Como é o Sistemas de Barramento de Dados (Databuses)?

Introdução aos Sistemas de Barramento de Dados (Databuses)

Os sistemas de barramento de dados em aeronaves, conhecidos como databuses, são essenciais para a comunicação e troca de informações entre os diversos equipamentos aviônicos. Nesta seção, exploraremos os princípios fundamentais dos databuses e apresentaremos alguns dos sistemas mais comuns em aeronaves modernas.

O que é um “Bus”?

A palavra “bus” é uma abreviação do termo grego “omnibus”, que significa “para todos”. No contexto de computadores e sistemas digitais, “bus” refere-se a um sistema que permite a interconexão e a troca de dados entre os dispositivos de um sistema complexo. É importante notar que a “interconexão” vai além da simples fiação física; ela define os níveis de tensão e as regras (ou protocolos) que governam a transferência de dados.

Com a grande quantidade de sistemas aviônicos, uma aeronave moderna necessita de uma quantidade considerável de cabeamento. Além disso, alguns desses cabos podem ser bastante longos, especialmente em aeronaves de grande porte.

O cabeamento representa uma parcela significativa do peso vazio de uma aeronave, tornando a minimização da quantidade de fios uma consideração crucial no projeto de aeronaves modernas, tanto civis quanto militares.

Terminologia Essencial dos Databuses

Para entender completamente os databuses, é importante familiarizar-se com alguns termos técnicos.

Direcionalidade e Transmissão de Dados

Dados seriais e paralelos unidirecionais e bidirecionais

Os sistemas de barramento podem ser:

• Unidirecionais: A transmissão de dados ocorre em apenas um sentido.
• Bidirecionais: A transmissão de dados pode ocorrer nos dois sentidos.

Além disso, a transmissão de dados pode ser:

• Serial: Um bit de dado é transmitido por vez.
• Paralela: Vários bits de dados (geralmente 8, 16 ou 32) são transmitidos simultaneamente através de múltiplas linhas de dados.

Dados seriais unidirecionais funcionam enviando bits de informação um após o outro, sequencialmente, através de uma única linha de comunicação, em um único sentido. Pense em uma fila única de carros em uma estrada de mão única: cada carro (bit) passa um por vez, e o tráfego só segue em uma direção. Embora seja mais lento que a transmissão paralela (pois os bits chegam um de cada vez), é mais eficiente em termos de cabeamento e menos suscetível a problemas de sincronização em longas distâncias. A comunicação é sempre do transmissor para o receptor, sem a possibilidade de retorno pela mesma linha. É como uma mangueira de jardim onde a água (dados) flui em uma única direção, um pouco de cada vez, até o destino final.

Dados seriais bidirecionais funcionam enviando bits de informação um após o outro, sequencialmente, mas permitindo a comunicação em ambos os sentidos através da mesma linha de comunicação (ou um par de linhas dedicadas para a comunicação bidirecional). Imagine uma estrada de mão dupla com uma única faixa em cada sentido: os carros (bits) ainda passam um por vez em cada faixa, mas o tráfego pode fluir em ambas as direções. Isso permite que os dispositivos não apenas enviem dados, mas também recebam respostas ou enviem dados de volta pela mesma conexão, tornando a comunicação mais interativa e flexível, embora ainda sequencial. É como uma conversa telefónica, onde as pessoas falam uma de cada vez, mas a comunicação é nos dois sentidos pela mesma linha telefónica. Este método é eficiente em termos de cabeamento e é amplamente utilizado onde a troca de informações em tempo real é necessária, como em muitos sistemas de aeronaves modernas (por exemplo, ARINC 664/AFDX, que é uma evolução do ARINC 429).

Devido às restrições impostas pelo comprimento e peso dos condutores, todos os sistemas de barramento práticos em aeronaves são baseados na transferência de dados serial.

Os sistemas de barramento fornecem um meio eficiente de trocar dados entre os diversos sistemas aviônicos encontrados em uma aeronave moderna.

Dados paralelos unidirecionais funcionam enviando múltiplos bits de informação simultaneamente através de várias linhas de dados dedicadas, em um único sentido. Imagine várias pistas de uma autoestrada onde cada pista transporta um pedaço diferente da informação ao mesmo tempo, mas o tráfego só flui em uma direção. Isso permite uma alta velocidade de transferência de dados, pois todos os bits de uma ‘palavra’ de dados chegam ao destino ao mesmo tempo, mas a comunicação é sempre do transmissor para o receptor, sem retorno pela mesma via. É como um rio que flui sempre na mesma direção, carregando vários objetos lado a lado. No contexto da figura, a LRU Aviônica da esquerda envia 8 bits de dados (MSB a LSB) simultaneamente para a LRU Aviônica da direita, e a direção da seta indica que o fluxo de dados é apenas nesse sentido (unidirecional).

