ARINC 661標準的適用性分析

王敬馳，閆欣宇，許海洋，崔炳偉

（蘇州長風航空電子有限公司，江蘇 蘇州 223200）

座艙顯控系統是飛機座艙中提供顯示功能的軟硬件設備統稱，是飛行員獲取飛行信息，進行飛行安全的關鍵所在。時代發展，隨著飛機性能的不斷提升，各類新型傳感器的不斷引入，座艙顯控系統所需要顯示和控制的內容越來越多，復雜程度日益增加。

2001年， 美 國 公 司ARINC（Aeronautical Radio Inc，航空無線電通信公司）率先提出ARINC 661標準，即“座艙顯控系統與用戶系統接口”標準ARINC 661。標準將座艙顯示系統（CDS）與用戶系統（UA）進行分離，規范定義了兩者之間的圖形接口格式和通信數據格式，實現了畫面顯示和邏輯控制相互分離的座艙顯控系統新構架，為提高座艙顯控系統通用性水平提供了一個很好的解決方案。

目前，已經有多家國外飛機設備制造商將ARINC 661標準運用到量產飛機座艙顯控系統的設計中，但是基于ARINC 661標準的座艙顯控系統新構架由于標準化的圖形接口格式和通訊數據格式也大幅度增加了通訊消息的大小，雖然標準未規定傳輸層的通訊協議，考慮傳輸效率以及傳輸速率的前提下，適用于標準構架座艙顯示系統的通訊方式相對有限。同時特殊的數據流模式、流程化的應答機制以及脫離硬件平臺的設計理念也給標準的適用性帶來了一定的困難。

1 ARINC 661標準概述

ARINC 661標準2001年由美國ARINC公司率先提出，之后，成立了由航空各界代表組成的委員會對標準內容進行增補和修訂。ARINC 661標準由于其在座艙顯控系統開發中優異的表現，被多家國外飛機設備制造商運用到量產飛機的設計中。圖1所示為部分基于ARINC 661標準機型的圖例。表1所示為部分基于ARINC 661標準設計座艙顯示系統的機型的信息。

圖1 符合ARINC 661標準的機型

表1 基于ARINC 661標準設計座艙顯示系統的機型

2 ARINC 661標準適用性研究

2.1 標準控件的適用性

標準的初版基于空客A380客機座艙顯控系統與用戶系統的接口設計，后期的增補和修訂也是定期根據標準委員會成員的需求進行變更，標準控件對于民用客機具有較好的適用性，對于軍用場景以及運輸機、直升機等其他機種的特定使用要求下往往不能滿足，需要進行控件定制化。此外，標準的控件增補和修訂對比先進技術的應用通常具有滯后性。表2所示為ARINC661標準的發布時間以及增補內容。

從表2中可以看出標準的更新頻率大概為兩到三年一版，新增控件通常是對過去時間內需求變更的增補，存在一定的滯后性。例如觸摸功能的實現，早期版本中雖然可以通過CursorOver、CursorPosOverlay等光標控制相關控件一定程度上實現單點觸摸的功能，但對于多點觸摸、手勢功能等一系列復雜觸摸功能無法完成覆蓋，直到2016年的第六版標準中才增加了TouchArea和GestureArea控件用來豐富觸摸功能的實現。同樣，由于標準委員會成員都是國外飛機制造及設備廠商，國內飛機制造商尤其是軍用飛機制造商的設計需求納入標準的增補修訂進展緩慢。豐富人機交互功能的小鍵盤控件和樹形控件早就成熟運用在國內多種飛機座艙設計中，國內相關單位通過SCADE工具廠商的渠道申請增補，第六版標準中才增加了KeyboardArea控件，第七版中增加了Tree控件。

表2 ARINC661標準發布時間以及增補內容

此外，標準的增補內容大部分依托于國外飛機的工程實踐，部分控件的實際使用場景及使用方式并未在標準中進行清晰的描述，也未給出對應控件的使用案例，從而導致了部分描述不清晰的標準增補控件在國內適用性并不高。

