condizionamento dei segnali e...

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per l Tecnologie dei Sistemi di Controllo per l Aeronautica Aeronautica G. Magnani G. Magnani Reti di comunicazione Reti di comunicazione (bus dati) (bus dati) Tecnologie dei sistemi di controllo per l Tecnologie dei sistemi di controllo per l Aeronautica Aeronautica Gianantonio Magnani Molte immagini utilizzate nelle slide sono prese dai tutorial disponibili online sugli standard ARINC e MIL di

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

Reti di comunicazioneReti di comunicazione (bus dati)(bus dati)

Tecnologie dei sistemi di controllo per lTecnologie dei sistemi di controllo per l’’AeronauticaAeronautica

Gianantonio Magnani

Molte immagini utilizzate nelle slide sono prese dai tutorial disponibili online sugli standard ARINC e MIL di

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

Architetture avioniche e bus datiArchitetture avioniche e bus dati

EsempioEsempio

Flap

MIL-STD 1553B (triplex)

ARINC 429

Dati aria Motore

Displaymultifunzione

GPS Radar...

Timone

Modulo gestione volo (FMM)

Modulo controllo volo (FCM)

MIL-STD 1553B

Tripla ridondanza

(con ridondanze)

Elevatore

...

Displaymultifunzione

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

Comunicazioni digitaliComunicazioni digitali

Funzioni di un sistema di comunicazioni digitali Funzioni di un sistema di comunicazioni digitali --

Modello ISO/OSI)Modello ISO/OSI)

Rete

Collegamento

Fisico 1

2

3

Trasporto 4

Sessione 5

Presentazione 6

Applicazione 7

Collegamento fisicoNodo A

Rete

Fisico 1

2

3

Trasporto 4

Sessione 5

Presentazione 6

Applicazione 7

Nodo B

Protocollo di livello 2

Protocollo di livello 1

Protocollo di livello 3

Protocollo di livello 4

Protocollo di livello 5

Protocollo di livello 6

Protocollo di livello 7

Collegamento

Grande varietà

di bus dati (o reti di comunicazione)Es. ARINC 429, MIL-STD 1553B, AFDX, STANAG3910, e molti altriEs. FoundationFieldbus, Profibus, CANbus, MODbus, …Come si caratterizzano e differenziano?

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

Comunicazioni digitali (Comunicazioni digitali (serialiseriali))

Collegamento fisicoCollegamento fisico

Topologie di retiNodo 1

Nodo 1Nodo 2

punto a punto (stella)

a bus lineare(multidrop)

d a isy -ch a in

N.0

Nodo 2

Nodo 3 Nodo 4

Nodo 1 Nodo 2

Nodo 3

Nodo 1 Nodo 2

Nodo 3 Nodo 4

hub bus linearecon hub

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

Livello fisicoLivello fisico

Si occupa del trasferimento di bit su un canale di comunicazioneSi occupa del trasferimento di bit su un canale di comunicazione

• tipo di codifica elettrica del segnale logico;• tipo e funzione di ogni segnale di controllo;• livelli di tensione e corrente;• numero di conduttori;•

tolleranze massime e minime dei tempi di salita, commutazione,

ecc. dei segnali elettrici;•

tipo di collegamento (single ended

o differenziale), isolamento,

mezzi trasmissivi;•

caratteristiche meccaniche dei connettori, dei cavi, ed in

generale degli apparati.

Problematiche

Trasmissione seriale

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

Livello fisicoLivello fisico

Mezzi trasmissiviMezzi trasmissivi

-

Cavi in rame (doppino piatto o intrecciato con o senza schermo, con uno o più

doppini in un solo schermo),

diametro dei fili da frazioni di mm2

a oltre 1 mm2.

- Cavi in rame, coassiali

-

Fibre ottiche -

massima insensibilità

ai rumori ma di costo elevato -

si utilizzano tendenzialmente quando non si può

farne a meno.

