ARINC 818

ARINC 818: 航空電子デジタル ビデオ バス( ADVB ) は、航空電子システムにおける高帯域幅、低遅延、非圧縮デジタル ビデオ伝送用に開発されたビデオ インターフェイスおよびプロトコル標準です。2007 年 1 月にリリースされたこの標準は、高性能デジタル ビデオの厳しいニーズを満たすためにARINCと航空宇宙コミュニティによって進化してきました。仕様は更新され、ARINC 818-2 が 2013 年 12 月にリリースされ、最大 32 倍のファイバー チャネル レートのリンク レート、チャネル結合、スイッチング、フィールド シーケンシャル カラー、双方向制御、データ専用リンクなど、いくつかの新機能が追加されました。

ARINC 818-3 は 2018 年にリリースされました。この改訂では、8b/10b エンコード レートと 64b/66b エンコード レートが明確化され、いくつかの問題も明確化されました。

ADVB は簡素化されていますが、ミッションクリティカルなアプリケーションに有益なファイバーチャネルの属性を保持しています: 高速 / 高信頼性 / 低遅延 / 柔軟性 / 高性能 / 非圧縮デジタルビデオ伝送

ARINC 818 (ADVB) の利点:

• 低いオーバーヘッド
• 高データレート（高帯域幅）でのビデオ信号のリアルタイム伝送
• 低遅延
• 非圧縮デジタルビデオ伝送
• 柔軟性 - 特定の物理層やビデオ形式に縛られない
• 高速ビデオシステムの標準化の機会
• 高い信頼性 - 2層のエラーチェックが可能
• ネットワーク対応
• 1つのリンクで複数のビデオストリーム
• 複数のタイミングクラスが定義されています
• ミッションクリティカルなアプリケーションに適しています（DAL Aまで）

航空機では、画像の形で提供される情報量がますます増加しており、この情報はコックピットのディスプレイに到達する前に複雑なビデオ システムを通過します。ビデオ システムには、赤外線およびその他の波長センサー、光学カメラ、レーダー、フライト レコーダー、地図/チャート システム、合成視覚、画像融合システム、ヘッドアップ ディスプレイ(HUD) およびヘッドダウンのプライマリ フライトディスプレイと多機能ディスプレイ、ビデオ コンセントレータ、およびその他のサブシステムが含まれます。ビデオ システムは、地上走行および離陸支援、貨物の積載、ナビゲーション、ターゲット追跡、衝突回避、およびその他の重要な機能 に使用されます。

ARINC 818 (ADVB) は、F-18およびC-130AMPのビデオ システムで広く使用されていた FC-AV (Fibre Channel Audio Video、ANSI INCITS 356-2002 で定義) を基に構築されたファイバー チャネル ( FC ) プロトコルです。FC-AV は数多くのプログラムで使用されてきましたが、実装はそれぞれ独自のものでした。ARINC 818 は、高速ビデオ システムを標準化する機会を提供し、それ以来、A400M、A350XWB、B787、KC-46A、C-130、KF-X、Comac C919など、数多くの注目度の高い民間および軍事航空宇宙プログラムで採用されてきました。ARINC 818 は、Rockwell Collins の Proline Fusion や Thales の TopDeck などの航空電子機器スイートでも一般的です。

ARINC 818 (Avionics Digital Video Bus) は、ビデオ、オーディオ、およびデータの送信用のポイントツーポイントの8b/10b エンコード(または高速の場合は 64B/66B) シリアル プロトコルです。このプロトコルはパケット化されていますが、ビデオ中心で非常に柔軟性が高く、単一リンクでの複数のビデオ ストリームの多重化やデュアル リンクでの単一ストリームの送信など、一連の複雑なビデオ機能をサポートしています。単純な非同期システムから厳格なピクセル同期システムまで、4 つの異なるビデオ同期クラスが定義されています。

ARINC 818 (ADVB) は単方向であり、ハンドシェイクは必要ありません。

ARINC 818 (ADVB) には、1 Gbit/s から 28 Gbit/s までの 15 の速度が定義されています。

各 ADVB プロジェクトには、インターフェイス コントロール ドキュメント (ICD) が必要です。すべてのプロジェクト メンバー間で共有される ICD により、相互運用性が確保され、実装の規模が軽減され、次のことが定義されます。

• プロジェクトのビデオ形式
• 埋め込みデータ（補助データ）
• ビデオとラインタイミング
• ピクセル形式
• 同期クラス

ARINC 818 (ADVB) フレームは、ARINC 818 の基本的な転送メカニズムです。ビデオ フレームとの混同を避けるために、これらのパケットを単に「フレーム」ではなく「ADVB フレーム」と呼ぶことが重要です。

