基于ARINC 661的顯控系統(tǒng)人機(jī)交互模擬平臺的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

董勤鵬吳健

(中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司，上海 200120)

摘要：在綜合化顯示控制系統(tǒng)研制的初期，系統(tǒng)設(shè)計人員僅需部分圖形化界面即可模擬與仿真人機(jī)交互功能?，F(xiàn)描述基于ARINC 661結(jié)構(gòu)的顯控系統(tǒng)人機(jī)交互模擬平臺的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，其可用于驗(yàn)證圖形化組件的一致性，完成用戶個性化定義，還可定義人機(jī)交互過程，降低研發(fā)成本。

關(guān)鍵詞：ARINC 661；駕艙顯控系統(tǒng)；人機(jī)交互

收稿日期：2015-06-30

作者簡介：董勤鵬(1983—)，男，黑龍江大慶人，碩士，工程師，研究方向：機(jī)載軟件設(shè)計。

1背景介紹

隨著民用客機(jī)先進(jìn)航空電子技術(shù)的飛速發(fā)展，綜合駕艙顯控系統(tǒng)的實(shí)用性和維護(hù)性都有了長足的進(jìn)步。值得注意的是，ARINC 661(ARINC 661 Runtime Protocol)的引入從宏觀上重新定義了綜合顯控系統(tǒng)的交互式架構(gòu)。其中，駕艙顯示控制系統(tǒng)(CDS，Control Display System)通過繪制引擎來呈現(xiàn)圖像信息，與另一個獨(dú)立系統(tǒng)用戶應(yīng)用程序(UA，User Application)之間建立邏輯關(guān)系，兩個系統(tǒng)之間的連接遵照ARINC 661標(biāo)準(zhǔn)。

2平臺架構(gòu)

人機(jī)交互模擬平臺充當(dāng)了駕艙顯控系統(tǒng)的控制軟面板，操作人員僅需在PC機(jī)中的軟件界面內(nèi)操作鼠標(biāo)和鍵盤，即可控制顯控系統(tǒng)的光標(biāo)與控制面板。下面主要從硬件和軟件兩個方面進(jìn)行介紹。

2.1硬件環(huán)境

從物理結(jié)構(gòu)上看，綜合駕艙顯控系統(tǒng)主要由IMA機(jī)柜、DPU機(jī)柜、顯示器、AFDX(ARINC Full Duplex Network)交換模塊和交換機(jī)組成。

顯控系統(tǒng)人機(jī)交互模擬平臺硬件主要包括PC機(jī)、鼠標(biāo)和鍵盤，PC機(jī)是客戶操作的主要顯示屏幕，通過移動PC機(jī)上的鼠標(biāo)來控制機(jī)載顯示器上的光標(biāo)，也可通過點(diǎn)擊模擬鍵盤的按鈕來模擬MKP的部分輸入。

2.2軟件的結(jié)構(gòu)層次

顯控系統(tǒng)人機(jī)交互模擬平臺軟件方面分為兩部分，一部分集中在PC機(jī)端，提供給操作用戶進(jìn)行光標(biāo)和多功能鍵盤控制，另一部分嵌入在DPU機(jī)柜的GPM端，和CDS結(jié)合在一起，負(fù)責(zé)顯示畫面中光標(biāo)的移動刷新和鍵盤觸發(fā)事件交互。圖1為人機(jī)交互模擬平臺軟件的結(jié)構(gòu)層次圖。

圖1中左側(cè)為PC機(jī)端的軟件層次結(jié)構(gòu)，其中應(yīng)用層是面向客戶的操作界面，該層包含軟件控制模塊，控制指令調(diào)用中間層的Windows API(發(fā)送模塊)將數(shù)據(jù)指令通過OS(Operating System)層發(fā)到鏈路層，打包好的數(shù)據(jù)包會到達(dá)GPM端的CDS顯示器中，軟件的接收模塊和處理模塊分別置于OS層和中間層。

圖1　軟件結(jié)構(gòu)層次示意圖

3操作界面

交互模擬平臺管理軟件的操作界面如圖2所示，左側(cè)的界面為模擬MKP的操作界面，右側(cè)的視圖為模擬光標(biāo)(CCD)界面視圖。點(diǎn)擊工具欄的按鈕可以令左側(cè)的MKP視圖最小化，需要模擬MKP輸入時再將其展開從而進(jìn)行操作。模擬交互平臺中，光標(biāo)(鍵盤)平臺客戶控制端模擬光標(biāo)在LCD顯示屏幕上移動并響應(yīng)事件的主窗口，模擬光標(biāo)可在不同的LCD(共4塊屏幕)上跨屏幕移動、響應(yīng)點(diǎn)擊事件。

圖2　軟件操作界面示意圖

4軟件實(shí)現(xiàn)

顯控系統(tǒng)人機(jī)模擬交互平臺軟件分為4個模塊，分別是控制模塊、發(fā)送模塊、接收模塊、處理模塊。

(1) 控制模塊：負(fù)責(zé)采集Windows環(huán)境下PC端控制面板上鼠標(biāo)的位置和點(diǎn)擊類型等相關(guān)信息。程序由“線程鉤子”實(shí)現(xiàn)，可實(shí)時捕獲鼠標(biāo)在面板下移動的信息并有效保存當(dāng)前信息。

(2) 發(fā)送模塊：負(fù)責(zé)將控制模塊所采集的鼠標(biāo)信息壓縮打包，通過UDP數(shù)據(jù)報的方式向目標(biāo)機(jī)端發(fā)送事件。

(3) 接收模塊：在VxWorks嵌入式操作系統(tǒng)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)，模塊創(chuàng)建一個光標(biāo)信息接收任務(wù)來實(shí)現(xiàn)對PC端發(fā)送的數(shù)據(jù)報的接收和讀取。

(4) 處理模塊：也是在VxWorks環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的，它集成在VAPS XT顯示系統(tǒng)主任務(wù)中，具有和主任務(wù)同樣的生命周期長度。顯示處理模塊能根據(jù)接收到的信息，一方面更新光標(biāo)的位置，另一方面送入CDS的事件處理器，觸發(fā)CDS中的事件。

5結(jié)語

在綜合化顯示控制系統(tǒng)研制的初期，系統(tǒng)設(shè)計人員不需要配備所有硬件設(shè)備(如多功能鍵盤、光標(biāo)球、平顯等)來驗(yàn)證人機(jī)交互界面的設(shè)計理念，部分圖形化界面和人機(jī)交互功能的驗(yàn)證可通過模擬與仿真來實(shí)現(xiàn)。本文描述了基于ARINC 661結(jié)構(gòu)的顯控系統(tǒng)人機(jī)交互模擬平臺的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，其主要功能是通過對PC機(jī)鼠標(biāo)與鍵盤的操作，模擬顯控系統(tǒng)中光標(biāo)與多功能鍵盤等硬件的輸入指令，不僅可用于驗(yàn)證圖形化組件的一致性，完成用戶個性化定義，還可定義人機(jī)交互過程，降低研發(fā)成本。

[參考文獻(xiàn)]

[1]Aeronautical Radio Inc. ARINC Specification 661：Cockpit Display System Interfaces to User System[S]，2007.

[2]Aeronautical Radio Inc. ARINC Specification 653：Avionics Application Software Standard Interface[S]，2006.

[3]Aeronautical Radio Inc. ARINC Specification 664：Aircraft Data Network[S]，2006.

[4]RTCA Inc. RTCA/DO-178B：Software Considerations in Airborne Systems and Equipment Certification[S]，1992. Radio Inc. ARINC Specification 661：Cockpit Display System Interfaces to User System[S]，2007.

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