- Trasmissioni radio (presente/futuro)

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

Livello fisicoLivello fisico

Tipo di codifica del segnale logico (bit)Tipo di codifica del segnale logico (bit)

1 0 0 1 1 0 1

NRZ

RZ

Manchester

dato

clock

Freq. <= bit rate

Freq. <= 0.5bit rate

10MHz=10Mbit/s

Codifica polare (es.±15V)

Segno della transizioneEvita trasmissione clock

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

Livello fisico (comunicazioni seriali)Livello fisico (comunicazioni seriali)

Standard elettrici e meccanici per comunicazioni serialiStandard elettrici e meccanici per comunicazioni seriali

RS 232C (Recommended

Standard EIA fatto proprio da CCITT)

Definizione nel 1962 (RS-232) nel 1969 (RS-232C)evoluzioni più

recenti: RS-232D e RS-232E

Definisce: segnale elettrico, caratteristiche meccaniche del connettore (sub-D o vaschetta, a 25 pin), “pin-out”

Codifica polare inversa (−3÷−15 V per 1 e 3÷15 V per 0)

distanza max 15 m, velocità

di trasmissione max 20 kbit/s.

RS-232D e RS-232E: distanza e velocità: 115.2 kbit/s su un massimo di 3 m, 19.2 kbit/s su 30 m e 9.6 kbit/s su 60 m.

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

Livello fisicoLivello fisico

Standard elettrici e meccanici per comunicazioni serialiStandard elettrici e meccanici per comunicazioni seriali

RS 232C (Recommended

Standard)

Uso tipico 3 fili: GND (ritorno comune), TXD (trasmissione dati)

e RXD (ricezione)Cavo (connessione null

modem): a 3 fili (minimo), oppure a 7 fili

AWG24 (0.22mm2) o AWG22 (0,34mm2), schermo per migliorare protezione contro disturbi elettrici, capacità

complessiva minore di

2500 pF

(tipico cond-cond

100 pF/m, cond-schermo

160 pF/m)

Con 7 fili: segnali di controllo (per regolare il flusso dei dati e/o per verificare la disponibilità

dell’apparato con cui si comunica): DTR

(Data Terminal Ready), DSR (Data Set Ready), CTS (Clear

To

Send) e RTS (Request

To

Send).

Connessione: punto a punto

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

Livello fisicoLivello fisico

Standard elettrici e meccanici per comunicazioni serialiStandard elettrici e meccanici per comunicazioni seriali

RS 422

Prestazioni: velocità

115 kbit/s distanza fino a 1200 m, che si riduce a 12 m a 10 Mbit/s.•

Segnali elettrici di trasmissione/ricezione differenziali, più

immuni a disturbi di modo comune. • Codifica polare inversa (−1.5÷−5 V per 1 e 1.5÷5 V per 0)• Più

adatto del RS 232 all’ambiente industriale.

• Collegamento, sulla stessa linea, di un massimo di 10 ricevitori.• Cavi con imp. caratt. Z0=100Ω•

Un solo apparato trasmette e fino a 10 possono ricevere

contemporaneamente

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

Livello fisicoLivello fisico

Standard elettrici e meccanici per comunicazioni serialiStandard elettrici e meccanici per comunicazioni seriali

RS 485• Molto diffuso• Può connettere fino a 32 trasmettitori e 32 ricevitori• Codifica polare• Trasmettitori non attivi in alta impedenza (tri-state)•

Tipica architettura multidrop

(collegamenti multipli

bidirezionali a bus)• prestazioni come RS 422•

realizzazione con 2 (trasmissione half-duplex) o 4 fili

(trasmissione full-duplex)•

comune l’uso in half-duplex

con protocolli di comunicazione ad

interrogazione• impedenza caratteristica cavo Z0=120 Ω

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

Livello fisicoLivello fisico

ModalitModalitàà

di trasmissione asincronadi trasmissione asincrona

start bit bit 0 bit 1 bit n parità stop bit... ...

USART gestiscono la modalità

a/s scaricando la cpu

Il trasmettitore decide quando iniziare a trasmettereTrasmissione per carattere

Efficienza: caso 1s+5car+1s 5/7(bassa)

caso 1s+8car+1p+2s 8/12

Controllo del flusso dei dati (handshake

protocol)

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

Livello fisicoLivello fisico

ModalitModalitàà

di trasmissione sincronadi trasmissione sincrona

L’informazione è

trasmessa a blocchi preceduti/seguiti da caratteri di inizio e fine blocco

start frameindirizzomittente

indirizzodestinatario checksum end framedati

Efficienza: n. bit dati / n. bit framepuò raggiungere il 97,7% con 255byte (prot. SDLC)bassa efficienza con pochi dati utili (numero minimo byte)Adatta per trasmettere quantità

elevate di dati/sec

Frame o trama

Gestita

da

USART / processori

dedicati

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

Livello data link (o collegamento)Livello data link (o collegamento)