2.2 通訊協議的適用性

ARINC 661標準未對所使用的傳輸層通訊協議進行約定，在標準的附錄中也提及了標準可以在ARINC 429、ARINC 664(AFDX)、UDP、以太網等通訊方式下適用，但是，由于ARINC 661標準所規定的圖形接口格式和通訊數據格式中嵌套了大量的關鍵字，數據塊信息位以及補位空位，極大增加了通訊消息的大小，在實際項目中部分復雜畫面情況下通訊數據量超過10 kb，因此基于ARINC 661標準的座艙顯控系統具有大帶寬、高可靠的通訊要求，結合機載環境的特殊要求，綜合傳輸效率各傳輸速率考慮，目前而言，除了ARINC 664協議，其他通訊協議對于ARINC 661標準的適用性相對較差，ARINC 664通訊協議在波音787和空客380上的實際應用也印證了其在基于ARINC 661標準的座艙顯控系統中的有效性。表3所示為運行階段ARINC 661通訊數據結構。

表3 運行階段ARINC 661通訊數據結構

2.3 應答機制的適用性

ARINC 661標準提出了“激活”概念，并約定了CDS與UA之間的握手機制。設定了當前顯示所需的畫面為需要激活的畫面，UA給CDS發送對應畫面的“請求激活”指令，CDS收到指令后“激活”畫面并給UA回傳“畫面已激活”指令，UA收到“畫面已激活”指令后即表示CDS和UA已經完成了握手，可以對畫面進行參數更改，否則UA將持續不斷地給CDS發送“激活請求”指令。如圖2所示為使用SCADE Suit工具來實現CDS與UA之間的握手功能。

圖2 握手功能的模型搭建

握手機制的存在保證了CDS只對當前顯示所需的畫面進行解析渲染，大大降低了CDS的運行負擔，提高了作圖效率。但是，該機制下的CDS和UA是一一對應的，與目前飛機系統中提高安全可靠性的余度設計存在一定的沖突。

余度設計是系統或設備獲得高可靠性的設計方法之一。在機載座艙顯示系統的設計中，為保證顯示器能夠安全可靠地完成畫面生成與顯示、畫面監視任務，系統應配備余度設計。根據現有的技術條件在復雜性、可靠性、研制成本、設備任務等方面做出合理的平衡，目前部分飛機座艙顯控系統會采用雙余度熱備份設計方案，即同時有兩個CDS在運行。根據標準指令協議，UA無法區分消息源是來自于雙余度兩個CDS中的那一個，將“請求激活”指令發送給兩個CDS之后，無論哪個CDS回傳“畫面已激活”指令后，UA都認為已經完成握手，開始進行畫面參數更改。這種情況下，如果雙余度的兩個CDS存在較大的啟動時延，那么就會導致后啟動的CDS無法收到“請求激活”指令，從而無法激活畫面。該問題在實際項目開發中得到了印證，在不改變標準協議的前提下僅能通過延后“請求激活”指令發送的時間進行一定程度地避免。

2.4 維護保障的適用性

大部分飛機座艙顯控系統中的接口定義依賴于飛機制造商規定的ICD協議，設備廠商需要根據對應的ICD協議完成軟件的通訊接口設計，雖然通用性較差，但位域格式的ICD接口為后期維護保障提供了便利，可以通過對應的ICD位的實時監控快速定位問題。ARINC 661標準由于規范化定義了CDS與UA兩者之間的通信數據格式，通訊消息不需要依賴ICD協議，僅需要按照標準要求進行通訊數據的封裝即可實現數據通訊，通訊消息的長度以及具體內容都是不確定的，這一舉措增強了通用性，但是在大數據量的非確定通訊數據中查驗問題給后期維護帶來了很大的困難，無法快速實現問題定位。目前，已有飛機制造商針對ARINC 661標準展開了總線數據可視化研究，定制了對應的監控軟件，但大部分現有監控軟件主要還是依賴于離線通訊數據記錄，無法實現在線監控，適用性仍然有待提高。

3 總結

ARINC 661標準作為新一代座艙顯示系統通用接口標準，已經逐漸被國內科研院所廣泛研究運用，標準由于其通用性和普適性，在部分特定使用場景存在弊端，文章通過對基于ARINC 661標準的座艙顯控系統研究，結合實際項目開發經驗，探討分析了部分特定需求條件下ARINC 661標準的適用性，為標準的合理使用提供了一定的參考依據。