Бортовые цифровые информационные интерфейсы

↑

▷ Содержание

Стр 1 из 3Следующая ⇒

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

Примеры малодинамичных параметров.

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

Разряды слова

Синхро-сигнал

Адрес ОУ

Подадрес

Режим управления

Число слов

Команда управления

Контроль четности

Данные

Адрес ОУ

Резерв