Sběrnice ARINC Specification 429, " Mark 33 DITS " Byla schválena a dána do provozu v r. 1987 (ARINC 429-10) a aktualizována v r.1990 (ARINC 429-12) společností ARINC (Aeronautical Radio Inc) USA. Jedná se o jednosměrnou sběrnici se sériovým asynchronním přenosem dat, přenášených pomocí dvou zkroucených izolovaných vodičů, opatřených společným stíněním, které je u každé jednotky uzemněno. Charakteristická impedance vedení je přibližně 75. Kompaktní stínicí opředení vodičů je někdy nahrazeno tzv. twistováním, což je třetí neizolovaný vodič, prokroucený se dvěma přenosovými vodiči. Celé toto uskupení vodičů je izolováno. Prokroucení vodičů minimalizuje rušivé signály vyvolané střídavým magnetickým polem, neboť napětí indukovaná střídavým tokem v jednotlivých smyčkách mají vzhledem k překřížení opačná znaménka a vzájemně se ruší. Maximální délka sběrnice není specifikována, ale při vzdálenostech mezi vysílačem a přijímači větších než 30 m (např. v letadle Boeing 747) přenos bezpečně funguje. Elektrické parametry Informace je přenášena po sběrnici pomocí pravoúhlých napěťových impulsů, jejichž časový průběh na vodičích A (U A ) a B (U B ) je na obr. 7.32. Napěťové úrovně + 5 V a - 5 V jsou vztaženy ke společnému zemnímu potenciálu U A a U B. V. Ve vstupním obvodu přijímací jednotky se v rozdílovém stupni vytvoří výsledný rozdílový signál U V = U A - U B, což je základní tvar v systému ARINC 429, který se dále zpracovává. Tento signál je rovněž generován ve vysílací jednotce a v jejím koncovém stupni převeden na napětí U A a U B. Jedná se o tzv. bipolární RZ (return to zero) modulaci. Při diferenčním způsobu přenosu a zpracování signálu se neuplatní rušivá součtová napětí, která se přes parazitní kapacity sběrnice přičtou k napětím U A a U B. Sběrnice je třístavová a má následující napěťové úrovně signálů U V, U A a U B proti zemnímu potenciálu U 0 = 0 : HI [V] NULL [V] LO [V] LOG 1 bez signálu LOG 0 U V (A - B) +10 ± 1 0 ± 0,5-10 ± 1 U A (A - zem) + 5 ± 0,5 0 ± 0,25-5 ± 0,5 U B (B - zem) - 5 ± 0,5 0 ± 0,25 + 5 ± 0,5 Bitová přenosová rychlost odpovídá podle obr. 1. době trvání jednoho bitu podle vztahu f p -1 1 bit.s ; s (1) T a má hodnoty : a) vysoká rychlost přenosu (HI SPD) 100 kbit/s b) nízká rychlost přenosu (LO SPD) 12-14,5 kbit/s v obou případech s tolerancí ± 1 %.
Obr. 1. Časový průběh signálů Vstupní impedance přijímače Diferenční vstupní odpor přijímače mezi vstupy A a B: R vst AB 12 k s kapacitou maximálně 50 pf Vstupní odpor vstupů A a B proti zemi: R vst A, R vst B 12 k s kapacitou maximálně 50 pf Celkový vstupní odpor zahrnující R vst AB a R vst A, R vst B : R vst 8 k (minimálně 400 pro 20 přijímačů) Výstupní impedance vysílače: Z VYS impedanci vedení. = (75 ± 5), což přibližně odpovídá charakteristické Na jednu sběrnici může být připojeno nejvýše 20 přijímačů tak, aby výskyt běžné závady u jednoho nezpůsobil ztrátu dat ostatních. Předepsaný tvar signálu přenášeného na vodičích A a B je na obr. 2. Obr. 2 Tvar signálu ARINC 429
Parametr Přenos 100 kbit/s Přenos 12-14,5 kbit/s Čas Y 10 s ± 2,5 % ZZ s ± 2,5 %, Z = 1/f p Čas X 5 s ± 5 % Y/2 ± 5 % Doba náběhu 1,5 ± 0,5 s 10 ± 5 s Doba sestupu 1,5 ± 0,5 s 10 ± 5 s Doba náběhu a sestupu hrany impulsu je počítána mezi 10 až 90 % jmenovité hodnoty napětí. Mezní parametry Přijímač: Maximální hodnota napětí U Vmax = 30 V (RMS efektivní hodnota) U = ± 29 V Amax U = ± 29 V Bmax Vysílač: Nesmí dojít k poruše při zkratu vodičů A proti B, A proti zemi, B proti zemi a A i B proti zemi. Přenosový protokol Základním přenosovým prvkem je 32-bitové slovo, jehož obsah je na obr. 3.. Jednotlivé části slova mají následující význam : Obr. 3. Obsah standardního slova v kódu ARINC 429 Bity 1 až 8 Bity 9 až 10 LABEL, návěští. Udává obsah, strukturu a typ dat. Kóduje se oktalově v rozsahu 1 až 377, 0 se nepoužívá. SDI (Source - Destination Information), zdrojem určená informace. V případě, že existuje několik zdrojů se shodným typem dat, udává SDI identifikaci zdroje. Např. u údaje teploty výstupních plynů u letadla s více motory slouží k identifikaci motoru. Platí následující přiřazení: BIT 9 BIT 10 Zařízení č. 1 0 1 0 1 2 1 1 3 0 0 4 spec.
