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ARINC 429

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목차

1. 개요

ARINC 429는 상업용 항공기 및 수송기에 사용되는 데이터 버스 규격으로, 꼬임쌍선으로 연결된 두 개의 와이어를 사용한다. 32비트 데이터 워드를 12.5 또는 100 kbit/s 속도로 전송하며, 단방향 통신 방식을 지원한다. 각 워드는 패리티 비트, 신호/상태 매트릭스(SSM), 데이터, 소스/대상 식별자(SDI), 라벨로 구성된다. 전자기 간섭(EMI)을 최소화하기 위해 다양한 기술을 적용하며, 프로토콜 분석기와 같은 개발 도구를 사용할 수 있다.

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ARINC 429
개요
종류데이터 버스 표준
개발항공 전자 공학 산업
용도항공기 시스템 간 데이터 전송
기술 사양
전송 방식단방향, 2선식
신호 방식차동 신호
데이터 속도고속: 100 kbit/s
저속: 12.5 kbit/s
전압 레벨High: 10 ± 1 V
Null: 0 ± 0.5 V
Low: -10 ± 1 V
워드 길이32비트
데이터 형식BNR, Discrete, 문자, MMS
특징
단방향 통신송신기와 수신기 간에 한 방향으로만 데이터 전송
데이터 무결성패리티 비트를 사용하여 데이터 오류 검출
간단한 프로토콜구현이 비교적 간단하고 비용 효율적
응용 분야
항법 장치관성 항법 장치, GPS 수신기
비행 제어 시스템자동 조종 장치, 플랩 제어
엔진 제어 시스템엔진 모니터링, 연료 제어
기상 레이더기상 정보 표시
객실 시스템좌석 제어, 조명 제어
장점
신뢰성항공기 환경에서 검증된 신뢰성
단순성간단한 프로토콜로 구현 용이
비용 효율성비교적 저렴한 비용으로 시스템 구축 가능
단점
단방향 통신양방향 통신 불가
낮은 데이터 속도최신 시스템에 비해 데이터 전송 속도 느림
제한된 주소 지정네트워크 확장성 제한

2. 기술적 특징

ARINC 429는 상용기 및 수송기에 적용되는 데이터 전송 기술로, 다음과 같은 특징을 갖는다.


  • 데이터 버스: 2개의 와이어(꼬임쌍선)를 사용한 단방향 데이터 버스(Mark 33 DITS)이다.
  • 데이터 워드: 32비트 길이의 워드를 사용하며, 대부분 단일 데이터 워드로 메시지를 구성한다.
  • 전송 속도: 12.5 또는 100 kbit/s의 속도로 메시지를 전송한다.
  • 구성: 한 버스에 최대 20개의 수신기를 연결할 수 있으며, 송신기는 32비트 데이터 워드 또는 NULL 상태를 지속적으로 전송한다.

2. 1. 데이터 전송 매체 및 신호

ARINC 429는 상용기, 수송기에 적용되는 두 개의 와이어로 구성된 데이터 버스이다. 연결하는 와이어는 트위스트 페어(twisted pairs)로 되어 있다. 데이터 워드의 길이는 32비트이며, 대부분의 메시지는 단일 데이터 워드로 구성된다. 이 규격은 전기적 데이터 특성 및 프로토콜을 정의한다. ARINC 429는 단방향 데이터 버스 규격(Tx와 Rx 각각 분리)을 사용하는데, Mark 33 Digital Information Transfer System (DITS)으로 알려져 있다. 메시지는 12.5 또는 100 kbit/s 속도로 전달된다.[3] 전달기(transmitter)는 항상 32-bit data words 또는 NULL 상태로 보낸다. 한개의 버스 상에 20개 이상의 수신기(receiver)가 붙지 않는다.

