ARINC 818: Avionics Digital Video Bus ( ADVB ) es un estándar de protocolo e interfaz de vídeo desarrollado para la transmisión de vídeo digital sin comprimir, de baja latencia y gran ancho de banda en sistemas de aviónica . El estándar, que se publicó en enero de 2007, ha sido desarrollado por ARINC y la comunidad aeroespacial para satisfacer las exigentes necesidades de vídeo digital de alto rendimiento. La especificación se actualizó y ARINC 818-2 se publicó en diciembre de 2013, añadiendo una serie de nuevas características, incluidas velocidades de enlace de hasta 32X velocidades de canal de fibra, unión de canales, conmutación, color secuencial de campo, control bidireccional y enlaces de solo datos.
ARINC 818-3 se publicó en 2018. Esta revisión aclaró las tasas de codificación 8b/10b versus las tasas de codificación 64b/66b, además de aclarar varias cuestiones.
Aunque simplificado, ADVB conserva los atributos de Fibre Channel que son beneficiosos para aplicaciones de misión crítica: alta velocidad, alta confiabilidad, baja latencia, flexibilidad, alto rendimiento y transmisión de video digital sin comprimir.
Beneficios de ARINC 818 (ADVB):
En los aviones , se suministra una cantidad cada vez mayor de información en forma de imágenes, que pasa por un complejo sistema de vídeo antes de llegar a las pantallas de la cabina. Los sistemas de vídeo incluyen: sensores infrarrojos y de otras longitudes de onda, cámaras ópticas, radares , grabadoras de vuelo , sistemas de mapas/cartas, visión sintética , sistemas de fusión de imágenes , pantallas de visualización frontal (HUD) y pantallas de vuelo primarias y multifunción de visualización frontal , concentradores de vídeo y otros subsistemas. Los sistemas de vídeo se utilizan para asistencia en el despegue y el rodaje, carga de mercancías, navegación , seguimiento de objetivos, prevención de colisiones y otras funciones críticas.
ARINC 818 (ADVB) es un protocolo de canal de fibra (FC) que se basa en FC-AV (audio y vídeo de canal de fibra, definido en ANSI INCITS 356-2002), que se utilizó ampliamente en los sistemas de vídeo del F-18 y el C-130AMP . Aunque FC-AV se ha utilizado en numerosos programas, cada implementación ha sido única. ARINC 818 ofrece una oportunidad para estandarizar los sistemas de vídeo de alta velocidad y, desde entonces, ha sido adoptado por varios programas aeroespaciales comerciales y militares de alto perfil, incluidos el A400M, el A350XWB, el B787, el KC-46A, el C-130, el KF-X, el Comac C919 y muchos otros programas. ARINC 818 también es común en suites de aviónica, como Proline Fusion de Rockwell Collins y TopDeck de Thales.
ARINC 818 (Avionics Digital Video Bus) es un protocolo serial punto a punto codificado en 8b/10b (o 64B/66B para velocidades más altas) para la transmisión de video, audio y datos. El protocolo está paquetizado pero está centrado en el video y es muy flexible, ya que admite una variedad de funciones de video complejas, incluida la multiplexación de múltiples transmisiones de video en un solo enlace o la transmisión de una sola transmisión en un enlace dual. Se definen cuatro clases de sincronización de video diferentes, desde sistemas asincrónicos simples hasta sistemas sincrónicos de píxeles estrictos.
ARINC 818 (ADVB) es unidireccional y no requiere protocolo de enlace.
ARINC 818 (ADVB) tiene 15 velocidades definidas, desde 1 Gbit/s hasta 28 Gbit/s.
Cada proyecto ADVB requiere un Documento de Control de Interfaz (ICD). El ICD, compartido entre todos los miembros del proyecto, garantiza la interoperabilidad, reduce la magnitud de la implementación y define:
La trama ARINC 818 (ADVB) es el mecanismo de transporte básico para ARINC 818. Es importante referirse a estos paquetes como “tramas ADVB” en lugar de simplemente “tramas” para eliminar posibles confusiones con tramas de video.