ADVB フレームの開始は、SOFx 4 バイト順序セットによって通知され、EOFx 順序セットで終了します。すべての ADVB フレームには、6 つの 32 ビット ワードで構成される標準ファイバー チャネル ヘッダーがあります。これらのヘッダー ワードは、ADVB フレームの送信元と送信先、シーケンス内の ADVB フレームの位置などに関するものです。ADVB フレーム ヘッダーのソース ID フィールド (SID) により、各センサーからのビデオを他のセンサーと区別できます。

「ペイロード」には、ビデオ、ビデオ パラメータ、または補助データのいずれかが含まれます。ペイロードのサイズはさまざまですが、ADVB フレームあたり 2112 バイトに制限されています。データの整合性を保証するために、すべての ADVB フレームには、SOFx と CRC ワード間のデータに対して計算された 32 ビットCRCがあります。CRC は、ファイバー チャネル用に定義されたものと同じ 32 ビット多項式計算です。

ARINC 818 (ADVB) 仕様では、「コンテナ」をビデオの転送に使用される ADVB フレームのセットとして定義しています。つまり、ビデオ画像とデータは、多数の ADVB フレームにまたがる「コンテナ」にカプセル化されます。各 ADVB フレームの「ペイロード」には、データまたはビデオが含まれます。コンテナ内では、ARINC 818 は特定の種類のデータを含むオブジェクトを定義します。つまり、コンテナ内の特定の ADVB フレームはオブジェクトの一部です。

ARINC 818 がカラーXGAを送信する方法の例は、概要をよく表しています。XGA RGB では、約 141M バイト/秒のデータ転送が必要です (1024 ピクセル x 3 バイト/ピクセル x 768 ライン x 60 Hz)。プロトコル オーバーヘッドとブランキング時間を追加すると、2.125 Gbit/秒の標準リンク レートが必要になります。ARINC 818 は、ビデオ画像をファイバー チャネル フレームに「パケット化」します。各 FC フレームは、SOF (フレームの開始) と呼ばれる 4 バイトの順序セットで始まり、EOF (フレームの終了) で終わります。さらに、データの整合性のために 4 バイトの CRC が含まれます。シーケンスの最初の ADVB フレームのペイロードには、各ビデオ画像に付随するコンテナー ヘッダー データが含まれます。

各 XGA ビデオ ラインには 3072 バイトが必要で、これは FC ペイロードの最大長を超えるため、各ラインは 2 つの ADVB フレームに分割されます。XGA イメージを転送するには、1536 個の FC フレームの「ペイロード」が必要です。さらに、ADVB ヘッダー フレームが追加され、合計 1537 個の FC フレームになります。FC フレーム間にはアイドル文字が必要です。これは、送信機と受信機間の同期に使用されるためです。

ARINC 818 は航空電子工学アプリケーション向けに特別に開発されましたが、このプロトコルは、複数のセンサー出力が単一の高速リンクに多重化されるセンサー フュージョン アプリケーションですでに使用されています。ARINC 818-2 に追加された機能により、ARINC 818 をセンサ​​ー インターフェイスとして使用しやすくなります。

ARINC 818 仕様では、どの物理層を使用するかは規定されておらず、実装は銅線と光ファイバーの両方を使用して行われます。実装の大部分は光ファイバーを使用しますが、ARINC 818 の低速実装 (1.0625Gbp ～ 6.375 Gbit/s) では銅線 (twinax または TSP または同軸) が使用されることもあります。最も一般的に使用されるのは、850 nm MM 光ファイバー (<500m) または 1310 nm SM 光ファイバー (最大 10 km) です。ARINC 818 は、導体が少ない (スリップ リング、タレット)、軽量 (航空宇宙)、EMI耐性、長距離伝送 (航空宇宙、船舶) を必要とするアプリケーションに適しています。

ARINC 818 は柔軟性があり、さまざまな種類のビデオおよびデータ アプリケーションに対応できます。この規格の目的は、すべての実装に、リンク速度、ビデオ解像度、カラー スキーム、補助データのサイズ、ピクセル形式、タイミング分類、ビット パッキング スキームなどのヘッダーの主要パラメータを定義する小さなインターフェイス制御ドキュメント (ICD) を添付することです。相互運用性は、同じ ICD に基づいて構築された機器間でのみ保証されます。

ARINC 818 は、大規模なFPGAで一般的な、任意の FC 互換 8b/10b SerDesから構築できる FC 物理層を使用します。

ARINC 818 トランスミッタは、開始および終了順序セット、ヘッダー、CRC を含む有効な FC フレームを組み立てる必要があります。これはVHDL ステート マシンで簡単に実行でき、多くのPLD SerDes には CRC 計算が組み込まれています。

ARINC 818 の柔軟性により、フル イメージ バッファまたはディスプレイ ライン バッファのみを使用して受信機を実装できます。どちらの場合も、ピクセル、ライン、フレーム レベルで同期の問題を考慮する必要があります。

ライン バッファまたはFIFOベースの受信機では、送信機がディスプレイの厳格なライン タイミング要件に準拠する必要があります。ディスプレイの水平スキャンは正確でなければならないため、ラインの到着時間も正確である必要があります。ARINC 818 では、このようなタイミング パラメータをビデオ システムに固有の ICD でキャプチャすることを想定しています。