Si occupa di realizzare connessioni prive di errori fra coppie dSi occupa di realizzare connessioni prive di errori fra coppie di nodi i nodi della retedella rete

802.2802.3 802.4 802.5

LLC

MAC

livello 3

livello 1

LLC Logical

Link Control -

controllo del collegamento logicoMAC Medium Access Control -

controllo accesso al mezzo fisico

Standard IEEE

EthernetCSMA/CD

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

Livello data linkLivello data link

Controllo accesso al mezzo fisico (allocazione del)Controllo accesso al mezzo fisico (allocazione del)

MAC sono stati definiti finora tre standard alternativi:• CSMA/CD (802.3)• Token-Bus

(802.4)

• Token-Ring

(802.5)• bus arbiter

o bus controller

CSMA/CD (Carrier

Sensing

Multiple Access / Collision

Detection)

• definito per Ethernet•

non è

in grado di garantire un limite superiore certo al ritardo di

risposta non ritenuto adatto per le applicazioni in

cui questo deve essere garantito•

velocità

molto elevata problema può essere poco

critico

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

Livello data linkLivello data link

Controllo accesso al mezzo fisico (allocazione)Controllo accesso al mezzo fisico (allocazione)

Arbitro di bus• esempio: MIL-STD 1553B

Token-Bus• metodo di accesso sequenziale, ciclico e con priorità• reti a bus lineare•

I nodi si passano in sequenza “circolare”

(round-robin) il

“token” (gettone -

un codice particolare). Trasmette solo il nodo che possiede il “token”

(Struttura logica ad anello)

• Stazioni attive (master) e passive (slave)•

Il ritardo di risposta di ogni unità

ha un limite superiore

(worst-case) -

Si ha un tempo d’attesa inutile

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

Livello data linkLivello data link

LLC LLC --

Controllo del collegamento logicoControllo del collegamento logico

• prepara i frame da trasmettere•

esegue il controllo del collegamento logico (collegamento

virtuale tra nodi al livello 2)

Protocollo HDLC (High Level

Data Link Control)

Protocollo Ethernet

Funzioni eseguite da integrati (USART -

ASIC Application

Specific

Integrated

Circuits) dedicati

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

Ethernet: lo standard + diffusoEthernet: lo standard + diffuso

Sviluppata da Xerox nel 1976 -

rete più

usata nelle applicazioni per ufficio

Struttura

originale10Base5 (10 Mbit/s, banda

base, 500 m lunghezza

tratte): Thick

Ethernet -

backbone cavo

coassiale

da

1/2”

-

velocità: 10 Mbit/s

Evoluzione10Base2: Thin Ethernet (con tratte di lunghezza fino a 185 m). Usa il cavo coassiale sottile (5 mm di diametro). Daisy chain. Connettori BNC. Più

semplice da installare ed economica

Livello fisico e topologiaCodifica Manchester (sincronizzazione intrinseca dei clock)

EthernetEthernet

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

EthernetEthernet

100BaseTX; Fast Ethernet 802.3u, per reti con concentratore (hub) e distanza massima da esso di 100 m (100 Mbps)

10BaseT: Twisted Pair Ethernet,

con concentratore (hub), topologia a “stella”

(tutti i nodi collegati punto-a-punto al

concentratore), distanza massima 100m. Connettore RJ45.

Gbit

Ethernet …

HUB: dispositivo elettronico che simula i segnali su un cavo Ethernet. Piccola scatola con prese RJ45.

Ethernet: lo standard + diffusoEthernet: lo standard + diffuso

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

EthernetEthernet

Broadcast (tutti ricevono il messaggio trasmesso) bus (il mezzo di trasmissione è

unico)

Non viene confermata la ricezione del messaggio

Due doppini per trasmissione full duplex

Ogni trasmissione è

limitata in durata (essendo limitata la lunghezza di un messaggio)

Viene lasciato del tempo morto (idle) tra una trasmissione e l’altra, per consentire anche ad altri di accedere alla rete.

