基于Arinc661的CDS标准部件库的设计与实现.pdf

D e c e m b e r2 0l 1V 0 1 4 2N o 4 ( s e r i a lN o 1 4 6 )航空电子技术A V I O N I C ST E C H N O L O G Y 基于A r i n c6 6 1 的C D S 标准部件库的设计与实现 涂友武1 ，王立松1 ，康介祥2 ( 1 南京航空航天大学计算机科学与技术学院，南京2 1 0 0 1 6 ； 2 航空电子系统综合技术国防科技重点实验室，上海2 0 0 2 3 3 ) 摘要本文提出了一种A r i n c6 6 1 规范的解决方案，它采用V a p s X T 为工具，针对座舱显示应用，设计并 实现了一个符合规范的座舱显示系统标准部件库框架，为研发航电显示产品提供了更为便利的平台。实验结果 表明，通过本文提出的座舱显示系统内核标准部件库框架，可以方便地对部件库进行扩展。 关键词 标准部件库；V a p s X T ；座舱显示系统；A r i n c6 6 1 【中图分类号 V 2 4 3 6 ，T P 3 11 1 3 1 文献标识码】A 【文章编号 1 0 0 6 1 4 1 X ( 2 0 11 ) 0 4 - 0 0 3 8 - 0 3 D e s i g n a n dD e v e l o p m e n to fS t a n d a r dW i d g e t L i b r a r yf o r C o c k p i tD i s p l a yS y s t e mB a s e d o nA r i n c 6 61 T UY o u - w u1 ，W A N G L i s o n g1 ，K A N GJ i e x i a n g 2 ( 1 C o l l e g eo f I n f o r m a t i o nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，N U A A ，N a n j m g21 0 0 16 ； 2 N a t i o n a lK e yL a b o r a t o r yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yo nA v i o n i c sI n t e g r a t i o nT e c h n o l o g i e s ，S h a n g h a i2 0 0 2 3 3 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：T h i sp a p e rp r e s e n t sa nA r m c6 6 1s t a n d a r ds o l u t i o n ：i tu s e sV a p s X Ta sat o o lf o rc o c k p i td i s p l a y a p p l i c a t i o n s ，d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fas t a n d a r d i z e dc o c k p i td i s p l a ys y s t e mi nl i n ew i t ht h es t a n d a r dc o m p o n e n t s l i b r a r yf r a m e w o r k , w h i c hp r o v i d e sam o r ec o n v e n i e n tp l a t f o r mf o rt h ed e v e l o p m e n to fa v i o n i c sd i s p l a yp r o d u c t s T h e r e s u l t ss h o wt h a tt h r o u g ht h ep r o p o s e dc o c k p i td i s p l a ys y s t e mk e r n e la n ds t a n d a r dc o m p o n e n t sl i b r a r yf l a m e w o r k , c o m p o n e n tl i b r a r yC a l le a s i l yb ee x t e n d e d K e yw o r d s ：s t a n d a r dc o m p o n e n t s 岫；V a p s X T ；c o c k p i td i s p l a ys y s t e m ；A l i n e6 6 1 1引言 在现代航空电子领域中座舱显示系统( C D S ： C o c k p i tD i s p l a yS y s t e m ) 作为航空飞行器的视听感 知，承担着集中显示和管理任务，使机组人员能够 及时获取所需信息，有效提高了机组人员的空中作 业能力。由于行业标准缺乏，电子器件接口各异， 导致软件的重用性和移植性得不到保障；随着系统 对人机接口的要求越来越高，开发交互式软件的难 3 8 度越来越大。为了解决上述存在的问题，2 0 0 1 年通 过发行了A r i n c6 6 1 规范即“针对用户应用程序的 座舱显示系统1 1 。A r i n c6 6 l 规范因其灵活性，开 放性和实用性，一经问世就得到了研究人员的高度 重视，并迅速得以应用到A 3 8 0 座舱显示系统的开 发中。 