция требуется – передача («0») или прием («1»);

• подадрес/режим управления – идентификация передаваемой информации;

• число слов/команда управления – количество слов, принимаемых или выдаваемых в одном сообщении.

 

Информационные слова содержат текущие значения параметров (16 разрядов).

Информационное слово начинается с синхросигнала, но в этом слове синхросигнал противоположен по фазе синхросигналу командного слова, следом за синхросигналом в 16 разрядах передается информация двоичным кодом и первым передается старший значащий разряд.

 

Ответные слова содержат поле адреса ОУ и различные признаки.

Формат слова