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Introduction à l’ARINC 818

ARINC 818, l’Avionique ADVB (Avionics Digital Video Bus), est un protocole basé sur la norme FC-AV (Fibre Channel Audio Video) et ANSI INCITS 356-2002.

Avantages

Un avantage clé de l’ARINC 818 est son court temps d’overhead, qui permet une transmission en temps réel des signaux vidéo à des débits de données élevés – systématiquement à 4,25 gigabits par seconde (Gb/s) depuis le début de 2017, avec la perspective d’un taux trois fois plus élevé dans les mois à venir.

Le protocole a une très faible latence, assurant par exemple qu’un système d’affichage tête haute correspond à une entrée visuelle du pilote.

Un autre avantage du protocole, c’est sa grande flexibilité. En utilisant un ICD (document de contrôle d’interface) pour maintenir l’interopérabilité entre les composants d’un système ARINC 818 particulier, le protocole n’est lié à aucune couche physique ou format de vidéo. Sur fibre, la vidéo peut être transportée sur de longues distances (limitée selon le cas de 500 mètres à 10 kilomètres) sans aucune interférence électromagnétique.

Elle peut également être utilisée sur du cuivre, y compris un câble coaxial bidirectionnel. D’autres couches physiques, telles que les réseaux sans fil, ne sont pas éprouvées, mais probablement possible.

L’ARINC 818 convertit chaque image vidéo en une unité de transport appelée conteneur ADVB. À l’intérieur du conteneur se trouvent des paquets appelés images ADVB. Étant donné que les images ADVB ne correspondent pas une-à-une aux images vidéo, il est important d’éviter de référer simplement à « images ».

Conteneurs et images

Processus de transmission

En avionique, généralement, la source de l’image vidéo est un générateur de graphiques ou processeur de mission et l’objectif est une unité d’affichage. La transmission comporte les étapes suivantes :

  1. Vidéo empaquetée dans des images ADVB , avec l’ajout de champs libres (idles) pour prendre en compte la temporisation ;
  2. Sérialisation et encodage 8 bits/10 bits (8b/10b) ;
  3. Transmission en série ;
  4. Décodage 8b/10b ;
  5. Reconstruction, y compris l’élimination des champs libres.

L’encodage 8 bits/10 bits (8b/10b) permet le transport sur de longues distances. Pour chaque 8 bits (chaque octet) d’information envoyée, le lien physique transmet 10 bits, ce qui ajoute 20 % d’overhead sur le lien physique. Par exemple, pour transmettre 32 bits (4 octets), l’encodage 8b/10b va transmettre physiquement 40 bits sur la liaison. Les 4 octets sont ramenés à 32 bits lors de leur réception. Les octets sont désignés comme étant des données ou des caractères spéciaux, tels qu’un début d’image (SOF), fin d’image (EOF), et caractères de champ libre. Lorsque des données ne sont pas transmises sur la liaison physique, des caractères de champ libre sont insérés, qui maintiennent la continuité de la transmission.

Le conteneur est constitué d’un en-tête et d’objets labellisés payload (charge utile) Le profil vidéo numérique paramétrique simple utilise quatre objets pour encapsuler les données auxiliaires ainsi que les données audio et vidéo. La charge utile de l’ensemble de la séquence complète d’images ADVB est un conteneur. Un conteneur est assemblé à partir de la charge utile de nombreuses images ADVB.

Relation du conteneur avec les images vidéo et les images ADVB

La charge utile de la première image ADVB transmise contient l’Objet 0, ou l’en-tête du conteneur, qui contient les données auxiliaires. La charge utile de la prochaine image ADVB contient les premières lignes de données vidéo, dans l’Objet 2. La charge utile contient souvent seulement l’Objet 0 et l’Objet 2. L’Objet 1 est pour l’audio qui n’est généralement pas utilisée, et l’Objet 3 est utilisé uniquement dans le cas d’images vidéo entrelacées.

Interface Control Document (Document de Contrôle d’Interface)

Les implémentations de l’ARINC 818 sont compatibles seulement quand elles partagent un ICD (Interface Control Document). Pour cette raison, les implémentations doivent toujours être associées avec des ICD. Parmi les caractéristiques essentielles stipulées par l’ICD figurent :

  • la résolution vidéo;
  • le type de balayage;
  • le débit d’images;
  • le format des pixels.

Les caractéristiques de systèmes plus complexes sont également abordées.

Transmission ARINC 818 d’une image vidéo XGA en RVB 24 bits
Éléments d’une image ADVB

ADVB frame structure

Mots de champ libre : des ensembles ordonnés de champs libres sont transmis entre les images ADVB. Généralement, un minimum de six ensembles ordonnés de champs libres est nécessaire entre chaque image Fibre Channel. Lors de la transmission, le nombre d’ensembles ordonnés de champs libres entre images ADVB peut être varié pour régler la temporisation de l’image vidéo (pour régler le blanking horizontal).

Début d’image : l’ARINC 818 est indépendant de la classe de service. Actuellement, les implémentations de Classe 1 et de Classe 3 sont disponibles.

Données de charges utiles : la première image d’une séquence de données de conteneur ADVB comprend l’en-tête du conteneur et les données auxiliaires de l’Objet 0 comme ses données de charge utile. Les images suivantes de la séquence du conteneur comprennent les données de pixels vidéo de l’Objet 2. Chacune est limitée à 2112 octets, ce qui peut nécessiter qu’une simple ligne de vidéo soit divisée en plusieurs images ADVB. Dans l’exemple XGA, chacun des 1024 pixels RVB dans une ligne nécessite trois octets (3072 octets par ligne), de sorte qu’une ligne vidéo doit être divisée en deux images ADVB de 2112 octets.

Contrôle de Redondance Cyclique (CRC) : une fois qu’une image vidéo a été transmise, un CRC de 4 octets suit pour vérifier les erreurs. Il utilise le polynôme de 32 bits suivant :

X32 + X26 + X23 + X22 + X16 + X12 + X11 + X10 + X8 + X7 + X5 + X4 + X2 + X + 1

Fin de l’image : toutes les images sauf la dernière image d’une séquence de transfert des données d’un conteneur ADVB utilise l’ensemble ordonné EOFn (End of Frame Normal), commençant RD négatif ou RD positif.

La dernière image d’une séquence de transfert des données d’un conteneur FC-AV utilise l’ensemble ordonné EOFt (End of Frame Terminate), commençant RD négatif ou RD positif.

Depuis l’adoption de l’ARINC 818, il y a plus de dix ans, les implémentations personnalisées ont conduit à une norme révisée dotée de fonctionnalités telles que la commutation, les voies de retour pour données uniquement (pour le contrôle de nacelles de capteurs, par exemple), et les débits d’images de régions d’intérêt plus élevés que le reste de l’image. Des débits de liaison ARINC 818 plus élevés, actuellement jusqu’à 28,05 gigabits par seconde, sont déjà en place pour profiter des FPGA (Field-Programmable Gate Array) plus rapides de demain.