ARINC 429는 항공기 항공전자장비의 데이터 전송 표준이다. 자체 클록킹, 자체 동기화 데이터 버스 프로토콜을 사용한다(Tx 및 Rx는 별도의 포트에 있다). 물리적 연결 와이어는 꼬임쌍선으로 평형 차동 신호를 전달한다. 데이터 워드의 길이는 32비트이며, 대부분의 메시지는 단일 데이터 워드로 구성된다. 메시지는 버스 메시지를 모니터링하는 다른 시스템 요소에 12.5 또는 100 kbit/s로 전송된다.[3] 송신기는 32비트 데이터 워드 또는 NULL 상태(0 볼트)를 지속적으로 전송한다. 단일 와이어 쌍은 하나의 송신기로 제한되며 최대 20개의 수신기를 가질 수 있다. 이 프로토콜은 수신기 측에서 자체 클록킹을 허용하므로 클록킹 데이터를 전송할 필요가 없다. ARINC 429는 MIL-STD-1553의 대안이다.

2. 2. 비트 번호, 전송 순서 및 비트 중요도

ARINC 429 전송 단위는 32비트 프레임으로 구성되며, '워드'라고 부른다.[4] 워드 내의 비트는 1번부터 32번까지 순차적으로 식별된다.[4]

일반적인 직렬 프로토콜 프레임은 오른쪽에서 왼쪽으로 시간 순으로 진행되지만, ARINC 표준에서는 반대 순서가 사용된다. 즉, ARINC 429 워드는 비트 1로 시작하여 비트 32로 끝나지만, 일반적으로 비트 32에서 비트 1 순서로 도표화[5]하고 설명한다.[6][7]

  • 일반적인 비트 전송 순서 (오른쪽에서 왼쪽):

: 첫 번째 비트 > 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, ... 29, 30, 31, 32 < 마지막 비트

  • ARINC 429 표준 비트 전송 순서 (왼쪽에서 오른쪽):

: 마지막 비트 > 32, 31, 30, 29, ... 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 < 첫 번째 비트

ARINC 429 워드 형식이 비트 32를 왼쪽에 두고 표시될 때, 데이터 필드의 숫자 표현은 최상위 비트가 왼쪽에 있는 것으로 읽는다. 그러나 라벨 필드는 최상위 비트가 오른쪽에 있는 것으로 읽는다. CAN 프로토콜과 유사하게,[8] ARINC 429 ''라벨 필드''는 최상위 비트부터 먼저 전송된다. 반면, UART 프로토콜, 2진 부호화 십진수 숫자 및 ARINC 429 ''데이터 필드''의 이진수는 최하위 비트부터 먼저 전송된다.

일부 장비 공급업체는[9][10] 비트 전송 순서를 다음과 같이 표시하기도 한다.

: 첫 번째 비트 > ''8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1,'' 9, 10, 11, 12, 13 … 32 < 마지막 비트.

이는 해당 필드의 표준 MSB 1 비트 번호 매기기를 LSB 1 비트 번호 매기기로 변환하여 라벨 필드의 비트를 다시 번호 매긴 것이다. 이러한 표현은 ARINC 429 표준 내에서 정의된 라벨 표현과 숫자 데이터 표현 간의 "비트 엔디안"의 상대적인 반전을 강조한다.

이러한 차이는 역사적인 구현 방식과 관련이 있다. 초기 ARINC 429 트랜시버는 32비트 시프트 레지스터로 구현되었으며,[11] 옥텟 단위로 접근했다. 이 때문에 옥텟 액세스의 비트 순서(일반적으로 LSB 0)에 따라 "반전된 라벨"을 사용하게 된 것이다.[12] 그러나 최신 트랜시버는 라벨 필드 비트 순서를 "하드웨어"에서 반전하도록 구성할 수 있다.[13]

3. ARINC 429 워드 포맷

ARINC 429 워드는 32비트 시퀀스로, 다음과 같은 5개의 필드로 구성된다.