针对A r i n c6 6 1 规范有论文【2 】概括了其主要内 容，并在V a p s X T 6 6 1 的基础上讲述了基本图形部件 的开发流程；V a p s X T 开发手册详细解释了V a p s X T 万方数据 基于A r i n c6 6 1 的C D S 标准部件库的设计与实现涂友武等 2 0 1 1 年1 2 月第4 2 卷第4 期( 总第1 4 6 期) 的机制和架构，以及如何使用它进行有效的座舱显 示系统的开发。以上研究均没有解决在座舱显示应 用协议频繁更新的情况下如何快速开发座舱显示 应用的问题。本文为解决这一问题开发出一套有效 且便于扩展的座舱显示系统标准部件库框架。 2基于A r i n c6 6 1 规范的C D S 系统结构 A r i l I c6 6 1 是座舱显示系统以及座舱显示系统 与用户应用之间的通信协议规范，它先后发布了5 个版本，已被广泛用于航空座舱显示系统的开发 中。 座舱显示系统是航空飞行器上的显示控制单 元，它与用户应用( 如地图应用) 进行交互，把用 户操作反馈到用户应用上，并从各种用户应用中获 得源数据信息和控制命令。座舱显示系统与用户应 用之间共有五种类型的运行时交互命令，分别是： ( 1 ) A 6 6 1C M DS E TP A R A M E T E R 运行时部件 参数设置；( 2 ) A 6 6 1C M DU AR E Q U E S TU A 用 于发出的请求；( 3 ) A 6 6 1N O T I F YW I D G E T E 啪座舱显示系统向用户应用发送用户操作事 件；( 4 ) A 6 6 1N o ，r 吖L A Y E RE V E N T 用户应用 向座舱显示系统发送层显示请求；( 5 ) A 6 6 1N O 唧E C E P T I O N座舱显示系统向用户 应用发送异常提示。 从用户接L 1 传递的事件 窗口层部件修改的更新命令 图1座舱显示系统和用户应用之间的运行时交互 图l 说明了座舱显示系统和用户应用之间的交 互关系。由图l 可知，座舱显示系统负责图形显示 以及与用户进行交互的功能：它获得用户输入，产 生交互事件并通过网络发送到应用程序中处理；应 用程序则负责完成整个系统的逻辑分析功能。标准 部件库作为座舱显示系统中的核心提供部件的逻 辑结构组织和图形显示功能。 3 9 A r i n c6 6 1 给出了C D S 标准库的基本描述和定 义，在规范的第三部分有详细的描述( 参见A r i n c 6 6 1 规范) ，其中，在座舱显示系统中显示的部分称 为窗口部件。目前最新版本的A r i l I c6 6 1 规范引入 了5 7 个用于生成座舱显示的窗口部件。随着研究 和应用的深入，标准部件库通过不断扩展将提供更 为完善的功能和稳定的性能。 3 基于V a p s X T 的标准部件库的设计与实现 V a p s X T 是加拿大公司P r e s a g i s 推出的一款嵌 入式图形开发工具。它是一款灵活的、采用C + + 面 向对象的H M I 模型工具。它为数据显示、仿真应 用、嵌入式系统开发提供解决方案，无论是数字或 模拟仪表，还是下显，V a p s X T 为飞行座舱显示设 计和机动车驾驶仪表应用提供了理想的解决方案。 V a p s X T 6 61 是根据g r i n c6 61 规范对V a p s X T 的 拓展。，该软件沿用了V a p s X T 的核心技术，能够简 单快速地开发用户定义的W i d g e t s 、X M L 定义文件 和B I N 定义文件，利用第三方软件自动产生代码并 提供一个模拟座舱显示系统的平台等。虽然 V a p s X T 6 6 1 提供了一个A r i n c6 6 1 的解决方案，但 在使用过程中发现它难以根据更新的规范进行部 件扩展，使得开发包含新部件的应用十分困难；另 外该软件高昂的价格也使得众多中小企业无法享 受规范所带来的诸多好处。 、邯s X l 却s X T 6 6 1 存在着部件难以扩展的缺 陷，开发人员无法使用它跟进规范来开发具有新部 件的座舱显示应用，而本文研发的座舱显示系统标 准部件库架构正是为了解决这一问题。基于架构可 以方便地扩展标准部件库，从而满足新应用的要 求，使人们把主要精力投入到用户应用和座舱显示 应用开发上。 3 1 部件库运行架构 座舱显示系统的架构如图2 所示。通过V a p s X T 的A r i l l c6 6 1 定义文件生成功能和定义文件格式转 换功能，生成二进制格式的A r i n c6 6 1 定义文件； 座舱显示系统中部件实例化和组织模块读取定义 文件，将其中部件组织成树状结构；实时数据控制 模块的图形显示部分通过调用部件库提供的显示 司 万方数据 D e c e m b e r2 0 1 1V 0 1 4 2N o 4 ( s e r i a lN o 1 4 6 )航空电子技术A V I O N I C ST E C H N O L O G Y 接口，将部件显示在显示屏上；座舱显示系统接受 用户输入，产生相应事件，并通过底层网络通信将 事件发送到用户应用中；用户应用分析事件逻辑并 产生相应的决策和反馈。 r i n c 6 6 1C D s 座舱显示系统 V a p s 】盯宙 一 可视化编辑嚣 爵 一络逼信 量作系统 0 唧1 G L 田彤犀 图2 座舱显示系统内核系统架构 3 2座舱显示系统部件库的设计和开发 座舱显示系统部件库作为核心部分贯穿整个 座舱显示系统内核：首先，部件实例化和组织模块 根据它定义的部件数据结构，把所有部件组织在树 状结构上；其次，实时数据控制内核模块根据它提 供的图形显示接口显示图层中的每个部件。 