Bitová kombinace SDI 0 0 může být ve spec. případě použita také pro označení všeobecného typu dat, např. frekvence naladění všech přijímačů radiomajáků. Pokud se SDI neudává, mohou být bity 9 a 10 log.0, nebo mohou tvořit součást datového pole. Bity 11 až 29 Datové pole, sloužící k přenosu: a) numerických dat, kódovaných binárně (BNR) b) numerických dat, kódovaných binárně dekadicky (BCD), c) diskrétních dat, d) všeobecných dat a datových souborů, e) AIM (Acknowledgement, ISO Alphabet 5, and Maintenance) dat obsahujících textové informace v kodu ASCII týkající se např. předletového testu, údržby atd., Bity 30 až 31 SSM (Sign/Status Matrix), matice znaménkových/stavových znaků. Význam jednotlivých bitů je v následující tabulce. BIT BNR BCD DISKR. SOUBOR DAT AIM 30 31 0 0 Chybové hlášení 1 0 Data nebyla vypočtena Plus, Sever Východ, Vpravo Do, Nad Data nebyla vypočtena Data ověřena Plus Mezilehlé Data nebyla vypočtena Počáteční slovo Počáteční slovo 0 1 Funkční test Funkční test Funkční test Konečné slovo Konečné slovo 1 1 Normální operace Minus, Jih Západ, Vlevo Od, Pod Chybové hlášení U BNR dat je znaménko vyjádřeno pomocí 29. Bitu Bit 29 Bit 32 0 Plus, Sever, Východ, Vpravo, Do, Nad 1 Minus, Jih, Západ, Vlevo, Od, Pod Minus, Jih Řídící slovo Bit liché parity, který musí mít takovou logickou hodnotu, aby celkový počet jedniček ve slově byl lichý. Pro každý přenášený typ dat je definován minimální a maximální interval mezi jednotlivými přenášenými slovy, který udává tzv. přenosovou rychlost slov.
Postup při kódování v systému ARINC 429 Podle obr. 7.34 se kóduje následovně : 1. LABEL - hodnotu je nutno nalézt ve specifikaci (ARINC 429-12, GAMA, firemní dokumentace zařízení). 2. Kóduje se oktalově každá číslice zvlášť. 3. Po zakódování se první bit zleva (vždy nula) vypustí a pořadí bitů obrátí. 4. SDI se určí podle tabulky uvedené v odstavci "Přenosový protokol". 5. DATA se kódují binárně, oktalově nebo diskrétně podle specifikace uvedené v LABEL. 5.I. Binární kódování dat a) Zjistí se, zda je daná veličina v rozsahu daném specifikací ARINC (odpovídající danému LABEL) b) Absolutní hodnota se dělí rozlišením, podle specifikace daného LABEL. c) Získané číslo se převede do binárního tvaru. d) Binární tvar se doplní zleva nulami na počet míst podle specifikace daného LABEL. e) V případě záporného čísla se všechny bity invertují a k takto získanému výsledku se přičte jedna. f) Výsledek se doplní zprava na 18 bitů. g) Bity 29 až 31 se zapíší podle tabulky v odstavci "Přenosový protokol" 5.II. Kódování dat v kódu BCD a) Zjistí se, zda je daná veličina v rozsahu daném specifikací ARINC (odpovídající danému LABEL). b) Absolutní hodnota se dělí rozlišením, podle specifikace daného LABEL. c) Získané číslo se doplní zleva nulami na počet míst podle specifikace daného LABEL. d) Výsledek se doplní zprava nulami na 5 míst. e) Každá číslice se zakóduje v kódu BCD, prvý bit zleva ve výsledném čísle (podle specifikace vždy nula) se vypouští, takže konečný tvar má 19 bitů. f) Bity 30 a 31 se zapíší podle tabulky v odstavci "Přenosový protokol". 5.III. Diskrétně kódovaná data a) Bity 9 až 31 se kódují podle tabulky odpovídající danému LABEL (většinou není standardizováno, závisí na výrobci). 6. PARITA - lichá.