LRU (Line Replaceable Unit): Unidade substituível em linha; um componente modular de uma aeronave que pode ser rapidamente removido e substituído para manutenção. É um termo técnico amplamente utilizado na aviação, e muitas vezes é mantido no original mesmo em textos em português, ou traduzido como ‘Unidade Substituível em Linha’ com a sigla entre parênteses para clareza.

PONTO CHAVE: Aeronaves modernas utilizam múltiplos sistemas de barramento redundantes para a troca de dados entre os vários sistemas e subsistemas aviônicos. Esses sistemas de barramento usam transferência de dados serial porque minimiza o tamanho e o peso do cabeamento da aeronave.

Protocolos de Barramento

Cada unidade individual substituível em linha (LRU), como a interface de dados do motor ou as unidades eletrônicas de flaps/slats, é conectada ao barramento por meio de um acoplador de barramento dedicado e um módulo de interface serial.

Dentro da LRU, a lógica digital dedicada e os sistemas de microprocessadores que processam dados localmente utilizam seus próprios sistemas de barramento local. Esses sistemas de barramento local invariavelmente usam transferência de dados paralela, ideal para mover grandes quantidades de dados muito rapidamente, mas apenas em curtas distâncias.

A noção de um protocolo precisa de uma breve explicação. Imagine que você precisa organizar uma discussão entre várias pessoas sentadas ao redor de uma mesa, todas vendadas. Para garantir que não falem todas ao mesmo tempo, você precisa estabelecer regras básicas, incluindo como os participantes indicarão que têm algo a dizer e como estabelecer prioridades caso vários queiram falar simultaneamente.

Essas considerações formariam um protocolo acordado para conduzir a discussão. Em sistemas de computadores e comunicações digitais, protocolos são estabelecidos para permitir a troca eficiente de dados entre múltiplos dispositivos conectados ao mesmo barramento. Diversos padrões diferentes são comumente utilizados.

Arquitetura de Barramento

Arquitetura de barramento é um termo geral que se refere à estrutura geral de um computador ou outro sistema digital que depende de um barramento para sua operação. A arquitetura é frequentemente descrita na forma de um diagrama de blocos esquemático, mostrando como os vários elementos do sistema estão interconectados e como o fluxo de dados é organizado entre eles.

• Sistemas Unidirecionais: Simplificam a interconexão em cenários específicos, mas podem exigir mais fiação para comunicação bidirecional.
• Sistemas Bidirecionais: Simplificam a interconexão das LRUs e permitem que todos os dispositivos transmitam e recebam no mesmo barramento, otimizando o cabeamento.

PONTO CHAVE: Protocolos de comunicação permitem a troca eficiente de dados entre vários dispositivos conectados ao mesmo barramento. Os protocolos consistem em um conjunto de regras e especificações que regem, entre outras coisas, o formato dos dados e as conexões físicas.

SISTEMAS ELETRÔNICOS E DE COMPUTADOR DIGITAIS DE AERONAVES

Princípios do Barramento Serial

Um sistema simples para transferência de dados serial entre duas LRUs, cada uma compreendendo um sistema aviônico por si só, envolve a transferência de dados dentro da LRU usando um barramento de dados paralelo interno (de 8, 16, 32 ou 64 bits de largura). A ligação entre as duas LRUs é feita usando um cabo serial simples (muitas vezes com apenas dois, quatro ou seis condutores).

A conversão de dados paralelo-serial e serial-paralelo necessária é realizada por uma interface de barramento (frequentemente uma única placa ou módulo dentro da LRU). Os dados a serem transferidos podem ser síncronos (usando sinais de clock gerados localmente em cada LRU) ou assíncronos (ou seja, auto-sincronizados).

O sistema descrito acima tem a limitação óbvia de que os dados só podem ser trocados entre dois dispositivos. Na prática, precisamos compartilhar os dados entre muitas LRUs/unidades aviônicas. Isso pode ser alcançado pelo sistema de barramento ilustrado em um sistema prático de barramento de dados de aeronave.

Nesse sistema, os dados são transferidos usando um cabo de barramento de par trançado blindado (STP) com vários painéis acopladores localizados em pontos apropriados na aeronave (por exemplo, o cockpit, o compartimento de aviônicos, etc.). Cada painel acoplador permite que várias unidades aviônicas sejam conectadas ao barramento usando um cabo de derivação (stub cable). Para otimizar a velocidade de transferência de dados e minimizar problemas associados à reflexão e incompatibilidade, o cabo do barramento deve ser terminado em cada extremidade usando um terminador de barramento compatível.

Os acopladores de barramento são produzidos como unidades de modo de tensão ou modo de corrente, dependendo se usam dispositivos de detecção de tensão ou corrente. Dentro de cada LRU/unidade aviônica, uma interface é fornecida que realiza a conversão de dados serial-paralelo ou paralelo-serial necessária.