Ethernet: lo standard + diffusoEthernet: lo standard + diffuso

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

Ethernet: lo standard + diffusoEthernet: lo standard + diffuso

EthernetEthernet

Livello data link

Frame Ethernet II (802.2)

PreamboloIndirizzo Indirizzo Frame check

dati CRCmittente

7 byte + SFDSFD = 01010111

destinatario

6 byte 6 byte 46-1500 byte 4 byte

Tipo

2 byte

Utilizzato dal protocollo TCP/IP (Internet)

Indirizzo fissato nel hardware (scheda d’interfaccia) dal costruttore - Se si cambia la scheda cambia l’indirizzo

Unico indirizzo -

diverso da quello di tutti gli altri -

per ogni dispositivoL’interfaccia ignora i pacchetti con indirizzo diverso dal proprio

(non

carica la cpu con questo test)

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

Ethernet: lo standard + diffusoEthernet: lo standard + diffuso

Ethernet: non determinismo (del ritardo di risposta)Ethernet: non determinismo (del ritardo di risposta)

Esigenza di aumentare il determinismo della rete

Architettura a stella con unità

Switched

hub

(Sh) -

suddivisione della rete in segmenti e connessione dei segmenti mediante Sh

che scelgono il corretto instradamento dei dati sulla base del MAC address

Bande di comunicazione a 100 Mbit/ e 1 Gbit/sriducono i rischi di collisione

Ethernet con TCP/IP permette la visualizzazione dei dati con un browser e server web embedded

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

AFDX AFDX (Airbus A380 e A400M)(Airbus A380 e A400M)

AFDX: AFDX: AvionicsAvionics

Full Duplex Full Duplex SwitchedSwitched

EthernetEthernet

Realizzazione proprietaria dello standard ARINC 664

Basato sullo standard IEEE 802.3 (allocazione bus)

banda di comunicazione a 10 Mbit/ o 100 Mbit/s

protocollo “speciale”

per assicurare comportamento deterministico e gestione della ridondanza

Componenti: collegamenti, switches, end systems

(nodi)

(http://www.acalmicrosystems.co.uk/whitepapers/sbs8.pdf?PHPSESSID=bd030f1b97f284d41

ec00cf1ea2d5226)

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

AFDX AFDX (Airbus A380 e A400M)(Airbus A380 e A400M)

AFDX: AFDX: AvionicsAvionics

Full Duplex Full Duplex SwitchedSwitched

EthernetEthernet

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

AFDX AFDX (Airbus A380 e A400M)(Airbus A380 e A400M)

End End SystemsSystems, , SwitchesSwitches, Full Duplex , Full Duplex ConnectionsConnections

Lo switch

ha

buffer per memorizzare i dati ricevuti e trasmessi e trasmette solo agli end system destinatari: le collisioni sono evitate!

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

AFDX AFDX (Airbus A380 e A400M)(Airbus A380 e A400M)

End End SystemsSystems

e sistemi e sistemi avioniciavionici

Un computer, e un End System, possono gestire più

sistemi avionici

Per evitare “invasioni di campo”

tra i diversi sottosistemi nello stesso

computer si restringono gli spazi d’indirizzo e si limita l’allocazione della cpuI dati vengono scambiati attraverso porte

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

AFDX AFDX (Airbus A380 e A400M)(Airbus A380 e A400M)

Porte di comunicazione tra End System e sistemi Porte di comunicazione tra End System e sistemi avioniciavionici

Le porte sono univocamente definite in tutta la rete

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

AFDX AFDX (Airbus A380 e A400M)(Airbus A380 e A400M)

VirtualVirtual

Link Link ––

collegamenti virtuali da uno a picollegamenti virtuali da uno a piùù

puntipunti

Gli switch

trasmettono i frame Ethernet dall’ES sorgente ai soli ES destinatari

(collegamento virtuale da uno a più

punti come in ARINC 429)

Gli ES hanno un indirizzo univoco di 8 bit (Network ID) + 8 bit (Equipment

ID)

che viene inserito negli indirizzi (sorgente e destinatario) del

frame Ethernet

(MAC address)

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

AFDX AFDX (Airbus A380 e A400M)(Airbus A380 e A400M)

VirtualVirtual

Link Link ––

trasmissione di dati da una porta ad altretrasmissione di dati da una porta ad altreGli indirizzi delle porte sono inseriti nei frame Ethernet (payload) trasmessi (indirizzi UDP/IP). Gli ES estraggono l’informazione sulla porta di destinazione

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

AFDX AFDX (Airbus A380 e A400M)(Airbus A380 e A400M)

