ARINC

ARINC概览

AEEC（航空电子工程委员会）是SAE ITC（SAE行业技术联盟）的下属机构之一，旨在为航空业制定标准。SAE ITC下设多个委员会和分委员会，各委员会设工作组负责制定航空电子设备和系统的各种标准。其中，ARINC标准由AEEC制定，为各种航空电子产品之间的形式、匹配和功能标准化提供了行业规范。这就实现了不同制造商的系统之间的互操作性和兼容性，使航空公司和制造商能够灵活地选择和更换自己所需的飞机和控制系统设备（甚至是跨制造商的设备）。如今，世界各地的许多航空公司和公务机都已采用ARINC标准。

ARINC标准和相关解决方案的总体目标是提高效率、生产力和成本效益，并为航空业及其航空电子设备、客舱系统、飞行模拟和培训部门的合作者降低生命周期成本。

 

ARINC标准系列

SAE ITC负责由AEEC制定的ARINC标准的文案和出版事宜。

ARINC标准划分为不同的系列，并进一步分为不同的ARINC标准类别。

400系列 ARINC 500和700系列设备的设计基础。规定安装、布线、总线系统、数据库和通用指令的相关准则。
500系列 模拟航空电子设备。
600系列 ARINC 700系列设备的参考标准。
700系列 定义现代飞机数字系统和设备的形式、匹配、功能和接口。
800系列 定义用于支持网络飞机环境的技术。
900系列 定义用于集成模块化和网络化组件的航空电子设备。

 

ARINC 825背景知识

航空电子数据总线系统多年来一直应用于航空业的电子元件互连。1973年发布的MIL-STD-1553是航空领域首个通用数字通信系统。MIL-STD-1553是一种1Mbit/s冗余多点通信信道，允许所有连接单元之间进行数据交换，所有通信都由冗余主单元调度和控制。MIL-STD-1553是为飞行控制而设计的，因此相对复杂且昂贵。

为了满足要求较低的通信需求，1977年开发了ARINC429。它适用于由一个发射机到最多20个接收器组成的、具有100或12.5 kbit/s的32位数据包的通信网络。从根本上说，它是模拟信号线的数字替代品，为不同的仪表提供传感器数据。CAN是一种多主通信总线，于1988年问世，任何设备都可以与连接到单一通信介质的任何其他设备交换多达8字节的数据。这使得布线更加简单，也为包含可编程微控制器进行大量数据传输提供了便利。

CANaerospace是航空领域CAN使用标准化的首次尝试，它是一套简化航空应用中CAN使用的规则。2007年，AEEC基于CANaerospace、J1939、以太网和其他高层协议编制了第一版ARINC825规范。多年来还进行了一些修改和扩展，但主要变更是在2018年4月将CAN FD纳入了ARINC825-4。

CAN不用于直接控制飞机，也不能替代MIL-STD-1553。虽然可以使用CAN进行飞行控制，但这需要在CAN控制器上面添加大量必要的硬件，以提供与MIL-STD-1553相同的冗余度。不使用CAN的另一个原因是，由于所有设备都连接到单个多主CAN总线，因此总线故障可能导致通信故障和数据丢失。CAN可以用于点对点通信方案，但这不是CAN的常见用途，因此MIL-STD-1553被ARINC664规范所述的以太网取代。除了发送和接收以太网帧的硬件相似之外，ARINC664与以太网相比还具有更多功能。在ARINC中，所有设备都连接到预先配置的交换机，所有流量都已指定和配置。因此，如果不重新配置交换机，则无法添加任何新设备。交换机执行的任务与CAN总线介质相同，如果发生故障，整个网络就会瘫痪。为了解决此问题，所有设备都连接到三个不同的并联交换机上，这样，即使两个交换机发生故障，也保证系统正常工作，因为第三个交换机能够正常工作。

ARINC664使用的以太网非常高效和稳定，但它的设计、测试和维护非常复杂。因此，飞机上不太重要的数据通信通常使用CAN（ARINC825）。这些信息包括来自传感器设备的数据以及除需要较高带宽的视频和音频信息外的所有其他低带宽信息。