Além de fornecer uma interface elétrica (com deslocamento de nível de tensão e corrente apropriado), a unidade de interface também converte os formatos de dados (por exemplo, de dupletos analógicos seriais presentes no cabo de derivação para dados seriais codificados em Manchester exigidos pelo controlador do terminal).

Para transmitir dados usando o barramento de dados serial, as informações devem ser apresentadas em um formato padrão. Um formato típico para dados seriais usaria um comprimento de palavra de 32 bits. Esta palavra compreende vários campos discretos, incluindo:

• Até 20 bits para dados (que podem ser subdivididos);
• Um campo de etiqueta (label) de 8 bits, usado para identificar o tipo de dados e quaisquer parâmetros que possam estar associados a ele;
• Um identificador de origem/destino (SDI);
• Vários bits de status usados para fornecer informações sobre o modo, condição do hardware ou validade dos dados;
• Um bit de paridade adicionado que fornece um meio de validar os dados (ou seja, determinar se estão ou não livres de erros).

PONTO CHAVE: Um meio de converter dados seriais em dados paralelos (e vice-versa) é necessário sempre que uma LRU deve ser conectada a um sistema de barramento de aeronave.

Uma interface de barramento básica

ARINC 429: Um Padrão Consagrado

O barramento de dados ARINC 429 provou ser um dos padrões de barramento mais populares usados em aeronaves comerciais. A especificação ARINC 429 define as características elétricas e de dados e os protocolos utilizados.

O ARINC 429 emprega um padrão de barramento de dados unidirecional conhecido como Mark 33 Digital Information Transfer System (DITS). As mensagens são transmitidas em pacotes de 32 bits a uma taxa de bits de 12,5 ou 100 kilobits por segundo (referidas como baixa e alta taxa de bits, respectivamente).

Como o barramento é unidirecional, portas, acopladores e cabos separados serão necessários quando uma LRU desejar transmitir e receber dados. Note que um grande número de conexões de barramento pode ser necessário em uma aeronave que usa sistemas aviônicos sofisticados.

O ARINC 429 foi instalado em uma ampla variedade de aeronaves de transporte comercial, incluindo: Airbus A310/A320 e A330/A340; Boeing 737, 747, 757 e 767; e McDonnell Douglas MD-11.

Aeronaves mais modernas (por exemplo, Boeing 777 e Airbus A380) usam especificações de barramento significativamente aprimoradas para reduzir o peso e o tamanho do cabeamento e facilitar taxas de dados mais altas do que as possíveis com o ARINC 429. Apesar dessas mudanças para padrões de barramento bidirecionais mais rápidos, o padrão ARINC 429 provou ser altamente confiável e, portanto, provavelmente permanecerá em serviço por muitos anos.

Características Elétricas do ARINC 429

O ARINC 429 é um barramento diferencial de dois fios que pode conectar um único transmissor ou fonte a um ou mais receptores ou sumidouros. Duas velocidades estão disponíveis: 12,5 kbps (bits por segundo) e 100 kbps. O barramento de dados usa dois fios de sinal para transmitir palavras de 32 bits. A transmissão de palavras sequenciais é separada por pelo menos quatro tempos de bit de NULO (tensão zero). Isso elimina a necessidade de um sinal de clock separado e torna o sistema auto-sincronizado.

PONTO CHAVE: A Aeronautical Radio Inc. (ARINC) é uma organização composta pelas principais companhias aéreas e fabricantes de aeronaves que busca promover a padronização de equipamentos aeronáuticos. Mais informações sobre a ARINC e os padrões aeronáuticos podem ser obtidas em www.arinc.com (Nota: O link original www.arinc.com pode não estar mais ativo ou redirecionar. Este é um link alternativo com informações relevantes sobre padrões ARINC).

As características elétricas do ARINC 429 são resumidas abaixo:

• Níveis de Tensão: +5 V, 0 V, –5 V (cada condutor em relação ao terra); +10 V, 0 V, –10 V (condutor A em relação ao condutor B)
• Codificação de Dados: Bipolar com retorno a zero (BPRZ)
• Tamanho da Palavra: 32 bits
• Taxa de Bits (Alta): 100 kbps
• Taxa de Bits (Baixa): 12,5 kbps
• Taxa de Transição (Alta): 1,5 µs (±0,5 µs)
• Taxa de Transição (Baixa): 10 µs (±5 µs)

A tensão de transmissão nominal é de 10 V ± 1 V entre os fios (diferencial), com polaridade positiva ou negativa. Portanto, cada perna do sinal varia entre +5 V e –5 V. Se um condutor está em +5 V, o outro condutor está em –5 V, e vice-versa. Um fio é chamado de condutor ‘A’ (ou ‘+’ ou ‘HI’) e o outro é chamado de fio ‘B’ (ou ‘–’ ou ‘LO’).