ARINC 818 の作成者は、FC を使用してさまざまなビデオ形式を転送してきた長年の総合的な経験に基づいており、一般的なアナログ形式の例を含む主要な実装の詳細が仕様に含まれています。

2013 年 12 月に批准された ARINC 818-2 には、より高いリンク レート、圧縮と暗号化のサポート、ネットワーキング、大面積ディスプレイ (LAD) で使用されるチャネル ボンディングなどの高度な表示スキームに対応する機能が追加されています。

リンク レート: オリジナルの ARINC 818 仕様が承認された時点では、ファイバー チャネル プロトコルは最大 8.5 ギガビット/秒 (Gb/s) のリンク レートをサポートしていました。ARINC 818-2 では、5.0、6.375 (FC 6x)、12.75 (FC 12x)、14.025 (FC 16x)、21.0375 (FC 24x)、および 28.05 (FC 32x) Gb/s のレートが追加されました。6x、12x、および 24x の速度は、物理媒体として電力を使用する高速双方向同軸の使用に対応するために追加されました。この仕様では、高速ビデオ リンクが不要なカメラ制御などのアプリケーション用に、双方向リターン パスの非標準リンク レートも規定されています。

圧縮と暗号化: ARINC 818 は、もともと非圧縮のビデオとオーディオのみを伝送することを想定していました。高解像度センサー、帯域幅が制限されたダウンリンクを持つ UAV/UAS、データのみのアプリケーションなどのアプリケーションでは、リンクを圧縮または暗号化する必要が生じました。最大限の柔軟性という理念を貫く ARINC 818-2 では、ICD が圧縮と暗号化の実装の詳細を指定することを要求しています。ARINC 818 プロトコルは、圧縮と暗号化の手段を提供しておらず、ペイロードが圧縮または暗号化されていることを示すフラグのみを提供します。

スイッチング: ARINC 818 はポイントツーポイント プロトコルとして設計されました。ARINC 818 の新しい実装の多くには複数のディスプレイや ARINC 818 の多数のチャネル (10 以上) があるため、スイッチングがさらに重要になっています。新しい仕様では、アクティブなスイッチングはフレーム間でのみ実行できることが規定されています。実際には、ビデオ フレームの破損を防ぐために、スイッチは垂直ブランキングまで待機する必要があります。ここでも、ICD が実装の詳細を制御します。

フィールド シーケンシャル カラー: フィールド シーケンシャル カラーをサポートするためにビデオ形式コードが追加されました。カラー フィールド シーケンシャル モードでは、通常、各カラー コンポーネントが個別のコンテナーで送信されます。

チャネル ボンディング: FPGA のリンク帯域幅の制限を克服するために、ARINC 818-2 は複数のリンクを並列でサポートします。ビデオ フレームは小さなセグメントに分割され、2 つ以上のリンクで送信されます。各リンクはヘッダー付きの完全な ADVB フレームを送信する必要があり、ICD はリンク間の遅延とスキューに対処します。

データ専用リンク: ARINC 818-2 は、双方向カメラ インターフェイスに必要なコマンド アンド コントロール チャネルなどで通常使用されるデータ専用リンクを提供します。これらのリンクでは、標準リンク レートまたは ICD で指定された非標準レートを使用できます。

関心領域: ARINC 818-2 プロトコルは、高速センサーやステレオ ディスプレイにとって重要な部分画像、タイリング、関心領域を定義する手段を提供します。

• テスト機器のディスプレイエミュレーションモードを定義します
• 送信モードと受信モードで使用される ARINC 818 デバイスの遅延予算を説明する新しい資料を追加します。
• 8b/10bエンコードバスの最高速度は10Gbit/s
• 12 Gbit/s以上の速度に対応する64B/66Bエンコーディングを追加
• 256B/257B または 64B/66B エンコーディングを使用して 28.05 Gbit/s (FC32X) バス速度をサポート
• 全体として、この改訂により、4K および 8K ディスプレイ、窓のないコックピット、VR、航空機周囲の高帯域幅センサーおよびカメラなどのテクノロジーが可能になります。

• 航空機の飛行制御システム
• ファイバーチャネル 8b/10b エンコーディング
• ファイバーチャネルネットワークプロトコル
• 統合モジュラー航空電子機器

• 818-1 航空電子デジタルビデオバス (ADVB) 高データレート、ARINC 2007 発行
• ARINC 818 が高性能ビデオ システムの新しいプロトコル標準に、COTS Journal、2006 年 12 月
• ARINC 818 の説明、Avionics Magazine、2008 年 3 月 1 日
• Paul Grunwald、「ARINC 818-2 の新機能」、第 32 回デジタル アビオニクス システム カンファレンス、ニューヨーク州シラキュース、2013 年 10 月 6 ～ 10 日。

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