VirtualVirtual

linkslinks

Un ES può avere più

VL (su un unico collegamento fisico)

La frequenza di trasmissione può essere diversa per ogni VL e andare da 1/128 Hz a 1000 HzLimitando dimensioni dei pacchetti e scegliendo le frequenze opportunamente si evitano interferenze tra i VL

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

AFDX AFDX (Airbus A380 e A400M)(Airbus A380 e A400M)

RidondanzaRidondanza

Due reti indipendenti, A e BGli ES trasmettono i pacchetti ad entrambe le retiAllo stesso modo ricevono i pacchetti doppi (dalle due reti)Gli ES eseguono funzioni di Integrity

checking

e Redundancy

management

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

AFDX AFDX (Airbus A380 e A400M)(Airbus A380 e A400M)

Struttura dei messaggiStruttura dei messaggi

Possono accomodare i messaggi con label

standard ARINC 429

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

ARINC 429 ARINC 429 (Mark 33 DITS)(Mark 33 DITS)

ARINC 429: specifica per le comunicazioni tra LRU commercialiARINC 429: specifica per le comunicazioni tra LRU commerciali(garantire intercambiabilit(garantire intercambiabilitàà

e interoperabilite interoperabilitàà

delle LRU di costruttori diversi)delle LRU di costruttori diversi)

Definisce•

Caratteristiche elettriche

Caratteristiche dei dati•

protocolli

Topologia•

Installato sulla maggior parte dei velivoli commerciali Airbus (310/320, 330/340), Boeing (727, 737, 747, 757, 767), MD 11, elicotteri Bell –

Agusta. Alta affidabilità

ARINC 629 sul Boeing 777 (> velocità, bidirezionale < numero fili)

(vedere tutorial ultima slide)Derivato da ARINC 419 del 1966

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

ARINC 429 ARINC 429 (Mark 33 DITS)(Mark 33 DITS)

TopologieTopologie

Fino a 20 R collegati a un singolo T

Trasmissione unidirezionale (per Trasmettere e Ricevere si devono usare porte e cavi twistati

separati).

Necessità

di molti fili ma alta affidabilità

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

AFDX AFDX –– ARINC 429ARINC 429

Copyright AIM GmbH

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

ARINC 429 ARINC 429 (Mark 33 DITS)(Mark 33 DITS)

CavoCavo

Codifica bipolare con ritorno a zero (RZ) –

Livelli di tensione: 10, 0 e -10V (uscita T)

Cavo schermato e twistato

da 78 Ω

(singolo) Lmax

150ft (tipico)

Velocità

di trasmissione 12.5 o 100 Kbit/s

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

ARINC 429 ARINC 429 (Mark 33 DITS)(Mark 33 DITS)

Formato di parola (32 bit)Formato di parola (32 bit)

Messaggi: per la maggior parte sono costituiti da una singola parola

P bit di paritàSSM info di stato (hardware/validità

del dato) dipendenti da

LABELLABEL identifica il tipo di dato trasmesso e i parametri ad esso associati (es. 310 ottale Present

Position Latitude, 312

Ground speed, 315 Wind speed)SDI Source Destination

Identifier

(per ricevitori multipli)

DATA può essere di diversi formati anche non standard

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

ARINC 429 ARINC 429 (Mark 33 DITS)(Mark 33 DITS)

Ordine di trasmissione Ordine di trasmissione (da sinistra)(da sinistra)

Tipi di datiBinary: BNR notazione in complemento a dueBinary

Coded

Decimal

BCD

Discrete: combinazioni di BNR, BCD, o bit singoliProtocollo / formato per File transfer (trasmissione di più

di 21 bit)

Dati di manutenzione e acknowledge

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

MILMIL--STDSTD--15531553MILMIL--STDSTD--1553B 1553B èè

una specifica di un una specifica di un DigitalDigital

Time Time DivisionDivision

CommandCommand//ResponseResponse

MultiplexedMultiplexed

Data BusData Bus

Dual

redundant

(due percorsi dei dati paralleli)BidirezionaleCodifica Manchester IITutte le comunicazioni iniziate da bus controller (allocazione bus)Tutti i nodi (terminali remoti) rispondono a comando del controller

Specifica•Operazioni e collegamenti dei terminali•Struttura e formati delle parole•Protocolli di comunicazione•Caratteristiche elettriche (hardware, topologia)

(vedere tutorial ultima slide)