由于CAN本身具有的如可靠性、满足任何实时控制系统需求的数据传输速率、故障限制、总线仲裁所需的开销较少等特点，新一代航空系统正在使用CAN进行联网。由于CAN最初是为汽车控制系统和工业自动化设计的，因此将其应用于空客A380、波音787等大型飞机需要增加制造商的集成和维护工作量。这是由于在航空电子系统中使用了大量的物理接口、数据格式和不充分的CAN标识符协调。为了解决此问题，在空客公司、波音公司、通用电气航天公司、罗克韦尔柯林斯公司和Stock Flight Systems公司的联合倡议和参与下，航空电子工程委员会（AEEC）成立了一个技术工作组，负责制定统一的航空CAN标准。到2007年，该工作组在CANaerospace（用于航空电子设备和硬件接口的CAN协议）的基础上编制出版了ARINC 825规范。因此，ARINC 825规范为机载CAN总线协议提供了通用标准化。

 

ARINC 825的特性和优势

现行版ARINC 825规范（2018年9月）补编四采用了CAN FD技术提供的增强功能。其中包括高数据传输速率（4MB）和从8字节增加到64字节的数据包大小，从而使每个CAN帧能容纳更多数据。该规范还包括新的附录，为用户提供制造商ARINC 825合规性、位定时配置、管理信息库（MIB）计数器和CAN总线安全问题等相关信息。

ARINC 825的其他优势还包括：

  1. 提供本地和外部飞机网络之间的便捷连接。
  2. 降低航空电子设备的生命周期成本。
  3. 通过标准化实现最大程度的互操作性和设备间的兼容性。
  4. 由于LRU互换性好，因此维护操作快速灵活。
  5. 每个网络组件（总线用户）在连接时都可进行高度灵活和无冲突的维护操作，包括添加、移除和修改。
  6. 提供单一参数和数据块传输。
  7. 内置错误检测和纠正功能。
  8. 总线设备的集中式跨系统配置以及飞机健康管理。
  9. ARINC 825定义的网关可帮助商用飞机在具有不同带宽和通信机制的各种数据总线上顺利进行数据交换。

 

ARINC 826

该标准被称为“使用CAN接口的软件数据加载器”，它旨在规定一种协议，以简化通过CAN总线向飞机上的LRU（航线可更换单元）和LRM（航线可更换模块）加载航空电子软件的过程。该标准将航空电子软件视为通过CAN总线传输的一系列报文，并定义了报文的字节组织结构。

 

ARINC 825通信方法

CAN是根据ISO 11898-1和ISO 11898-2设计的，仅提供ISO第1层和第2层的定义。而ARINC 825还增加了额外的ISO/OSI第3层、第4层和第6层功能，以满足航空数据传输需求，如高速、大容量、超同步和连续系统监控要求等。这些功能有助于采用合适的通信方法（如逻辑通信通道 (LCC)）和通信模式（如一对多通信 (PTP)、点对点通信 (PTP) 和站点寻址）。

 

ARINC 825和其他CAN标准

ARINC 825是专为航空用途开发的更高层CAN协议，它基于CANaerospace协议，但仅使用扩展的29位标识符。

除协议规范外，它还定义了航空CAN的开发指南，如总线接口、CAN控制器和其他通信机制等。ARINC 825远超出了一般协议规范的范围，它包含用于设计容错CAN航空通信系统的详细信息和参考资料，是一本完整的航空CAN手册。

如今的商用飞机使用CAN作为更复杂、更大容量航空通信主干网的补充总线系统，如ARINC规范664第7部分定义的AFDX（航空电子全双工交换式以太网）。在这种情况下，CAN数据总线用于中低数据传输量，例如连接传感器、执行器等。ARINC 825扩展了CAN的功能，满足了安全/任务攸关型飞行网络的需求。因此，它既可作为补充网络，也可作为完全成熟的航空主干网络。

下表比较了各种基于CAN的航空航天协议，以及每种协议在航空应用中的优缺点（优势和效益方面）。

协议 特点 优缺点
ARINC 825
  • 29位标识符
  • 有效载荷携带多种类型的数据信号
  • 适用于大数据量的高效传输协议
  • 用于定时的定时触发总线调度
  • 与11位标识符相比，29位标识符在低容量数据传输时会产生带宽损耗。在标识符中集成信道/服务/寻址方案可以缓解这种损耗。系统设计人员可通过为每个报文有效载荷传输多个信号来进一步优化带宽使用。
  • 为实现带宽利用率高达 50%的可预测网络提供了系统设计指南。

https://assets.vector.com/cms/content/know-how/_application-notes/canopen/AN-ION-1-0104_CAN-based_protocols_in_Avionics.pdf