A modulação empregada é a modulação bipolar com retorno a zero (BPRZ). O estado do sinal composto pode estar em um dos seguintes três níveis (medidos entre os condutores):

• HI: Deve estar dentro da faixa de +7,25 V a 11 V (A para B);
• NULL: Deve estar dentro da faixa de +0,5 V a –0,5 V (A para B);
• LO: Deve estar dentro da faixa de –7,25 V a –11 V (A para B).

A tensão recebida em um barramento serial depende do comprimento da linha e do número de receptores conectados ao barramento. Com o ARINC 429, não mais do que 20 receptores devem ser conectados a um único barramento. Como cada barramento é unidirecional, um sistema precisa ter seu próprio barramento de transmissão se for necessário responder ou enviar mensagens. Portanto, para obter transferência de dados bidirecional, é necessário ter duas conexões de barramento separadas.

Protocolo do ARINC 429

Como pode haver apenas um transmissor em um par de fios trançados, o ARINC 429 usa um protocolo ponto-a-ponto muito simples. O transmissor está continuamente enviando palavras de dados de 32 bits ou é colocado no estado NULO. Note que, embora possa haver apenas um receptor em um cabo de barramento específico, a especificação ARINC suporta até 20.

Temporização de Bits e Taxa de Transição (Slew Rate)

A taxa de transição (slew rate) refere-se ao tempo de subida e descida da forma de onda ARINC. Especificamente, refere-se à quantidade de tempo que o sinal ARINC leva para subir dos pontos de amplitude de tensão de 10% a 90% nas bordas de subida e descida de um pulso. Os dados da Tabela 4.1 aplicam-se aos sistemas ARINC 429 de alta e baixa velocidade.

Tabela 4.1: Parâmetros ARINC 429

Formato da Palavra de Dados ARINC 429

Na maioria dos casos, uma mensagem ARINC consiste em uma única palavra de dados de 32 bits. O campo de etiqueta (label) de 8 bits define o tipo de dados contido no restante da palavra. As palavras de dados ARINC têm sempre 32 bits e normalmente incluem cinco campos principais: paridade, SSM, dados, SDI e etiqueta. A convenção ARINC numera os bits de 1 (LSB) a 32 (MSB). Vários formatos de dados diferentes são possíveis.

Os bits são transmitidos começando com o bit 1 da etiqueta, e o bit final transmitido é o bit de paridade. O padrão especifica o uso de paridade ímpar (o bit de paridade é definido como 1 ou redefinido para 0 para garantir que haja um número ímpar de 1s em cada palavra transmitida). Vale ressaltar que a etiqueta é transmitida com o MSB primeiro, enquanto os dados são transmitidos com o LSB primeiro.

• Campo de Etiqueta (Label): Um valor octal que indica o tipo de dados (por exemplo, velocidade no ar, altitude, etc.) que está sendo transmitido.
• Campo SDI (Source/Destination Identifier): Usado quando um transmissor está conectado a múltiplos receptores, mas nem todos os dados se destinam a todos os receptores. Cada receptor receberá um valor SDI e observará apenas as etiquetas que correspondem ao seu valor SDI.
• Campo de Dados: Contém os dados reais a serem enviados. Os principais formatos de dados definidos na especificação são BCD (Binary Coded Decimal), que usa grupos de quatro bits para conter um único dígito decimal, e BNR (Binary Number Representation), que é codificação binária. Para ambos os tipos de dados, a especificação define as unidades, resolução, faixa, número de bits usados e com que frequência a etiqueta deve ser enviada.
• Campo SSM (Sign/Status Matrix): Usado para informações que auxiliam na interpretação do valor numérico no campo de dados. Exemplos de valores SSM podem ser Norte, Leste, Sul, Oeste, Mais, Menos, Acima ou Abaixo.
• Campo P (Parity): O bit de paridade. O ARINC 429 usa paridade ímpar.

A especificação binária ARINC 429 exige o uso da notação de complemento de dois para indicar números negativos. Este formato binário é conhecido como BNR.

Formato da palavra de dados BCD ARINC 429

Formato básico da palavra BNR ARINC 429 (observe que o comprimento total é de 32 bits

Exemplos de códigos de etiqueta ARINC 429

Além do ARINC 429: Outros Barramentos de Dados na Aviação

Enquanto o ARINC 429 é um padrão consagrado e amplamente conhecido, a evolução da aviônica trouxe e continua a trazer diversos outros sistemas de barramento de dados. Compreender esses outros barramentos é crucial para ter uma visão completa da complexidade e da engenharia por trás dos sistemas de comunicação em aeronaves modernas.

O objetivo principal de todos esses padrões é garantir que fabricantes de equipamentos e operadores trabalhem com especificações comuns, assegurando a interoperabilidade e a capacidade de atualização de hardware e software.