ARINC 429 워드 형식
PSSM데이터SDI레이블
3231302928272625242322212019181716151413121110987654321


  • 패리티 비트 (비트 32): 전송 중 워드 손상 여부를 확인한다.
  • 신호/상태 매트릭스 (SSM, 비트 30~31): 데이터 정상 작동, 기능 테스트, 오류 경고, 계산된 데이터 없음 등을 나타낸다. 2진화 십진법(BCD) 표현에서는 데이터 부호(+/-)나 방향(북/남, 동/서)을, 2의 보수 (BNR) 표현에서는 부호 표시(비트 29)를 위임받기도 한다.
  • 데이터 (비트 11~29): 비트 필드, BCD, BNR 등 다양한 형식의 데이터를 포함한다.
  • 소스/대상 식별자 (SDI, 비트 9~10): 데이터의 송수신자를 나타낸다.
  • 레이블 (비트 1~8): 8진법으로 표현되며, 데이터 유형을 식별한다.


아래 이미지는 ARINC 429 워드의 예시를 보여준다. 레이블(260)은 빨간색, 데이터는 청록색, 패리티 비트는 짙은 파란색으로 표시되어 있다.

ARINC 429 워드, 신호로 보이고, 디코딩을 오버레이함


예시 ARINC 429
PSSM데이터SDI레이블
3231302928272625242322212019181716151413121110987654321
1001000110001100010001000001101
JOUR(1)JOUR(0)MOIS밀리초colspan="3" |colspan="3" |


3. 1. 패리티 비트 (비트 32)

ARINC 워드는 32비트 값으로 구성되며, 비트 32는 패리티 비트이다. 이 비트는 워드 데이터의 정상 여부를 확인하는 데 사용된다.[1]

3. 2. 신호/상태 매트릭스 (SSM, 비트 30-31)

ARINC 워드는 32 비트 값으로 구성되며, 비트 30부터 31까지는 신호/상태 매트릭스(SSM)를 나타낸다. SSM은 워드 데이터의 정상 여부를 나타내는데 사용된다.[1]

  • OP (Operational): 워드 내의 데이터가 정상임을 나타낸다.[1]
  • TEST: 테스트 소스에서 데이터가 제공되고 있음을 나타낸다.[1]
  • FAIL: 데이터가 손실되어 발생하는 하드웨어 고장을 나타낸다.[1]
  • NCD (No Computed Data): 하드웨어 고장이 아닌 다른 이유로 데이터가 손실되거나 부정확함을 나타낸다. 예를 들어, 자동 조정 장치가 켜지지 않은 상태에서 자동 조정 명령이 나타나는 경우가 해당된다.[1]


SSM은 방위와 같은 데이터 또는 정보의 부호를 나타낼 수도 있다.[1]

3. 3. 데이터 (비트 11-29)

ARINC 429 워드는 32비트 값으로, 11~29 비트는 실제 데이터를 포함한다. 이 비트 영역에는 Bit-field, BCD, 이진 부호화(BNR) 등 다양한 데이터 형식이 사용될 수 있으며, 서로 다른 데이터 형식이 혼합되어 사용될 수도 있다.[1]

ARINC 429에서 사용되는 주요 데이터 형식은 다음과 같다.

  • Bit-field
  • BCD
  • 이진 부호화 (BNR)

3. 4. Source/Destination Identifiers (SDI, 비트 9-10)

비트 9 ~ 10은 SDI(Source/Destination Identifiers)로, 어떤 수신기로부터 데이터가 왔는지를 나타낸다.

3. 5. 라벨 (비트 1-8)

ARINC 429 워드는 32비트 값으로 구성되며, 이 중 비트 1~8은 라벨을 나타낸다. 라벨은 8진수로 표현된다.[1]

