INTEGRAÇÃO DIGITAL DE AVIÔNICOS POR BARRAMENTO MIL-STD-1553B E PLANO DE TESTES DE VALIDAÇÃO DA MIL-HDBK-1553A

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1 INTEGRAÇÃO DIGITAL DE AVIÔNICOS POR BARRAMENTO MIL-STD-1553B E PLANO DE TESTES DE VALIDAÇÃO DA MIL-HDBK-1553A Pedro Carlos da Silva Euphrásio Irany de Andrade Azevedo Instituto Tecnológico de Aeronáutica Divisão de Engenharia Eletrônica São José dos Campos - CEP Introdução Na década de 60 observou-se um aumento da quantidade de equipamentos aviônicos embarcados em aeronaves compondo sistemas de complexa integração nas aeronaves. A integração tornou-se necessária para melhor distribuição das informações entre os sistemas, pois os sistemas antigos conectavam uma pequena quantidade de aviônicos ponto-a-ponto e, quando uma informação era necessária a vários equipamentos, várias ligações eram feitas entre eles. Foi então criado um caminho de dados único entre os equipamentos, comumente chamado de barramento. O aumento da complexidade dos equipamentos embarcados resultou no crescimento de interconexões entre os vários componentes de uma aeronave e, conseqüentemente, aumentando seu peso e tamanho. Para solucionar esse problema, em 1968 a filial da SAE, Aerospace Branch of the Society of Automotive Engineers (Filial Aeroespacial da Sociedade de Engenheiros de Automóvel), estabeleceu um comitê com pessoas das áreas militar e industrial para definir os requisitos básicos de um barramento de dados serial (dados enviados em um fluxo, um bit de cada vez, através do barramento). O Departamento de Defesa dos Estados Unidos denominou o projeto como norma MIL-STD-1553 a fim de ser aplicada pelos militares e seus contratantes. Esta norma militar estabeleceu parâmetros técnicos e de projeto para os processos, procedimentos, práticas e métodos que foram adotados como padrão. Em 1978, a norma foi revisada e passou a ser denominada MIL-STD-1553B. A MIL-STD-1553B define as características elétricas e de protocolo para um barramento de dados e utiliza a multiplexação por divisão no tempo (TDM), operando assincronamente com comando e resposta, sendo adequada para a utilização em aplicações aeroespaciais. As informações que tramitam neste barramento são compartilhadas entre os subsistemas aviônicos, tendo esta integração algumas

2 vantagens: eliminação da duplicação de informações de sensores e displays, ganhos de desempenho e segurança, redução de custos e otimização de espaço na aeronave. Os requisitos básicos para a padronização do barramento 1553B são: As informações devem ser transferidas entre os terminais do barramento por um canal de comunicação serial digital; Os requisitos de interface elétrica são definidos por um padrão único para todos os terminais e conexões do barramento; As informações devem ser transferidas de forma confiável, determinística e no formato de comando / resposta. 2. A Estrutura da MIL-STD-1553B O barramento MIL-STD-1553B foi projetado para conexão de até 32 unidades, ou terminais (módulos) no barramento. A estrutura do 1553B é composta por três tipos de módulos: Controlador do Barramento (Bus Controller-BC), Terminal Remoto (Remote Termina-RT) e Monitor do Barramento (Bus Monitor-BM). Cada módulo determina as funções dos terminais na estrutura do barramento. Na figura 1 podemos ver um exemplo típico de terminais integrados em um barramento 1553B. BC BM Computador de Navegação Computador de Navegação2 Sistema de Navegação Inercial (INS) RT Sistema de Posicionamento Global (GPS) RT Radar Altímetro (RALT) RT Figura 1: Exemplo de Terminais Integrados via Barramento 1553B O Controlador do Barramento, BC transmite e recebe dados, coordenando o fluxo de todas as transmissões no barramento através de comandos para os RTs em momentos pré-determinados. Todas as transferências de comandos e dados no barramento são iniciadas pelo BC, portanto nenhuma comunicação pode ser iniciada por outro terminal. O Monitor do Barramento, BM é um terminal usado para monitoramento do barramento de dados. Tem as tarefas de listar o tráfego no barramento e a de extrair

