ARINC 661标准的适用性分析

王敬驰，闫欣宇，许海洋，崔炳伟

（苏州长风航空电子有限公司，江苏 苏州 223200）

座舱显控系统是飞机座舱中提供显示功能的软硬件设备统称，是飞行员获取飞行信息，进行飞行安全的关键所在。时代发展，随着飞机性能的不断提升，各类新型传感器的不断引入，座舱显控系统所需要显示和控制的内容越来越多，复杂程度日益增加。

2001年， 美 国 公 司ARINC（Aeronautical Radio Inc，航空无线电通信公司）率先提出ARINC 661标准，即“座舱显控系统与用户系统接口”标准ARINC 661。标准将座舱显示系统（CDS）与用户系统（UA）进行分离，规范定义了两者之间的图形接口格式和通信数据格式，实现了画面显示和逻辑控制相互分离的座舱显控系统新构架，为提高座舱显控系统通用性水平提供了一个很好的解决方案。

目前，已经有多家国外飞机设备制造商将ARINC 661标准运用到量产飞机座舱显控系统的设计中，但是基于ARINC 661标准的座舱显控系统新构架由于标准化的图形接口格式和通讯数据格式也大幅度增加了通讯消息的大小，虽然标准未规定传输层的通讯协议，考虑传输效率以及传输速率的前提下，适用于标准构架座舱显示系统的通讯方式相对有限。同时特殊的数据流模式、流程化的应答机制以及脱离硬件平台的设计理念也给标准的适用性带来了一定的困难。

1 ARINC 661标准概述

ARINC 661标准2001年由美国ARINC公司率先提出，之后，成立了由航空各界代表组成的委员会对标准内容进行增补和修订。ARINC 661标准由于其在座舱显控系统开发中优异的表现，被多家国外飞机设备制造商运用到量产飞机的设计中。图1所示为部分基于ARINC 661标准机型的图例。表1所示为部分基于ARINC 661标准设计座舱显示系统的机型的信息。

图1 符合ARINC 661标准的机型

表1 基于ARINC 661标准设计座舱显示系统的机型

2 ARINC 661标准适用性研究

2.1 标准控件的适用性

标准的初版基于空客A380客机座舱显控系统与用户系统的接口设计，后期的增补和修订也是定期根据标准委员会成员的需求进行变更，标准控件对于民用客机具有较好的适用性，对于军用场景以及运输机、直升机等其他机种的特定使用要求下往往不能满足，需要进行控件定制化。此外，标准的控件增补和修订对比先进技术的应用通常具有滞后性。表2所示为ARINC661标准的发布时间以及增补内容。

从表2中可以看出标准的更新频率大概为两到三年一版，新增控件通常是对过去时间内需求变更的增补，存在一定的滞后性。例如触摸功能的实现，早期版本中虽然可以通过CursorOver、CursorPosOverlay等光标控制相关控件一定程度上实现单点触摸的功能，但对于多点触摸、手势功能等一系列复杂触摸功能无法完成覆盖，直到2016年的第六版标准中才增加了TouchArea和GestureArea控件用来丰富触摸功能的实现。同样，由于标准委员会成员都是国外飞机制造及设备厂商，国内飞机制造商尤其是军用飞机制造商的设计需求纳入标准的增补修订进展缓慢。丰富人机交互功能的小键盘控件和树形控件早就成熟运用在国内多种飞机座舱设计中，国内相关单位通过SCADE工具厂商的渠道申请增补，第六版标准中才增加了KeyboardArea控件，第七版中增加了Tree控件。

表2 ARINC661标准发布时间以及增补内容

此外，标准的增补内容大部分依托于国外飞机的工程实践，部分控件的实际使用场景及使用方式并未在标准中进行清晰的描述，也未给出对应控件的使用案例，从而导致了部分描述不清晰的标准增补控件在国内适用性并不高。