4. 라벨

ARINC 429 규격은 다양한 장비 유형에 대한 라벨 가이드라인을 제공한다. 각 항공기에는 비행 관리 컴퓨터, 관성 기준 시스템, 공기 데이터 컴퓨터, 전파 고도계, 무선 통신, GPS 센서 등 여러 시스템이 포함된다. 각 장비 유형에 대해 모든 제조업체와 모델에서 공통적인 표준 매개변수 집합이 정의된다. 예를 들어, 모든 공기 데이터 컴퓨터는 항공기의 기압 고도를 라벨 203으로 제공하여 부품 상호 교환성을 확보한다. 이는 모든 공기 데이터 컴퓨터가 대체로 동일하게 작동하기 때문이다. 그러나 라벨 수는 제한되어 있어, GPS 센서에서 라벨 203을 보낼 경우 완전히 다른 의미를 가질 수 있다. 그럼에도 불구하고, 매우 일반적으로 필요한 항공기 매개변수는 소스에 관계없이 동일한 라벨을 사용한다. 또한, 모든 사양과 마찬가지로 각 제조업체는 사양을 초과하는 추가 데이터를 제공하거나, 사양에서 권장하는 일부 데이터를 생략하거나, 기타 다양한 변경을 통해 공식 사양과 약간의 차이를 보인다.[1]

5. 전자기 간섭 (EMI) 보호

항공 전자 시스템은 일반적으로 RTCA DO-160 환경 범주로 명시된 환경 요구 사항을 충족해야 한다. ARINC 429는 전자기 간섭을 최소화하기 위해 여러 물리적, 전기적 및 프로토콜 기술을 사용한다. 예를 들어, 다른 전송 케이블을 통해 기내 라디오 및 기타 장비와의 간섭을 줄인다.

케이블은 차폐된 78 Ω 꼬임쌍선이다.[1] ARINC 신호 방식은 양극성 전송 내에서 Data A와 Data B 레벨 간의 10V 차동을 정의하며(예: Data A에서 5V, Data B에서 -5V는 유효한 구동 신호가 됨), 사양은 허용 가능한 전압 상승 및 하강 시간을 정의한다.

ARINC 429의 데이터 인코딩은 BPRZ(Bipolar Return to Zero) 전송 파형을 사용하여 케이블 자체에서 발생하는 EMI 방출을 더욱 줄인다.

6. 개발 도구

ARINC 429 버스를 개발하거나 문제 해결을 할 때, 하드웨어 신호를 검사하는 것이 문제를 찾는 데 매우 중요할 수 있다. 프로토콜 분석기는 신호를 수집, 분석, 디코딩 및 저장하는 데 유용하다.

참조

[1] 서적 Circuit transmits ARINC 429 data http://www.edn.com/d[...] EDN Magazine 2002-07-11
[2] 웹사이트 ARINC 429 http://www.holtic.co[...] 2011-09-07
[3] 웹사이트 ARINC 429 Bus Interface http://www.actel.com[...] Actel 2009-06-24
[4] 서적 ARINC Specification 429, Part 1-17 Aeronautical Radio, Inc. 2004-05-17
[5] 서적 ARINC Specification 429, Part 1-17 Aeronautical Radio, Inc. 2004-05-17
[6] 서적 ARINC 429 Protocol Tutorial Avionics Interface Technologies
[7] 서적 Communications Protocols in Aeronautics 2001-05
[8] 서적 CAN Specification 2.0, Part B CAN in Automation
[9] 서적 ARINC429 Specification Tutorial AIM GmbH
[10] 서적 ARINC Protocol Tutorial Condor Engineering, Inc.
[11] 서적 HI-8783, HI-8784, HI-8785 ARINC 429 & 561 Interface Device HOLT Integrated Circuits, Inc.
[12] 서적 ARINC 429 Programming Manual Ballard Technology
[13] 서적 HI-3584 Enhanced ARINC 429 3.3V Serial Transmitter and Dual Receiver (Rev G.) HOLT Integrated Circuits, Inc.
[14] 서적 ARINC Specification 429, Part 1-17 Aeronautical Radio, Inc. 2004-05-17
[15] 간행물 The Evolution of Avionics Networks From ARINC 429 to AFDX http://www.net.in.tu[...] 2012-08
[16] 서적 ARINC Protocol Tutorial http://psirep.com/sy[...] GE Intelligent Platforms 2010
[17] 간행물 ARINC 708 http://www.aea.net/A[...] 2008-08
[18] 서적 Circuit transmits ARINC 429 data http://www.edn.com/d[...] EDN Magazine 2002-07-11


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