Příklady kódování v systému ARINC 429 A. Data kódovaná binárně Úkolem je zakódovat tlak oleje motoru č.1 o hodnotě 405 PSI. 1. LABEL dané veličiny je 317. 2. 317 oktalově 011 001 111. 3. Po úpravě 111 100 11. 4. Podle tabulky SDI = 01. 5. Podle LABEL se hodnota kóduje binárně. 5.a) Podle LABEL je rozsah dané veličiny 0 až 4095 PSI, hodnota je v rozsahu. 5.b) Rozlišení = 1, kódovaná hodnota : 405/1 = 405. 5.c) 405 binárně 110010101. 5.d) Podle LABEL se veličina kóduje na 12 bitů. Po doplnění zleva dostaneme 000110010101. 5.e) Hodnota je kladná, datové pole se neinvertuje 000110010101. 5.f) Po doplnění zprava na 18 míst 000110010101000000. 5.g) Bit 29 = 0 (znaménko + ). Bity 30, 31 = 11 (normální operace). 6. Bit 32 = 1 (lichá parita) Konečný tvar: 1 11 0000110010101000000 01 11110011 B. Data kódovaná v kódu BCD Úkolem je zakódovat magnetický kurs o hodnotě 299 stupňů. 1. LABEL dané veličiny je 014. 2. 014 oktalově 000 001 100. 3. Po úpravě 001 100 00. 4. Podle tabulky SDI = 00. 5. Podle LABEL se hodnota kóduje v kódu BCD. 5.Ia) Podle LABEL je rozsah dané veličiny 0 až 360. 5.Ib) Rozlišení = 0.1, kódovaná hodnota : 299/0.1 = 2990. 5.Ic) Podle LABEL doplníme zleva na 4 místa. Po doplnění zleva dostaneme 2990. 5.Id) Po doplnění zprava na 5 míst 29900. 5.Ie) Po zakódování do BCD 0010 1001 1001 0000 0000, po vypuštění 010 1001 1001 0000 0000. 5.If) Bity 30 a 31 = 00 (znaménko +). 6. Bit 32 = 0 (lichá parita). Konečný tvar : 0 00 0101001100100000000 00 00110000.
Zapojení vysílače a přijímacích jednotek v systému ARINC 429 je na obr. 4. Podstatné je spojení stínicího vodiče se zemí na vstupu každé připojené jednotky. Obr. 4 Zapojení sběrnice ARINC 429 Použití sběrnic na některých typech letadel Typ letadla Sběrnice Typ letadla Sběrnice Airbus A 310/A 320 ARINC 429 DeHavilland 8 ASCB Airbus A 330/A 340 ARINC 629 ATR 72 ASCB Boeing 727 CSDB Dessaut Falcon 900 ASCB Boeing 737 ARINC 429 Gulfstream IV ASCB Boeing 747 ARINC 429 McDon.Dg. DC-8 CSDB Boeing 757 ARINC 429 McDon.Dg. MD-11 ARINC 429 Boeing 767 ARINC 429 F 16 MIL STD 1553 A Boeing 777 ARINC 629 F 18 MIL STD 1553 B Bell Helicopter ARINC 429 L 39 ARINC 429 Cessna Citation ASCB L 59 ARINC 429