3 informação selecionada para utilização posterior. Todas as informações obtidas, enquanto agindo como monitor, são usadas estritamente para aplicações offline (gravação de teste em vôo, registro para manutenção, análise de missão). Em caso de falha no BC, o monitor do barramento (BM) contém informações suficientes para assumir a função de BC. O Terminal Remoto ou Remote Terminal, RT é uma unidade da aviônica projetada para transferir dados entre o subsistema da aeronave a que pertence e o barramento de dados. Ele recebe comandos e envia respostas ao BC codificando e decodificando as mensagens. 2.1 Definições das Palavras 1553B As informações trafegam no barramento em forma de palavras. Uma palavra do barramento 1553B é formada por uma seqüência de 20 bits: 3 bits para o sinal de sincronização (sync),16 bits para dados, comando ou estado e 1 bit de paridade. As informações (palavras) que circulam no barramento de dados podem ser de três tipos: Palavra de Comando (Command Word figura 2), Palavra de Estado (Status Word figura 3) e Palavra de Dados (Data Word figura 4) Figura 2: Palavra de Comando Bit 1 ao 3: sincronismo; bit 4 ao 8: endereço do terminal remoto (RT); bit 9:Transmitir(1) ou Receber(0); bit 10 ao 14: subendereco do RT ou comando de modo de operação; bit 15 ao19:contador da palavra de dados ou código do Modo; bit 20: paridade Figura 3: Palavra de Estado Bit 1 ao 3: sincronismo; bit 4 ao 8: endereço do terminal remoto (RT); bit 9: erro na mensagem; bit 10: instrumentação; bit 11: pedido (requisição) de serviço; bit 12 ao 14: reservado; bit 15: recepção de comando broadcast (difusão); bit 16: Ocupado(Bus); bit 17: bandeira de um subsistema; bit 18: aceitação do controle do barramento dinâmico; bit 19: bandeira de finalização; bit 20: paridade Figura 4: Palavra de dados Bit de 1 ao 3: sincronismo; bit de 4 ao 19: dados; bit 20: bit de paridade

4 2.2 Fluxos de Informações O barramento 1553B utiliza o princípio de comando / resposta onde todas as recepções de comando (sem erro) por um RT são seguidas por uma transmissão de uma palavra de estado (status word) do RT para o BC. Esta troca de dados valida o recebimento do comando pelo RT. Os tipos de transferências de mensagens são BC- RT, RT-BC e RT-RT. O protocolo do barramento 1553B permite também transmissão no modo difusão (broadcast) e transferências especiais classificadas como Mode Code (modo de operação especial que os RTs assumem ao receber o código enviado pelo BC). A figura 5 apresenta uma mensagem do Controlador do Barramento para o Terminal Remoto (BC-RT), onde é enviada uma palavra de comando receba (receive command), seguida das palavras de dados (data word). Ao receber as palavras, o terminal remoto responde com uma palavra de estado (status word) informando se recebeu a mensagem com ou sem erros. BC envia comando e dados para RT RT responde para BC RECEIVE DATA DATA DATA DATA STATUS # COMMAND WORD WORD WORD WORD WORD NEXT COMMAND WORD # = INTERVALO ENTRE AS = TEMPO DE RESPOSTA Figura 5: Exemplo de Mensagem BC-RT 3. Montagem Experimental do Barramento 1553B No Laboratório de Guerra Eletrônica do ITA foram feitas instalações de duas placas padrão 1553B (modelo PASS-PCI-1 e ABI-PCI-1) em slot PCI em dois computadores distintos juntamente com cabos e terminadores de padrão 1553B. A figura 6a ilustra essa montagem. A construção de um barramento 1553B entre dois computadores possibilitou a realização de testes elétricos e de protocolo em laboratório, facilitando a compreensão de conceitos da norma MIL-STD-1553B e a verificação de possíveis falhas na construção do barramento e na caracterização das mensagens. Nos testes elétricos foram feitas verificações de alguns parâmetros como: níveis de tensão, impedância característica e continuidade. Nos testes de protocolo foram feitas medidas de tempo

