Le protocole AFDX/ARINC 664

Le protocole AFDX/ARINC 664
Pascal Berthou
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Antécédents
Depuis l’entrée en service de l’A320 en 1998
La commande «fly-by-wire» s’impose dans les nouvelles construction
aéronautique.
De nombreux systèmes de vol nécessitent des communications hauts
débits et fiables.
Les systèmes de contrôle et avionique nécessitent en particulier :
Des informations complètes, à jours et reçues en temps réel de la source a
la destination.
L’existant en réseau embarqué (ARINC 429 - 100 kbps max) n’offre pas
de hauts débits
AFDX, initié par Airbus, apparaît alors avec l’A380 pour offrir du
haut débit, réduire le câblage, tout en respectant les contraintes
aéronautique.
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What is AFDX ?
AFDX : Avionics Full-DupleX
switched Ethernet
Standard : electrical and protocol
specifications
(802.3 & arinc 664, Part 7)
Pour les échanges de données
entre sous systèmes avioniques
Principale caractéristique :
Basé sur Ethernet,
Appelé aussi Ethernet renforcé,
Ethernet embarqué, …
Avionic Subsystem : The traditional Avionics
Subsystems on board an aircraft, such as the flight
control computer, global positioning system, tire
pressure monitoring system, etc.
AFDX Endsystem : "interface" between the Avionics
Subsystems and the AFDX Interconnect. Guarantee a
secure and reliable data interchange with other
Avionics Subsystems.
AFDX Interconnect : A full-duplex, switched Ethernet
interconnect.
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Other Avionics Buses
ARINC 429
MIL-STD 1553
ARINC 429 implements a single-source, multi-drop
bus with up to 20 receivers (see Figure 2).
Messages consist of 32-bit words with a format
that includes five primary fields. The Label field
determines the interpretation of the fields in
the remainder of the word, including the
method of translation. The point to multi-point
property of ARINC 429 requires the Avionics
system to include an ARINC 429 bus for each
pairwise communication. Refer to the Condor
Engineering ARINC Tutorial for more details.
MIL-STD-1553 (see Figure 3) implements a bus
architecture in which all the devices attached
to the bus are capable of receiving and
transmitting data. The Avionics subsystems
attach to the bus through an interface called a
remote terminal (RT). The Tx and Rx activity of
the bus is managed by a bus controller, that
acts to ensure that no two devices ever
transmit simultaneously on the bus. The
communication is half duplex and
asynchronous. For more information, refer to
the Condor Engineering “MIL-STD-1553
Tutorial”
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Couche Physique
Eviter les collisions
Cablage 2 paires torsadées (Tx+Rx)
liens full duplex pour éviter les
collisions sur le cable.
Ethernet switché : pas de collision
dans switch (buffurisation).
Architecture store & forward
Redondance
Il y a deux switchs et deux réseaux
différents
Les entités d’extrémité sont en
charge de supprimer les paquets
dupliqués.
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Couche Application
Héritée de la norme ARINC 653
Interface de Communication assez simple basée sur la notion de Port
Send_Msg(port_ID, message); Recv_Msg(port_ID, message)
Une application est associée à un ou plusieurs ports par lesquels elle communique
2 types de services (ports) sont définis :
Port d'échantillonnage : Le receveur à une mémoire par port qui est remise à jour (écrasée)
à chaque réception d’un nouveau message (variable). Un indicateur de rafraîchissement est
associé.
Port à mémoire : Les messages reçus sont mis en file d’attente.
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Couche Application
Envoi de message
L'émission d’une donnée sur un port source génère la réception sur un ou
plusieurs ports destination préalablement configurés et fixés dans le switch.
Il n’y a qu’un seul émetteur pour un groupe de ports associés
(1 TX/ n Rx).
Notion hérité de ARINC 429 multi-drop bus
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Couche Application
ARINC 664 définit 2 types de formats de messages :
Messages explicites contenant la description du format du message
Messages implicites respectant le formalisme ci dessous, qui permet une compatibilité avec
ARINC 429 :
- les quadruplets Functionnal Status (FS) sont optionnels et répétables. Leurs valeurs sont
(No Data, Normal Operation, Functional Test, and No Computed Data).
- Les données correspondent aux FS.
Mapping ARINC 429->664
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Couche Mac
Notion de Liens Virtuels
Les «groupes de ports» sont en fait gérés au niveau 2 par une technique de liens virtuels
(proche des VLANs).
Les trames Ethernet sont commutées dans le switch en fonction d’un identificateur de lien
virtuel contenu dans l’@ MAC destination et d’une table de commutation pré-configurée dans
le switch.
Il n’y a qu’un seul émetteur par lien virtuel.
Isolation des liens virtuels
Cette notion va plus loin mettant en œuvre un mécanisme d’isolation de trafic entre les flux.
Le switch garanti qu’un flux ne perturbera pas un autre.
Pour cela, chaque Lien Virtuel définit deux paramètres
qui seront contrôlés par le switch et garantissent la
conformité du flux.
Bandwidth Allocation Gap (BAG) : Définit un espace inter-trame
dont la valeur comprise entre 1 et 128 milliseconde.
Lmax : Taille maximale de trame dans le lien virtuel
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Couche Mac
Choix du BAG & Lmax
Exemple d’une application envoyant des 3 messages différents sur
groupe de 3 ports. La fréquence d'échantillonnage est 10 Hz, 20 Hz, 40
Hz. La fréquence est messages comibnés est 70 Hz, soit une période
d'émission de 14,4 ms.
Le choix du BAG se fait en 2n ms : valeur la plus proche = 8ms. Cette
valeur est suffisante, à charge ensuite à l’émetteur de respecter ce
contrat.
Si tous les BAG et Lmax sont bien choisis, en fonction des algorithmes
d'ordonnancement mis en place les contraintes temps réel pourront
être garanties.
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Couche Mac - Ordonnancement
Chaque interface AFDX (chez l’émetteur) est
munis d’ un régulateur/multiplexeur chargé
de l’émission des trames tout en respectant
les contraintes.
Régulation :
Le régulateur espace les trames en
respectant le BAG par LV.
Multiplexage :
Le multiplexeur gère le multiplexage de
plusieurs LV sur une interface.
Contrainte :
La spécification ARINC 664 impose que la
gigue induite
par cet ordonnancement soit :
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Couche intermédiaires & Encapsulation
AFDX respecte une encapsulation UDP/IP/Ethernet.
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Couche intermédiaires & Encapsulation
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Formats des trames
A vérifier car cela paraît un peu
étrange par rapport aux VL !!!
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