Padrões Anteriores e Evoluções do ARINC

•ARINC 419: Precedeu o ARINC 429, descrevendo vários padrões de transmissão digital. Alguns utilizavam palavras de 32 bits semelhantes ao 429, com sistemas de seis fios ou pares trançados de dois fios (como o 429) ou cabo coaxial. Os níveis de tensão podiam ser de dois ou três estados.

•ARINC 561: Baseado em um sistema de seis fios (três pares para DADOS, SINCRONIZAÇÃO e CLOCK). Utilizava codificação NRZ (Non-Return to Zero) e palavras de 32 bits, com um campo de 8 bits para etiqueta e campos BCD. Foi comum em aeronaves fabricadas antes de 1970.

•ARINC 573: Padrão para gravadores de dados de voo (FDR), usando um fluxo contínuo de palavras de 12 bits codificadas em Harvard Bi-Phase. As palavras são organizadas em quadros que contêm dados dos subsistemas aviônicos. O ARINC 717 o sucedeu, permitindo diferentes taxas de bits e tamanhos de quadro.

•ARINC 575: Semelhante ao ARINC 429, é um sistema de barramento de baixa velocidade baseado em um único par de fios trançados. Devido à sua baixa taxa de dados, é considerado obsoleto, embora eletricamente compatível com o ARINC 429 de baixa velocidade em algumas variantes.

•ARINC 615: Um protocolo de software que pode ser sobreposto a sistemas compatíveis com ARINC 429. Suporta transferência de dados de alta velocidade para sistemas digitais de bordo, permitindo, por exemplo, a leitura e escrita de discos.

•ARINC 629: Introduzido em meados da década de 1990, este barramento é significativamente mais rápido (2 Mbps, 20 vezes mais rápido que o ARINC 429) e suporta até 120 dispositivos conectados. Uma melhoria notável é que o ARINC 629 é um sistema de barramento bidirecional, permitindo que os dispositivos transmitam e recebam dados.

É utilizado em aeronaves como o Boeing 777 e Airbus A330/A340. Sua bidirecionalidade não exige um controlador de barramento, eliminando um ponto único de falha. O meio físico é o par trançado blindado (STP).

•ARINC 708: Usado para transferir dados do radar meteorológico aerotransportado para o display de radar da aeronave. É um barramento unidirecional que utiliza dados codificados em Manchester a uma taxa de 1 Mbps. As palavras de dados têm 1.600 bits de comprimento.

Padrões Militares e Proprietários

•MIL-STD-1553B/1773B: O padrão militar 1553B é um barramento de dados bidirecional e centralmente controlado, projetado para aeronaves militares. Utiliza um controlador de barramento que suporta até 31 dispositivos (terminais remotos) a uma taxa de 1 Mbps. O MIL-STD-1773B é uma implementação de fibra óptica do 1553B, oferecendo maior imunidade a campos eletromagnéticos de alta intensidade (HIRFs).

•CSDB e ASCB: São protocolos proprietários da Collins e Honeywell, respectivamente, frequentemente usados em aeronaves de negócios e aviação geral privada. O CSDB é um barramento unidirecional que permite a conexão de até dez receptores e um transmissor, com taxas de dados de 12,5 kbps e 50 kbps. O ASCB é um barramento bidirecional centralmente controlado, com uma configuração básica que inclui um único controlador de barramento e dois barramentos isolados, cada um suportando até 48 dispositivos.

Outras Tecnologias de Barramento

•FDDI (Fibre Distributed Data Interface): Originalmente desenvolvido pela Boeing para o 777, o FDDI é uma rede local (LAN) baseada em uma topologia de anel de token duplo, com dados fluindo em direções opostas em cada anel. A taxa de dados é de 100 Mbps. Variantes como CDDI (cobre) e SDDI (par trançado blindado) usam diferentes mídias físicas. No entanto, por razões de custo e complexidade, a Boeing planeja substituir este sistema por Ethernet de cobre de 10 Mbps no 777.

Conclusão

Os databuses são a espinha dorsal da comunicação aviônica moderna. Compreender seus princípios, terminologias e os padrões como o ARINC 429 é fundamental para estudantes e profissionais da área. Embora novas tecnologias de barramento continuem a surgir, o legado e a confiabilidade de sistemas como o ARINC 429 garantem sua presença contínua.

GLOSSÁRIO

Databuses (Barramentos de Dados): Sistemas de comunicação em aeronaves que permitem a troca de informações entre diversos equipamentos aviônicos.

Bus: Abreviação de “omnibus” (para todos), refere-se a um sistema que permite a interconexão e troca de dados entre dispositivos em um sistema complexo, definindo níveis de tensão e protocolos de transferência de dados.

Unidirecional: Característica de um sistema de barramento onde a transmissão de dados ocorre em apenas um sentido.

