ARINC 429

Für die Datenübertragung in der Luftfahrtelektronik

Was ist ARINC 429?

ARINC 429, DITS (Digitales Datenübertragungssystem) ist der vorherrschende, technische Standard für die Datenübertragung in der Luftfahrtelektronik, der meist für luxuriösere Verkehrs- und Transportflugzeuge genutzt wird.

ARINC 429 definiert die physikalischen und elektrischen Schnittstellen von Zweidrahtdatabus und einer Protokolldateneinheit zur Unterstützung des lokalen Datennetzwerks der Bordelektronik eines Flugzeugs.

ARINC 429 – Technische Beschreibung

Nachrichten
ARINC 429 ist ein Standard in der Datenübertragung für Flugzeuge in der Luftfahrtelektronik. Selbsttaktung und Eigensynchronisierung des Data Bus Protocols werden genutzt. (Tx und Rx sind an unterschiedlichen Anschlüssen). Die physikalischen Verbindungsdrähte sind miteinander verdreht und leiten ein gewichtetes, ausgeglichenes Signal weiter. Die Datenwörter haben eine 32 Bit Länge und die meisten Nachrichten bestehen aus einem einzigen Datenwort. Die Nachrichten werden mit 12,5 oder 100 kbit/s zu anderen Systemelementen übertragen, welche die Datenbusnachrichten überwachen. Der Transmitter überträgt fortwährend entweder 32-bit Datenwörter oder Nullstellen.
Ein Verbindungsdrahtpaar ist auf einen Transmitter und bis zu 20 Empfänger beschränkt. Das Protokoll erlaubt die Selbsttaktung am Empfängerende, um die Datentaktung zu vermeiden. ARINC 429 ist eine Alternative zu MIL-STD-1553.

Wortformat
Jedes ARINC 429 Wort ist ein 32 Bit Wert, der aus 5 Feldern besteht:

  • Das Bit 32 ist das Paritätsbit und wird benutzt um nachzuprüfen, ob das Wort während der Übertragung nicht beschädigt oder unleserlich gemacht wurde. Jeder ARINC 429 Kanal benutzt normalerweise ungerade Parität, das heißt, dass eine ungerade Zahl an 1 Bits in dem Wort sein muss. Dieses Bit ist bestimmt durch 0 oder 1 um sicherzugehen, dass die richtige Anzahl Bits durch 1 bestimmt ist.
  • Bits 30 bis 31 in Binary Coded Decimal (BCD) oder Bits 29 bis 31 im binären Datenwort sind die Sign/Status Matrix oder SSM. Sie zeigt häufig an, ob die Daten in dem Wort gültig sind.
  • Normal Operation (NO) – Zeigt an, dass die Daten in diesem Wort als korrekt betrachtet werden können
  • Functional Test (FT) – Zeigt an, dass die Daten von einer Prüfquelle bereit gestellt werden
  • Failure Warning (FW) – Zeigt einen Fehler an, der auf fehlende oder unleserliche Daten hinweist
  • No Computed Data (NCD) – Zeigt an, dass die Daten fehlen oder aus irgendeinem Grund fehlerhaft sind. Zum Beispiel, werden hier Autopilot Befehle als NCD und nicht als FW angezeigt, wenn der Autopilot nicht eingeschalten ist
  • Es kann auch das Zeichen (+/-) von Daten angezeigt werden oder irgendwelche anderen Informationen wie zum Beispiel deren Orientierung (Nord/Süd; Ost/West).
  • Bits 11 bis 29 enthalten die Daten. Die Bit Felder Binary Coded Decimal (BCD) und Binary Number Representation (BNR) sind übliche ARINC 429 Datenformate. Die Datenformate können auch vermischt sein.
  • Bits 9 bis 10 sind Source/Destination Identifiers (SDI) und zeigen an für welchen Empfänger die Daten bestimmt sind und häufig auch welches Teilsystem die Daten übertragen hat.
  • Bits 1 bis 8 enthalten ein Label, welches auf der Zahl 8 basiert, um den Datentyp identifizieren zu können. In der Praxis sind die Bits mit den Labels gedreht.

Labels

Die Label Richtlinien sind als Teil der ARINC 429 Ausführung für verschiedene Ausstattungen vorgesehen. Jedes Flugzeug wird eine Anzahl verschiedener Systeme wie beispielsweise, Autopilotsysteme, Luftdatenerfassungssysteme, Radar Höhenmessgerät, Radios, GPS Sensoren enthalten.

Für jeden Ausstattungstyp ist ein Set von Standard Parametern festgelegt, was üblich für alle Modelle und Anfertigungen ist. Zum Beispiel wird jedes Luftdatenerfassungssystem die barometrische Flughöhe als Label 203 liefern. Dies erlaubt zu einem gewissen Grad das Austauschen von bestimmten Teilen, da die meisten Luftdatenerfassungssysteme gleich oder sehr ähnlich funktionieren. Allerdings gibt es nur eine begrenzte Anzahl von Labels, zum Beispiel könnte das Label 203 eine komplett andere Bedeutung haben, wenn es von einem GPS Sensor gesendet werden würde. Sehr häufig gebrauchte Luftfahrt Parameter benutzen jedoch dasselbe Label ohne Rücksicht darauf, von welcher Quelle es stammt. Auch jeder Hersteller hat leichte Abweichungen von der herkömmlichen Norm-Ausführung in seinen Anfertigungen. Beispiele für Abweichungen sind u.a. das Liefern von extra Daten, die nicht in der Norm verankert sind; das Auslassen von empfohlenen Daten der herkömmlichen Ausführung oder andere Veränderungen dieser Art.

ARINC 429 – Schutz vor Empfangsstörungen

Systeme in der Luftfahrttechnik müssen bestimmten Umweltanforderungen genügen, meist den RTCA DO-160 Umweltkategorien. ARINC 429 wendete einige physikalische, elektronische und Protokoll-Technologien an, um die elektromagnetischen Empfangsstörungen mit Bord Radios und anderer Ausstattung zu minimieren. Zum Beispiel mit anderen Übertragungskabeln.

Das verdrehte Kabelpaar ist durch einen elektrischen Widerstand von 78 Ω geschützt. Die ARINC 429 Nachrichtenübertragung ist auf eine Differenz von 10V zwischen Data A und Data B Levels zwischen den bipolaren Transmittern festgelegt. Somit wird dadurch das Erhöhen und Senken der Spannung bestimmt. Zum Beispiel würden 5V auf Data A und -5V auf Data B ein gültiges Signal ergeben.

Das ARINC 429 nutzt eine sich gegenseitig ergänzende, differentiale, bipolare „Return to Zero“ Übertragungswelle (BPRZ) zur Datenentschlüsselung, um die Störstromempfindlichkeit des Kabels an sich zu reduzieren. Das heißt, dass der Pegel für die erste Hälfte der Zeit die Spannung +/-10V hat und für die andere Hälfte 0V.

Werkzeuge zur Entwicklung

Beim Entwickeln und/oder Beheben von Störungen eines ARINC 429 Bus, kann das Untersuchen der Hardware sehr wichtig sein bei der Fehlersuche. Ein Logikanalysator mit der Fähigkeit zur Entschlüsselung eines Codes ist unter anderem ein nützliches Werkzeug um Signale zu sammeln, zu analysieren und zu entschlüsseln, damit die High-speed-Wellenformen sichtbar werden.