Page 4/7

第4/7页
ARINC 826
  • 使用ARINC 825通信
  • 用于软件加载为数据报文的高效传输协议
  • 正常运行时不使用。
  • 通过CAN总线进行下载/上传操作，传输协议能非常有效地促进软件数据的加载。
CANopen
  • 使用11位标识符
  • 单个有效载荷可传输多个信号
  • 高效传输协议
  • 提供多种通信模型，如主/从、客户端/服务器和生产者/消费者。
  • 在简单系统中使用11位标识符可节省带宽。在复杂系统中，可通过每条报文传输多个信号来提高带宽。
  • 正常使用可提供快速响应时间，但事件驱动服务模式导致其不可预测。
CANaerospace
  • 使用11位标识符
  • 通常每个有效载荷只传输一条报文
  • 定时触发总线调度
  • 11位标识符节省带宽。
  • 每条报文传输一个信号，微控制器的执行效率稍高，但会浪费总线带宽。
  • 提供系统设计方法，通过预测网络实现高达50%的带宽利用率。

 

航空业中的ARINC 825

编制ARINC 825的推动力和发起者是空客和波音。其总体目标是为航空业创建统一的CAN标准，并在飞机复杂的通信基础设施中实现不同子系统之间的互操作性。负责编制ARINC 825的AEEC CAN技术工作组的其他成员包括罗克韦尔柯林斯、通用电气航天和Vector Informatik。

作为国际航空标准开发团队的主要参与者，CAN航空联盟（CAN Aviation Alliance）积极推动ARINC 825和CANaerospace航空标准以及其他国际CAN航空项目发展。

它还在全球范围内为ARINC 825系统架构师、供应商、飞机制造商和航空公司等目标群体开发和提供CAN航空产品和服务。该协会成立于2007年，由航空和模拟工业巨头Innovative Control Systems、Stock Flight Systems和Wetzel Technology GmbH共同创立。其主要ARINC 825产品包括：

  • XMC-A825-16 XMC 16通道CAN / CAN FD / 带16个全隔离通道的ARINC-825板。
  • CANflight双信道总线分析仪（CAN、CANaerospace和ARINC 825）
  • PMC-825模块，每个模块具有4个光学隔离或8个非隔离ARINC 825接口。

德国AIM GmbH公司是一家航空电子测试与仿真市场通信和网络组件的领先制造商。该公司开发的ACP825-x是一种用于PCI的ARINC 825测试和仿真模块，具有2个或4个隔离的CAN总线节点。

 

Kvaser和ARINC 825

Kent Lennartsson作为CAN FD专家代表Kvaser参加了为修改ARINC825-3而成立的工作组。该工作组的任务是将CAN FD纳入下一版标准。

Kvaser通讯卡通常与CAN通信标准兼容。一些产品仅支持经典CAN，而新一代产品则同时支持经典CAN和CAN FD，且没有任何限制。Kvaser的CANlib驱动程序软件可以发送和接收任何类型的CAN帧。驱动程序软件提供的这种固有支持要求应用层软件提供必要的功能，包括根据ARINC 825配置CAN帧的“定时触发总线调度”。因此，虽然Kvaser通讯卡产品能够处理任何类型的CAN通信，但系统的整体性能取决于主机的配置和性能。

Kvaser的高速CAN通讯卡支持29位标识符，因此符合ARINC 825 CAN帧传输和接收标准。Kvaser Memorator Pro 2xHS v2 CAN至USB高速通讯卡和数据记录仪符合ARINC 825的定时要求，即“定时触发总线调度”，因而可支持高度同步的CAN传输调度。Memorator具有处理100%总线负载的能力，因此可以记录任何ARINC825设置。通过t编程语言，可以根据ARINC 825中所述的要求对CAN传输进行编程，以符合“定时触发总线调度”。

 

附录

 

附录A – ARINC的历史

ARINC（美国航空无线电公司，位于美国马里兰州安纳波利斯）成立于1929年的私营公司，股东包括多家航空公司、飞机制造商和航空电子设备制造商。该公司旨在为国内外制造商制定适用于航空电子设备和航空航天设备的规范和标准。2013年12月23日，该公司被罗克韦尔柯林斯收购。在此之前开发的ARINC标准的所有权和责任均于2014年转移至SAE ITC的行业项目AEEC。

附录B – 按飞机世代划分的ARINC标准类别

按飞机世代划分的ARINC系列标准类别：

分类标准 配备高速数据网络的飞机 数字飞机和飞行模拟器 模拟飞机和飞行模拟器
ARINC特点 ARINC 700系列

ARINC 900系列

 ARINC 700系列 ARINC 500系列
ARINC规范 ARINC 800系列 ARINC 600系列

ARINC 400系列

 ARINC 400系列
ARINC报告 ARINC 800系列 ARINC 600系列

ARINC 400系列

 ARINC 400系列