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

MILMIL--STDSTD--15531553Collegamenti punto a punto e a bus lineareCollegamenti punto a punto e a bus lineare

complessocostosovoluminoso

MIL-STD-1553A nel 1975

MIL-STD-1553B nel 1978per F16 e AH-64AStandard per integrazione piattaforme militari (+ Shuttle e Space Station)

Architettura federataCopyright AIM GmbH

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MILMIL--STDSTD--15531553Topologia e componenti hardwareTopologia e componenti hardware

Single level

(+ usato)

Bus Controller (BC)

Remote Terminal (RT)Fino a 31 RT, ciascuno che può avere fino a 31 sottoindirizzi

Bus Monitor (BM)

Più

BC possono essere presenti ma uno solo può essere attivo in ogni momento

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

MILMIL--STDSTD--15531553Componenti hardwareComponenti hardware

Bus controllerDecide l’allocazione del bus e coordina il trasferimento di tutte le informazioni su di esso (metodo comando / risposta: BC invia un comando a un RT e questo risponde)

Remote Terminal (RT)Embedded

RT (sensore con “embedded”

I/F al bus) e stand alone

RT (I/F tra dispositivi esterni e 1553 bus)

Bus Monitor (BM)raccolta dati, usato per individuare problemi di funzionamento

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

MILMIL--STDSTD--15531553Topologie Topologie multlivellomultlivello

Struttura gerarchica di bus. Bus di livello superiore: global bus, che controlla gli altri Copyright AIM GmbH

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

MILMIL--STDSTD--15531553Componenti hardwareComponenti hardware

Bus dati in senso strettoLinea di trasmissione realizzata con doppino twistato

e schermato ed

un numero di “stubs”

di interfacciamento. Le linee sono sempre doppie ma i messaggi transitano su una sola decisa dal bus. Lunghezza non specificata

AccoppiamentoDiretto(lunghezzastub

< 3ft)

A trasformatoremigliore isolamento galvanicoMigliore reiezione di modo comune(lunghezza stub

<

20ft)

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MILMIL--STDSTD--15531553Componenti hardwareComponenti hardware

Copyright Condor Engineering

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MILMIL--STDSTD--15531553Trasmissione, codifica e sincronizzazioneTrasmissione, codifica e sincronizzazione

Codifica Manchester

Velocità: 1 Mbit/s (+-1000Hz, +-

100Hz in un secondo)Comunicazioni half-duplexBroadcast

Tensioni valide in ingresso a un RT tra 0.86 e 14V ppSpecificate le distorsioni massime dei segnali

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MILMIL--STDSTD--15531553Messaggi e parole (20 bit)Messaggi e parole (20 bit)

I messaggi sono costituiti da command, data e status word

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MILMIL--STDSTD--15531553CommandCommand

wordword

E’

costituita da sync, indirizzo del RT, T/R bit, campo sottoindirizzo/modo, conteggio delle parole, parità

Indirizzo RT

5 bit = 31 indirizzi di terminali più

broadcast (11111)

SyncT/R bit = il ricevitore dovrà

trasmettere o ricevere

Conteggio parole

= numero parole (data word) che il ricevitore dovrà

trasmettere o ricevere

Sottoindirizzo

= uso specifico per stand alone terminal (subindirizzo)

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

MILMIL--STDSTD--15531553

Data wordData wordE’

costituita da sync, dato, parità

SyncDato = 1 bit

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

MILMIL--STDSTD--15531553

E’

costituita da sync, indirizzo del RT, informazioni di errore ed altro

Alcuni comandi (come quelli trasmessi broadcast) non prevedono risposta di status

Status wordStatus wordSono trasmesse da ogni RT in risposta ai comandi e contengono informazioni di stato, errori, ecc del RT o dei messaggi scambiati

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

MILMIL--STDSTD--15531553MessaggiMessaggi

Composti da command

e status word e data word. Trasmissione sempre decisa da BC. 10 tipi di messaggi di cui i tre principali

sono:

** response

time –

da 4 a 12 µs

Status word trasmesso da un RT in risposta ad ogni comando

Allocazione bus e controllo logico del link eseguiti con word e messaggi – Gli RT verificano la correttezza “sintattica”

di parole e messaggi

# intermessage

gap –

4 µs

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

MILMIL--STDSTD--15531553Funzioni di elaborazione dei terminali (livello fisico)Funzioni di elaborazione dei terminali (livello fisico)