图3 给出了座舱显示系统部件库模块的动态交 互关系。系统通过部件实例化和组织模块通过 l o a dd f ( ) 调用读取和解析定义文件，实例化定义 文件中的窗口部件，将部件插入到图层中，并把图 层添加到w i n d o w 显示单元中：接着使用实时数据 控制内核模块提供的图形绘制接口d i s p l a y)scene( 将窗体部件显示在显示单元中；实时数据控制内核 模块接受用户交互，定位用户操作的窗体部件对 象，然后调用座舱显示系统部件库模块提供的事件 发送接口，通过底层网络模块将事件发送到对应的 用户应用中处理。 4基于自主开发的部件库的应用实例及其 结果分析 本实验结合V a p s X T 生成的定义文件，使用本 文讨论的座舱显示系统标准部件库框架对新增部 件进行扩展。实验结果表明，该架构能较好地应对 规范的更新，方便标准部件库的扩展，从而更好地 满足新应用的需求。 4 0 座舱应用中增加了新标准部件F o c u s L I n k ，该 部件的功能是维护图层中的焦点链表，保证焦点按 照用户预先配置的路径进行跳转。 L J ： 3 1 s e n d m s s a g e _ t o _ t m UL ： 图3 座舱显示系统部件库模块的动态交互关系图 5结论 通过对V a p s X T 的使用和研究，发现其存在更 新慢和难以进行部件扩展等问题，为此，设计和开 发的一种座舱显示系统解决方案。通过实验表明该 方案可以快速高效地扩展标准部件，使开发人员把 精力投入在座舱显示应用和用户应用的开发中。 在进一步对A I i l l c6 6 1 和V a p s X T 的研究中，发 现它对标准的支持不够完善，没有提供对复杂部件 ( 如地图部件) 的完整支持；在用户应用的开发上 存在一定的复杂性。而我国对该规范应用相对较 少，对于它的模型化开发方法国内也难以达到实用 化的程度。我们在对规范的研究和座舱显示应用开 发中得到了一定的认知和进展，但仍有一些问题亟 待进一步解决：( 1 ) 扩展部件的可视化。在V a p s X T 中扩展的窗体部件，由于不是V a p s X T 的内置部件， 无法对它进行可视化界面开发。可以试图找到一种 方法，或是参考V a p s X T 的图形部件显示功能，在 V a p s X T 中提供对新增部件的图形显示扩展。( 2 ) 窗体部件的缩放。在界面开发过程中，存在这样一 种情况：开发人员需要重用其他定义文件的大部分 创建块，对于不同座舱显示应用，需要重用部分创 建块的显示比例不同：V a p s X T 并不提供部件整体 ( 下转第4 9 页) 万方数据 软件合格审定研发管理体系建立的要点研究陈冬梅等 2 0 1 1 年1 2 月第4 2 卷第4 期( 总第1 4 6 期) 参考文献 【l 】1 G u i d e l i n e sa n dM e t h o d sf o rC o n d u c t i n gt h eS a f e t yA s s e s s m e n tP r o c e s so nC i v i lA i r b o f n eS y s t e m sa n dE q u i p m e n t S S A E ， A R P 4 7 6 1 ，1 9 9 6 2 】C e r t i f i c a t i o nC o n s i d e r a t i o n sf o rH i g h m y i n t e g r a t e do rC o m p l e xA i r c r a f tS y s t e m s S S A E ，A R P 4 7 5 4 A ，2 0 1 0 【3 】3 S o R w a r eC o n s i d e r a t i o ni nA J Y b 0 1 n eS y s t e ma n dE q u i p m e n t C e r t i f i c a t i o n S R T C A ，D O 1 7 8 B ，1 9 9 2 【4 】D e s i 弘A s s u r a n c eG u i d a n c ef o rA i r b o r n eE l e c t r o n i cH a r d w a r e S R T C A ，D O 2 5 4 ，2 0 0 0 收稿日期 2 0 11 - 0 9 1 9 作者简介】陈冬梅( 1 9 7 9 - - ) ，女，工程师。研究方向：近地告警系统，航空电子系统综合信息管理。 李卫民( 1 9 6 0 一) ，男，高级工程师。研究方向：计算机技术。 ( 上接第4 0 页) 法，对部件的组合进行整体缩放，那么座舱显示应 缩放功能，面对这种情况，座舱显示应用开发用开发人员工作的重复性会大大减小，工作效率将 人员只有重新开发整个界面。如果能够找到一种方 得到大幅提升。 参考文献 【1 】A r i n cs p e c i f i c a t i o n6 6 1 - 4 C o c k p i tD i s p l a yS y s t e mi n t e r f a c e st ou s e rs y s t e m s S A E E C 。2 0 1 0 【2 】刘建，刘勤，孙永荣，曹猛A R I N C6 6 1 规范及其应用开发研究叨计算机与现