5 de reposta, intervalo entre mensagens, número máximo de envio e recebimento de palavras de dados entre outros. Utilizando o software PASS3200, foram realizadas simulações entre sistemas e subsistemas de aviônica, onde se pôde monitorar o tráfego de mensagens entre os terminais remotos e o controlador do barramento. Obteve-se como primeiro resultado uma familiarização com o barramento 1553B antes de se iniciar testes de monitoramento em aeronaves. Comando enviado pelo BC. Resposta do RT. Figura 6: Testes Elétricos e de Protocolo no Laboratório de GE no ITA 4. Utilização do Sistema PASS3200 para a Leitura do 1553B em Aeronaves da FAB e para a realização de Testes de Validação. Os mesmos meios de conexão (stubs, conectores e transformadores) testados em laboratório e a placa PASS-PCI-1 foram utilizados posteriormente em testes nas aeronaves A-1 do 1º/16º GAv na BASC onde fez-se um levantamento dos terminais da aeronave que estavam ligadas ao barramento 1553B. Após a identificação dos terminais, foi feita a gravação das mensagens trocadas pelo HUD (Head Up Display) com o BC/MC (Bus Controller / Main computer). Logo em seguida, o HUD foi desligado e, no editor de terminais remotos do software PASS3200, configurou-se o respectivo endereço e subendereço do HUD com as palavras de estado (status word) corretas para a transmissão e recepção que deveria fazer com o BC/MC. O computador passou a trabalhar no modo ativo e o teste foi realizado com sucesso sem aviso de erros enviados pelo BC/MC. Também foram realizados testes previstos no Plano de Testes de Validação de Terminais Remotos da Norma MIL-HDBK-1553A. Esses testes foram realizados em duas configurações: RT energizado no Banco de Testes no Laboratório de Eletrônica do Esquadrão de Suprimento e Manutenção (ESM) da BASC; e

6 RT integrado ao barramento da aeronave A no 1º/16º GAv. Nessas configurações, verificou-se que alguns requisitos especificados para terminais remotos previstos na MIL-HDBK-1553A não foram atendidos. 5. Conclusão O Programa de Fortalecimento do Controle do Espaço Aéreo prevê o reaparelhamento da Força Aérea Brasileira. As aeronaves incluídas nos processos de compra e revitalização possuem modelos de barramento de dados (ARINC 429, MIL- STD-1553B) que permitem um maior controle e uma maior integração entre sistemas. Torna-se vital o conhecimento de como as novas unidades de aviônica conversam entre si. Esses sistemas precisam ser compreendidos para que os dados fornecidos pelo fabricante sejam verificados e testados pelas equipes de recebimento, operação e manutenção. A capacidade de caracterizar equipamentos e sistemas é de fundamental importância para se evitar má operação e gastos em atualizações desnecessárias. A geração de conhecimento deve ser estimulada para que os mantenedores e operadores sejam capazes de otimizar a utilização de novos sistemas e o Ensino e a Pesquisa estejam síncronos para um melhor aproveitamento na disseminação deste conhecimento.

7 Bibliografia [1] EUPHRÁSIO, P.C.S.; IRANY, A.A. Modelagem e Avaliação de Dados de Sistema de Controle Embarcado, São José dos Campos, ITA, Fev [2] EUPHRÁSIO, P.C.S. Estudo da Utilização de Placas PASS-PCI-1/1 e ABI-PCI- 1/1 para Aquisição e Controle de Dados no Barramento MIL-STD-1553B, São José dos Campos, ITA, Dez [3] Principles of MIL-STD Louisiana NE, SBS Avionics Technologies, Sep [4] An Interpretation of MIL-STD-1553B. Louisiana NE, SBS Avionics Technologies, Aug [5] PASS 3200 User s Manual. Louisiana NE, SBS Avionics Technologies, Sept [6] SPITZER, C. R. Digital Avionics Systems. New Jersey, Prentice Hall, 1987 [7] SPITZER, C. R The Avionics Handbook. New York, CRC Press, [8] MIL-STD-1553B Interface Standard for Digital Time Division Command/Response Multiplex Data Bus. DoD, 21 Sep 1978 [9] MIL-HDBK-1553A - Multiplex Applications Handbook. DoD, 1 Nov [10] MIL-STD-1553 ABI/ASF User s Manual. Louisiana NE, SBS Avionics Technologies, Sep 2000.