李笑瑜，孫永榮，趙科東

(1.江蘇航空職業(yè)技術(shù)學院,a.航空工程學院; b.鎮(zhèn)江市無人機應用創(chuàng)新重點實驗室，江蘇 鎮(zhèn)江 212134；2.南京航空航天大學，南京 210000)

0 引言

ARINC661規(guī)范通過對座艙顯示的圖形接口進行標準化的規(guī)定，實現(xiàn)了顯示畫面“視感”與顯示控制功能的隔離，運行階段的邏輯配置交由用戶應用(UA)管理，座艙顯示系統(tǒng)(CDS)內(nèi)核負責畫面渲染，從而降低了控制與顯示的耦合程度[1]。

作為ARINC661座艙顯示系統(tǒng)中的重要部分，UA承擔邏輯處理功能，通過對CDS之間的事件消息進行響應，來實現(xiàn)對CDS畫面的動態(tài)控制。

隨著航空電子系統(tǒng)設備逐漸增加，顯示系統(tǒng)中顯示器的種類和數(shù)量也在日益增長，例如，可分為頭盔顯示器、平視顯示器以及多功能顯示器等[2]，一個UA可能要與多臺顯示器進行交互。本文基于ARINC661規(guī)范，研究了多顯示器座艙系統(tǒng)中畫面的處理技術(shù)，設計了一種UA正確處理不同顯示器畫面的方法，保證了事件響應的正確性。

1 基于ARINC661規(guī)范的圖層研究

1.1 基于ARINC661的顯示機制研究

ARINC661協(xié)議中包含了CDS，UA以及它們之間的通信協(xié)議3部分[3]。整個ARINC661座艙顯示系統(tǒng)的工作流程如圖1所示。

圖1 基于ARINC661的CDS系統(tǒng)工作流程圖Fig.1 Diagram of CDS based on ARINC661

UA主要在座艙顯示系統(tǒng)運行階段發(fā)揮作用，其主要功能為：1) 通過發(fā)送指令驅(qū)動CDS內(nèi)核，從而控制畫面動態(tài)顯示；2) 接收CDS內(nèi)核的指令完成相應設置，實現(xiàn)顯示器周邊按鍵以及屏幕操作的事件響應，完成相應參數(shù)的設置。

1.2 圖層邏輯研究

基于ARINC661規(guī)范的座艙顯示系統(tǒng)采用“視窗”的概念，顯示器中的各種顯示元素組成了一個窗口集，一個顯示單元唯一定義一個窗口，而分屏顯示利用圖層實現(xiàn)，如此看來，圖層是座艙顯示系統(tǒng)中UA所知的最高級別的實體，顯示畫面就是多個UA中多個圖層的信息集合。每一個UA擁有對若干個圖層的管理權(quán)限，每個圖層定義塊包含了該UA所管理的其中一個圖層的完整定義，而每一個圖層中又包含著圖層所擁有的窗體部件的參數(shù)和屬性等[1]。

圖層擁有活動性及可見性兩個重要屬性，只有激活的圖層才具有意義[4]，激活圖層包含的交互式窗體部件才能進行人機交互，進而產(chǎn)生事件發(fā)送給CDS[5]。

2 多顯示器畫面操作處理機制研究

2.1 多顯示器畫面處理

ARINC661規(guī)范中，一個UA的圖層可能在CDS的多個顯示器中顯示，如圖2所示，UA1擁有3個圖層，分別是Layer1，Layer2和Layer3(簡稱L1，L2和L3)。L1，L2在1號顯示器中激活并顯示，L1，L3在2號顯示器中激活并顯示，那么，當請求UA1發(fā)送數(shù)據(jù)給1號顯示器時，UA1需要交出L1和L2的參數(shù)設置指令，同樣，當請求UA1發(fā)送數(shù)據(jù)給2號顯示器時，UA1需要交出L1和L3的參數(shù)設置指令，此時，1號顯示器有事件消息通報給UA1的L1，那么L1將事件響應消息發(fā)送給1號顯示器，如圖2中實線箭頭所示，此時L1的屬性發(fā)生變化，那是否需要將該事件通報消息(圖2中虛線箭頭所示)發(fā)送給2號顯示器則是一個值得考慮的問題，換言之，UA1必須清楚自己的圖層在不同顯示器中的激活情況，才能確定需要發(fā)送消息的顯示器。