Ricevitore e trasmettitore analogico•

Interfaccia o front end verso il bus –

include trasformatore e

resistori•

Come ricevitore filtra rumore, squadra il segnale, produce uscita

digitale per il decoder•

Come trasmettitore pilota il segnale Manchester bifase, cessa la

trasmissione dopo max

800 µs

Encoder / decoder-Decoder (in ricezione):

dal segnale squadrato estrae sincronismo,

dati e parità, identifica tipo di parola-Encoder (in trasmissione): prepara le parole e controlla lo stadio finale di uscita

Encoder e decoder sono realizzati in un unico integrato

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

MILMIL--STDSTD--15531553Funzioni di elaborazione dei terminali (livello fisico)Funzioni di elaborazione dei terminali (livello fisico)

Copyright Condor Engineering

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

MILMIL--STDSTD--15531553Funzioni di elaborazione dei terminali (livello data link)Funzioni di elaborazione dei terminali (livello data link)

Processore di messaggi•

in ricezione decodifica la command

word, verifica l’indirizzo,

verifica la corretta lunghezza del messaggio, estrae i dati•In trasmissione prepara i messaggi

Interfaccia verso l’host(trasferimento dati seriale, parallelo, DMA)

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

STANAG3910 STANAG3910 ((EFAbusEFAbus))

Il bus dellIl bus dell’’EFA (EFA (EuropeanEuropean

Fighter Fighter AircraftAircraft))

Aggiunge allaMIL-STD 1553B da 1 Mbit/s dual

redundant

Low Speed

(LS)

un High Speed

(HS) bus su fibra ottica a 20 Mbit/s.

(vedere tutorial www.aim-online.com)

Concepito•Come evoluzione della 1553B per soddisfare esigenze di elevate velocità

di trasmissione

•Per mantenere l’affidabilità

della 1553B•Per mantenere un protocollo deterministico Master/slavein attesa di un vero High Speed

Data Bus (o Data Network) per l’avionica

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

STANAG3910 STANAG3910 ((EFAbusEFAbus))

Il bus dellIl bus dell’’EFA (EFA (EuropeanEuropean

Fighter Fighter AircraftAircraft))

Il bus LS controlla e comanda lo HS mediante ‘Action Words’

inviate sul LS bus –

Nel EFA2000 utilizzano il sottoindirizzo 11010 (26)

Fino a 31 RT con doppio collegamento (opz)

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

STANAG3910 STANAG3910 ((EFAbusEFAbus))

Il bus dellIl bus dell’’EFA (EFA (EuropeanEuropean

Fighter Fighter AircraftAircraft))

Livello fisico High Speed

BusFibra ottica per eliminare interferenze elettromagneticheDiverse soluzioni realizzative

(un esempio in figura)

Copyright AIM GmbH

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

STANAG3910 STANAG3910 ((EFAbusEFAbus))

Il bus dellIl bus dell’’EFA (EFA (EuropeanEuropean

Fighter Fighter AircraftAircraft))

Livello fisico HS bus –

soluzione EFA2000

Copyright AIM GmbH

Wavelength

770…850 nm•

Transmitter

Output -0.5

+/-

3.5dbm (peak)•

Receiver

Sensitivy

-

37

dbm

(peak)•

Bit Error

Rate < 10 –10

Fibre 200/280 μm, step index, numerical

aperture 0.24

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Tecnologie dei Sistemi di Controllo per lTecnologie dei Sistemi di Controllo per l’’AeronauticaAeronautica G. MagnaniG. Magnani

TutorialTutorial

http://digilander.libero.it/LeoDaga/Corsi/AD/Documenti/ARINCTutorial .pdf

http://microsat.sm.bmstu.ru/e-library/military%20standatds/MIL-STD- 1553Tut.pdf

http://www.acalmicrosystems.co.uk/whitepapers/sbs8.pdf?PHPSESSID= bd030f1b97f284d41ec00cf1ea2d5226

Altri tutorial si trovano agli indirizzi www.aim-online.com

e http://www.ge-ip.com/library/whitepapers/page/1

Tutorial di alcuni dei più

importanti avionics

data bus o avionics data networks, rispettivamente ARINC 429, MIL-STD-1553 e ARINC

664, si trovano ai seguenti indirizzi web (di Condor Engineering)