El inicio de una trama ADVB se señala mediante un conjunto ordenado de 4 bytes SOFx y finaliza con un conjunto ordenado EOFx. Cada trama ADVB tiene un encabezado de canal de fibra estándar compuesto por seis palabras de 32 bits. Estas palabras de encabezado se refieren a aspectos como el origen y el destino previstos de la trama ADVB y la posición de las tramas ADVB dentro de la secuencia. El campo de ID de origen (SID) en el encabezado de la trama ADVB permite distinguir el vídeo de cada sensor de los demás sensores.
La “carga útil” contiene vídeo, parámetros de vídeo o datos auxiliares. La carga útil puede variar en tamaño, pero está limitada a 2112 bytes por trama ADVB. Para garantizar la integridad de los datos, todas las tramas ADVB tienen un CRC de 32 bits calculado para los datos entre SOFx y la palabra CRC. El CRC es el mismo cálculo polinomial de 32 bits definido para Fibre Channel.
La especificación ARINC 818 (ADVB) define un “contenedor” como un conjunto de cuadros ADVB utilizados para transportar vídeo. En otras palabras, una imagen de vídeo y datos se encapsulan en un “contenedor” que abarca muchos cuadros ADVB. La “carga útil” de cada cuadro ADVB contiene datos o vídeo. Dentro de un contenedor, ARINC 818 define objetos que contienen determinados tipos de datos. Es decir, determinados cuadros ADVB dentro del contenedor forman parte de un objeto.
Un ejemplo de cómo ARINC 818 transmite el color XGA ofrece una buena visión general. XGA RGB requiere ~141M bytes/s de transferencia de datos (1024 píxeles x 3 bytes por píxel x 768 líneas x 60 Hz). Si se añade la sobrecarga del protocolo y el tiempo de borrado , se requiere una velocidad de enlace estándar de 2,125 Gbit/s. ARINC 818 “paquetiza” las imágenes de vídeo en tramas de canal de fibra. Cada trama FC comienza con un conjunto ordenado de 4 bytes, denominado SOF (inicio de trama), y termina con un EOF (fin de trama); además, se incluye un CRC de 4 bytes para la integridad de los datos. La carga útil de la primera trama ADVB de una secuencia contiene datos de encabezado de contenedor que acompañan a cada imagen de vídeo.
Cada línea de video XGA requiere 3072 bytes, lo que excede la longitud máxima de carga útil de FC, por lo que cada línea se divide en dos cuadros ADVB. El transporte de una imagen XGA requiere una "carga útil" de 1536 cuadros FC. Además, se agrega un cuadro de encabezado ADVB, lo que hace un total de 1537 cuadros FC. Se requieren caracteres inactivos entre los cuadros FC porque se utilizan para la sincronización entre transmisores y receptores.
Aunque ARINC 818 se desarrolló específicamente para aplicaciones de aviónica, el protocolo ya se utiliza en aplicaciones de fusión de sensores, donde las salidas de varios sensores se multiplexan en un único enlace de alta velocidad. Las características añadidas en ARINC 818-2 facilitan el uso de ARINC 818 como interfaz de sensores.
La especificación ARINC 818 no establece qué capa física se debe utilizar y las implementaciones se realizan utilizando tanto cobre como fibra. Aunque la mayoría de las implementaciones utilizan fibra, las implementaciones de baja velocidad de ARINC 818 (1,0625 Gbp a 6,375 Gbit/s) a veces utilizan cobre (twinax o TSP o coaxial). Lo más común es utilizar fibra MM de 850 nm (<500 m) o fibra SM de 1310 nm (hasta 10 km). ARINC 818 se presta a aplicaciones que requieren pocos conductores ( anillos colectores , torretas ), poco peso (aeroespacial), resistencia a EMI o transmisión a larga distancia (aeroespacial, barcos).
ARINC 818 es flexible y puede adaptarse a muchos tipos de aplicaciones de vídeo y datos. La intención del estándar es que toda implementación esté acompañada de un pequeño documento de control de interfaz (ICD) que defina los parámetros clave del encabezado, como: velocidad de enlace, resolución de vídeo, esquema de color, tamaño de los datos auxiliares, formato de píxeles, clasificación de tiempo o esquemas de empaquetamiento de bits. La interoperabilidad solo está garantizada entre equipos fabricados con el mismo ICD.
ARINC 818 utiliza una capa física FC que se puede construir a partir de cualquier SerDes 8b/10b compatible con FC , que son comunes en FPGAs grandes .