Bidirecional: Característica de um sistema de barramento onde a transmissão de dados pode ocorrer em ambos os sentidos.

Serial (Transmissão de Dados): Método de transmissão de dados onde um bit de dado é enviado por vez, sequencialmente.

Paralela (Transmissão de Dados): Método de transmissão de dados onde vários bits de dados (geralmente 8, 16 ou 32) são transmitidos simultaneamente através de múltiplas linhas de dados.

Protocolo de Barramento: Conjunto de regras e especificações que governam a troca eficiente de dados entre múltiplos dispositivos conectados ao mesmo barramento, incluindo formato de dados e conexões físicas.

LRU (Line Replaceable Unit): Unidade substituível em linha; um componente modular de uma aeronave que pode ser rapidamente removido e substituído para manutenção.

Acoplador de Barramento: Dispositivo que conecta uma LRU ao barramento principal, permitindo a comunicação de dados.

Módulo de Interface Serial: Componente que realiza a conversão de dados entre o formato paralelo interno de uma LRU e o formato serial do barramento.

Cabo de Derivação (Stub Cable): Cabo curto que conecta uma unidade aviônica a um painel acoplador no barramento principal.

Terminador de Barramento: Dispositivo colocado nas extremidades de um cabo de barramento para otimizar a velocidade de transferência de dados e minimizar problemas de reflexão e incompatibilidade.

STP (Shielded Twisted Pair): Par trançado blindado; um tipo de cabo de barramento usado para transferência de dados, que oferece proteção contra interferências eletromagnéticas.

Síncrono (Transferência de Dados): Transferência de dados que utiliza sinais de clock gerados localmente em cada LRU para sincronização.

Assíncrono (Transferência de Dados): Transferência de dados que é auto-sincronizada, ou seja, não requer um sinal de clock separado.

Palavra de Dados (Data Word): Unidade de informação padronizada (geralmente 32 bits no ARINC 429) transmitida através do barramento, contendo diversos campos de dados.

Campo de Etiqueta (Label Field): Campo de 8 bits em uma palavra de dados ARINC 429 que identifica o tipo de dados e parâmetros associados (ex: velocidade no ar, altitude).

SDI (Source/Destination Identifier): Identificador de Origem/Destino; campo em uma palavra de dados ARINC 429 usado para direcionar dados a receptores específicos quando um transmissor está conectado a múltiplos receptores.

SSM (Sign/Status Matrix): Campo em uma palavra de dados ARINC 429 que fornece informações adicionais para auxiliar na interpretação do valor numérico no campo de dados (ex: Norte, Leste, Acima).

Bit de Paridade (Parity Bit): Bit adicionado a uma palavra de dados para validação, garantindo que o número de bits ‘1’ na palavra transmitida seja ímpar (no caso de paridade ímpar do ARINC 429), permitindo a detecção de erros.

ARINC 429: Um padrão de barramento de dados unidirecional amplamente utilizado em aeronaves comerciais, que define características elétricas, de dados e protocolos para o Mark 33 Digital Information Transfer System (DITS).

DITS (Digital Information Transfer System): Sistema de Transferência de Informações Digitais, padrão de barramento unidirecional empregado pelo ARINC 429.

BPRZ (Bipolar Return to Zero): Modulação Bipolar com Retorno a Zero; técnica de codificação de dados utilizada no ARINC 429, onde o sinal retorna a zero após cada bit.

Taxa de Bits (Bit Rate): Velocidade na qual os bits são transmitidos através do barramento (ex: 12,5 kbps ou 100 kbps no ARINC 429).

Taxa de Transição (Slew Rate): Tempo que o sinal ARINC leva para subir ou descer entre 10% e 90% de sua amplitude de tensão, indicando a velocidade de mudança do sinal.

BCD (Binary Coded Decimal): Decimal Codificado em Binário; formato de dados onde grupos de quatro bits são usados para representar um único dígito decimal.

BNR (Binary Number Representation): Representação de Número Binário; formato de dados binário que utiliza a notação de complemento de dois para indicar números negativos, conforme especificado no ARINC 429.

GLOSSÁRIO

Acoplador de Barramento – Dispositivo que liga a LRU ao cabo principal do barramento, permitindo conectar e desconectar equipamentos sem interromper a rede. Também ajuda a adequar o sinal para evitar reflexões.

ARINC 419 – Conjunto anterior de padrões digitais que antecedeu o ARINC 429. Descrevia diferentes formas de transmissão e palavras de 32 bits; hoje é referência histórica.

ARINC 429 – Padrão de barramento unidirecional muito usado em aeronaves comerciais. Transmite mensagens em palavras de 32 bits, com taxas típicas de 12,5 kbps (baixa) e 100 kbps (alta), usando paridade ímpar e campos como etiqueta (label), SDI, dados, SSM e paridade.

