Le protocole AFDX/ARINC 664 Pascal Berthou berthou@laas.fr 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. 2
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. 3 Other Avionics Buses ARINC 429 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 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 4
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. 5 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. 6
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 7 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 8
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 9 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 2 n 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. 10
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 : 11 Couche intermédiaires & Encapsulation AFDX respecte une encapsulation UDP/IP/Ethernet. 12
Couche intermédiaires & Encapsulation 13 Formats des trames A vérifier car cela paraît un peu étrange par rapport aux VL!!! 14