2.2 通讯协议的适用性

ARINC 661标准未对所使用的传输层通讯协议进行约定，在标准的附录中也提及了标准可以在ARINC 429、ARINC 664(AFDX)、UDP、以太网等通讯方式下适用，但是，由于ARINC 661标准所规定的图形接口格式和通讯数据格式中嵌套了大量的关键字，数据块信息位以及补位空位，极大增加了通讯消息的大小，在实际项目中部分复杂画面情况下通讯数据量超过10 kb，因此基于ARINC 661标准的座舱显控系统具有大带宽、高可靠的通讯要求，结合机载环境的特殊要求，综合传输效率各传输速率考虑，目前而言，除了ARINC 664协议，其他通讯协议对于ARINC 661标准的适用性相对较差，ARINC 664通讯协议在波音787和空客380上的实际应用也印证了其在基于ARINC 661标准的座舱显控系统中的有效性。表3所示为运行阶段ARINC 661通讯数据结构。

表3 运行阶段ARINC 661通讯数据结构

2.3 应答机制的适用性

ARINC 661标准提出了“激活”概念，并约定了CDS与UA之间的握手机制。设定了当前显示所需的画面为需要激活的画面，UA给CDS发送对应画面的“请求激活”指令，CDS收到指令后“激活”画面并给UA回传“画面已激活”指令，UA收到“画面已激活”指令后即表示CDS和UA已经完成了握手，可以对画面进行参数更改，否则UA将持续不断地给CDS发送“激活请求”指令。如图2所示为使用SCADE Suit工具来实现CDS与UA之间的握手功能。

图2 握手功能的模型搭建

握手机制的存在保证了CDS只对当前显示所需的画面进行解析渲染，大大降低了CDS的运行负担，提高了作图效率。但是，该机制下的CDS和UA是一一对应的，与目前飞机系统中提高安全可靠性的余度设计存在一定的冲突。

余度设计是系统或设备获得高可靠性的设计方法之一。在机载座舱显示系统的设计中，为保证显示器能够安全可靠地完成画面生成与显示、画面监视任务，系统应配备余度设计。根据现有的技术条件在复杂性、可靠性、研制成本、设备任务等方面做出合理的平衡，目前部分飞机座舱显控系统会采用双余度热备份设计方案，即同时有两个CDS在运行。根据标准指令协议，UA无法区分消息源是来自于双余度两个CDS中的那一个，将“请求激活”指令发送给两个CDS之后，无论哪个CDS回传“画面已激活”指令后，UA都认为已经完成握手，开始进行画面参数更改。这种情况下，如果双余度的两个CDS存在较大的启动时延，那么就会导致后启动的CDS无法收到“请求激活”指令，从而无法激活画面。该问题在实际项目开发中得到了印证，在不改变标准协议的前提下仅能通过延后“请求激活”指令发送的时间进行一定程度地避免。

2.4 维护保障的适用性

大部分飞机座舱显控系统中的接口定义依赖于飞机制造商规定的ICD协议，设备厂商需要根据对应的ICD协议完成软件的通讯接口设计，虽然通用性较差，但位域格式的ICD接口为后期维护保障提供了便利，可以通过对应的ICD位的实时监控快速定位问题。ARINC 661标准由于规范化定义了CDS与UA两者之间的通信数据格式，通讯消息不需要依赖ICD协议，仅需要按照标准要求进行通讯数据的封装即可实现数据通讯，通讯消息的长度以及具体内容都是不确定的，这一举措增强了通用性，但是在大数据量的非确定通讯数据中查验问题给后期维护带来了很大的困难，无法快速实现问题定位。目前，已有飞机制造商针对ARINC 661标准展开了总线数据可视化研究，定制了对应的监控软件，但大部分现有监控软件主要还是依赖于离线通讯数据记录，无法实现在线监控，适用性仍然有待提高。

3 总结

ARINC 661标准作为新一代座舱显示系统通用接口标准，已经逐渐被国内科研院所广泛研究运用，标准由于其通用性和普适性，在部分特定使用场景存在弊端，文章通过对基于ARINC 661标准的座舱显控系统研究，结合实际项目开发经验，探讨分析了部分特定需求条件下ARINC 661标准的适用性，为标准的合理使用提供了一定的参考依据。