ARINC 561 – Padrão mais antigo de seis fios (pares para dados, sincronismo e clock), com codificação NRZ e palavras de 32 bits. Comum em aeronaves fabricadas antes de 1970.

ARINC 573 – Padrão tradicional de gravadores de dados de voo (FDR), com fluxo contínuo de palavras (12 bits) agrupadas em quadros. Foi sucedido pelo ARINC 717.

ARINC 575 – Barramento de baixa velocidade semelhante ao ARINC 429, baseado em um par trançado; considerado obsoleto.

ARINC 615 – Protocolo de software para transferência de dados de alta velocidade sobre equipamentos compatíveis (ex.: carregamento de software em LRUs).

ARINC 629 – Evolução bidirecional do 429, chegando a 2 Mbps e suportando muitos dispositivos no mesmo meio (sem controlador central). Usado em aeronaves como Boeing 777 e Airbus A330/A340.

ARINC 664 (AFDX) – Padrão baseado em Ethernet com comunicação bidirecional comutada e determinística, usado em aviônicos modernos para maior taxa de dados e particionamento.

ARINC 708 – Barramento usado para radar meteorológico aerotransportado, unidirecional, com codificação Manchester e taxa típica de 1 Mbps.

Arquitetura de Barramento – Organização de como as LRUs, cabos, acopladores e interfaces se interligam, definindo caminhos de dados, redundâncias e regras de comunicação.

Assíncrono – Modo de transmissão em que os dados se auto-sincronizam, dispensando um sinal de clock separado entre os equipamentos.

Barramento de Dados (Databus) – Meio físico e conjunto de regras que permitem a comunicação entre sistemas aviônicos, reduzindo cabeamento e padronizando a troca de informações.

BCD (Binary Coded Decimal) – Forma de codificar dígitos decimais em grupos de 4 bits, muito usada no campo de dados do ARINC 429 para grandezas como altitude e velocidade.

Bidirecional – Característica de barramentos que permitem transmitir e receber no mesmo sistema, ou em pares dedicados, favorecendo interatividade na comunicação.

BNR (Binary Number Representation) – Representação binária de números inteiros e fracionários, incluindo negativos em complemento de dois; empregada no ARINC 429.

BPRZ (Bipolar Return to Zero) – Técnica de codificação em que o sinal volta a zero a cada bit; utilizada no ARINC 429 para formar o formato de onda diferencial.

Cabo de Derivação (Stub) – Cabo curto que liga a LRU ao acoplador no barramento principal. Deve ser controlado em comprimento para evitar degradação do sinal.

Campo de Dados – Parte da palavra de 32 bits que carrega o valor útil (em BCD ou BNR) e suas unidades/escala conforme a etiqueta.

Campo de Etiqueta (Label) – Campo de 8 bits da palavra ARINC 429 que identifica o tipo de informação (ex.: altitude, velocidade), permitindo que cada receptor filtre apenas o que precisa.

Controlador de Barramento – Dispositivo central que arbitra o acesso ao meio em alguns padrões (ex.: MIL‑STD‑1553B), coordenando quem fala e quando.

DITS (Digital Information Transfer System) – Nome do sistema unidirecional padronizado usado pelo ARINC 429 para transferência digital de informações.

FDDI (Fibre Distributed Data Interface) – Tecnologia de rede em anel com 100 Mbps. Foi adotada em projetos específicos e depois substituída por soluções baseadas em Ethernet.

Fibra Óptica (no 1773B) – Meio físico que substitui o par trançado por fibra, aumentando imunidade a campos eletromagnéticos intensos e melhorando a confiabilidade.

Formato de Palavra (32 bits) – Estrutura típica de mensagens em vários padrões (especialmente no ARINC 429), composta por etiqueta, SDI, dados, SSM e paridade.

Interface de Barramento / Módulo de Interface Serial – Circuito/placa dentro da LRU que faz a conversão paralelo↔serial, ajusta níveis elétricos e formata as palavras conforme o protocolo.

LRU (Line Replaceable Unit) – Unidade substituível em linha; módulo aviônico projetado para troca rápida em manutenção, que se comunica com outras LRUs via barramentos.

LSB (Least Significant Bit) – Bit menos significativo. No ARINC 429, os dados costumam ser enviados com o LSB primeiro, enquanto a etiqueta é enviada com o MSB primeiro.

Manchester (Codificação) – Esquema de codificação em que cada bit tem uma transição no meio do período, facilitando a sincronização (usado, por exemplo, no ARINC 708 e no 1553B).

MIL‑STD‑1553B – Padrão militar bidirecional, com 1 Mbps e controlador central, suportando até 31 terminais remotos. Muito usado em aeronaves militares.

MIL‑STD‑1773B – Versão em fibra óptica do 1553B, com maior imunidade a interferências eletromagnéticas.

MSB (Most Significant Bit) – Bit mais significativo. No ARINC 429, a etiqueta (label) é transmitida com o MSB primeiro.