Los transmisores ARINC 818 deben ensamblar tramas FC válidas, incluidos conjuntos ordenados iniciales y finales, encabezados y CRC. Esto se puede hacer fácilmente con máquinas de estado VHDL y muchos SerDes PLD incluyen cálculos CRC integrados.
La flexibilidad de ARINC 818 permite implementar receptores que utilicen búferes de imagen completos o solo búferes de línea de visualización. En ambos casos, se deben considerar los problemas de sincronización a nivel de píxeles, líneas y cuadros.
Los receptores basados en FIFO o con buffer de línea requerirán que el transmisor cumpla con estrictos requisitos de sincronización de línea de la pantalla. Dado que el escaneo horizontal de la pantalla debe ser preciso, el tiempo de llegada de las líneas también deberá ser preciso. ARINC 818 pretende que parámetros de sincronización como estos se capturen en un ICD específico para el sistema de video.
Los autores de ARINC 818 se basaron en muchos años de experiencia combinada en el uso de FC para transportar diferentes formatos de video, y los detalles de implementación clave se incluyen en la especificación, incluidos ejemplos de formatos analógicos comunes.
ARINC 818-2, ratificado en diciembre de 2013, agrega características para admitir velocidades de enlace más altas, compatibilidad con compresión y cifrado, redes y esquemas de visualización sofisticados, como la unión de canales utilizada en pantallas de área grande (LAD).
Velocidades de enlace: en el momento en que se ratificó la especificación ARINC 818 original, el protocolo de canal de fibra admitía velocidades de enlace de hasta 8,5 gigabits por segundo (Gb/s). ARINC 818-2 agregó velocidades de 5,0, 6,375 (FC 6x), 12,75 (FC 12x), 14,025 (FC 16x), 21,0375 (FC 24x) y 28,05 (FC 32x) Gb/s. Las velocidades 6x, 12x y 24x se agregaron para permitir el uso de cable coaxial bidireccional de alta velocidad con alimentación como medio físico. La especificación también prevé velocidades de enlace no estándar para la ruta de retorno bidireccional para aplicaciones como el control de cámaras donde no se requieren enlaces de video de alta velocidad.
Compresión y cifrado: ARINC 818 se concibió originalmente para transportar únicamente audio y vídeo sin comprimir. Aplicaciones como sensores de alta resolución, UAV/UAS con enlaces descendentes con ancho de banda limitado y aplicaciones que solo transmitan datos impulsaron la necesidad de comprimir o cifrar un enlace. Siguiendo una filosofía de máxima flexibilidad, ARINC 818-2 exige que el ICD especifique los detalles de implementación para la compresión y el cifrado. El protocolo ARINC 818 no proporciona un medio para la compresión y el cifrado, simplemente proporciona indicadores para indicar que la carga útil está comprimida o cifrada.
Conmutación: ARINC 818 fue diseñado como un protocolo punto a punto. Dado que muchas de las implementaciones más nuevas de ARINC 818 tienen múltiples pantallas o muchos canales de ARINC 818 (10 o más), la conmutación se ha vuelto más importante. La nueva especificación requiere que la conmutación activa solo pueda ocurrir entre cuadros. En efecto, para evitar cuadros de video interrumpidos, el conmutador debe esperar hasta que se produzca el borrado vertical. Nuevamente, el ICD controla los detalles de implementación.
Color secuencial de campos: se agregó un código de formato de video para admitir el color secuencial de campos. El modo de color secuencial de campos normalmente enviará cada componente de color en un contenedor separado.
Unión de canales: para superar las limitaciones de ancho de banda de los enlaces de los FPGA, ARINC 818-2 admite varios enlaces en paralelo. El cuadro de video se divide en segmentos más pequeños y se transmite en dos o más enlaces. Cada enlace debe transmitir un cuadro ADVB completo con encabezado, y el ICD aborda la latencia y el sesgo entre los enlaces.
Enlaces de solo datos: ARINC 818-2 proporciona enlaces de solo datos, que se utilizan normalmente en canales de comando y control, como los necesarios para interfaces de cámara bidireccionales. Estos pueden emplear una velocidad de enlace estándar o una velocidad no estándar especificada por el ICD.
Regiones de interés: El protocolo ARINC 818-2 proporciona un medio para definir imágenes parciales, mosaicos y regiones de interés que son importantes para sensores de alta velocidad y pantallas estéreo.