Paridade Ímpar (Bit de Paridade) – Bit adicional que torna o número total de “1s” da palavra ímpar, ajudando a detectar erros de transmissão (ARINC 429 usa paridade ímpar).

Protocolo de Barramento – Conjunto de regras elétricas e lógicas que define como os dispositivos acessam o meio, como os dados são formatados e como erros são tratados.

SDI (Source/Destination Identifier) – Campo que identifica origem/destino quando um transmissor atende a múltiplos receptores, permitindo que cada um filtre o que é relevante.

SSM (Sign/Status Matrix) – Campo que traz informações de sinal/estado para interpretar corretamente o valor (ex.: sinal positivo/negativo, validade do dado, modos).

STP (Shielded Twisted Pair) – Par trançado blindado usado como meio físico do barramento, reduzindo interferência eletromagnética e mantendo a integridade do sinal.

Taxa de Bits – Velocidade de transmissão (bits por segundo). No ARINC 429, valores típicos são 12,5 kbps e 100 kbps.

Taxa de Transição (Slew Rate) – Tempo que o sinal leva para subir/descender entre porcentagens da amplitude, indicando quão rápido o nível elétrico muda.

Terminador de Barramento – Resistência de término nas extremidades do cabo do barramento que minimiza reflexões e incompatibilidades.

Transmissão Paralela – Vários bits enviados ao mesmo tempo por múltiplas linhas, eficiente para curtas distâncias dentro da LRU.

Transmissão Serial – Bits enviados um de cada vez por uma linha/par de linhas. É preferida em aeronaves por reduzir peso e simplificar cabeamento em longas distâncias.

Unidirecional – Comunicação em um único sentido. Em barramentos como o ARINC 429, transmissor e receptor usam linhas separadas para enviar e receber.

FAQ – Perguntas Frequentes

P: Por que aeronaves modernas preferem barramentos seriais em vez de paralelos?
R: Porque a transmissão serial usa menos condutores para a mesma função, reduzindo peso e complexidade do chicote. Além disso, a serialização é mais robusta para longas distâncias dentro da aeronave.

P: O que muda do ARINC 429 para o ARINC 629?
R: O 429 é unidirecional e simples; o 629 é bidirecional, muito mais rápido (ordem de megabits por segundo) e suporta muitos dispositivos no mesmo meio sem controlador central, reduzindo pontos únicos de falha.

P: Para que serve a etiqueta (label) no ARINC 429?
R: A etiqueta identifica o tipo de dado (como altitude ou velocidade). Os receptores filtram as palavras pela etiqueta para ler apenas as informações que lhes interessam.

P: Qual a diferença entre BCD e BNR nos dados do 429?
R: BCD representa dígitos decimais em grupos de 4 bits, útil para grandezas com casas decimais. BNR é representação binária (com complemento de dois para negativos), mais adequada para cálculos.

P: O que é paridade ímpar e por que ela é usada?
R: É um bit extra que garante um número ímpar de “1s” na palavra. Se o total ficar par, indica possível erro de transmissão. No ARINC 429 a paridade é ímpar por padrão.

P: O que são SDI e SSM?
R: SDI seleciona qual receptor deve considerar a palavra quando vários estão no mesmo barramento. SSM traz informações de sinal/estado (ex.: positivo/negativo, validade) para interpretar o valor recebido.

P: Onde entram acopladores, stubs e terminadores?
R: O acoplador liga o equipamento ao barramento principal por meio de um stub (derivação curta). As extremidades do cabo principal têm terminadores para evitar reflexões e manter a qualidade do sinal.

P: Por que o artigo diz que a etiqueta vai com MSB primeiro e os dados com LSB primeiro?
R: É uma convenção do ARINC 429 para facilitar a identificação rápida do tipo de dado enquanto os campos numéricos seguem a ordem de bit menos significativo primeiro.

P: Quando usar MIL‑STD‑1553B em vez de 429?
R: Em aplicações militares que exigem controle central do tráfego, comunicações determinísticas e múltiplos terminais remotos com 1 Mbps, o 1553B é preferido; o 429 segue em muitas aplicações civis.

P: O que é codificação Manchester e onde aparece na aviônica?
R: É um esquema em que cada bit tem uma transição no meio do período, facilitando a recuperação de clock. Surge em padrões como o 1553B e o ARINC 708 (radar meteorológico).

P: O que significa dizer que os barramentos garantem interoperabilidade?
R: Os padrões definem níveis elétricos, formato de palavra e regras de acesso. Isso permite que equipamentos de fabricantes diferentes “falem a mesma língua” sem adaptações proprietárias.

P: STP é obrigatório?
R: Não em todos os casos, mas o par trançado blindado é amplamente usado porque reduz interferência eletromagnética, um requisito importante no ambiente elétrico da aeronave.