實際上，上述情況可以通過一個二維表實現(xiàn)，如表1所示，UA1通過查詢表就知道給不同顯示器需要發(fā)送哪個圖層的指令。

圖2 UA1與兩個顯示器的交互示意圖Fig.2 Interaction between UA1 and two displays

表1 UA1圖層在1號，2號顯示器中激活情況Table 1 UA1 layer’s activation in Display 1 and 2

依然以上述為例，設定L1中有一個交互式窗體部件ComboBox組合框，某一個時刻，飛行員在1號顯示器中選中它，產(chǎn)生事件發(fā)送給UA1的L1，如圖2所示，1號顯示器將ComboBox產(chǎn)生的事件消息通報給UA1，L1要根據(jù)邏輯做出響應，并生成事件處理指令，該事件處理指令會在下一次UA1給1號顯示器發(fā)送參數(shù)更新指令時一起發(fā)送出去。同時，L1也在2號顯示器中顯示，1號顯示器的顯示畫面不能影響2號顯示器，所以，僅靠表1記錄圖層激活情況是不夠的，UA1還需要記錄與各個顯示器的通信狀態(tài)。

2.2 會話機制

隨著圖層數(shù)的增加，表1查詢本身就是低效的，再添加額外的信息記錄通信狀態(tài)將會更加復雜，因此，引入一個全新的概念——會話(session)。會話是指，某個UA與CDS中某個顯示器建立起的虛擬對話，當UA的某幾個圖層在顯示器中激活時，就產(chǎn)生會話，一旦這些圖層都為非激活狀態(tài)時，會話就斷開，即UA的一個會話保存了在某個顯示器中它被激活的圖層[6]。

下面建立會話對象重新分析和研究上面的問題。如圖3所示，UA1與1號、2號顯示器分別建立會話S1和S2，這樣，當1號顯示器中L1上的窗體部件產(chǎn)生事件時，事件會被UA1與1號顯示器的會話S1所捕獲，S1要求L1做出處理，并得到事件處理指令，而由于2號顯示器并沒有事件產(chǎn)生，所以UA1與2號顯示器的會話S2沒有事件捕捉行為，不會響應L1的事件，顯示畫面并不會發(fā)生改變[7]。

圖3 會話對象作用示意圖Fig.3 Sketch map of session

2.3 會話模型研究與建立

會話對象負責管理與CDS中對應顯示器的通信狀態(tài)，如果一個UA與4個顯示器進行通信，就可能產(chǎn)生4個會話對象。

本文創(chuàng)建的會話對象關(guān)鍵類成員如下。

1) 顯示器標號：用以標識UA是與哪個顯示器建立會話關(guān)系。

2) 事件處理緩沖區(qū)：會話對象的作用就是將事件單獨處理，在緩沖區(qū)存儲要下發(fā)給顯示器的事件，而不是改變該圖層的顯示畫面。

3) 已經(jīng)激活的圖層列表：只有激活的圖層才會有事件處理的情況，會話對象只需要知道激活圖層的信息即可[8]。

2.4 仿真CDS內(nèi)核

仿真CDS是對座艙系統(tǒng)中各顯示器進行模擬運行和仿真顯示，包括1臺多功能顯示器、1臺平視顯示器和1臺頭盔顯示器，座艙顯示控制終端與用戶接口顯示控制軟件輔助開發(fā)調(diào)試組件可在運行Windows系統(tǒng)的PC機環(huán)境下運行，完成一系列符合ARINC661規(guī)范的信息處理。座艙顯示控制終端與用戶接口顯示控制軟件輔助開發(fā)調(diào)試組件具體可實現(xiàn)如下兩個階段的功能。

1) 定義階段功能[9]：按照ARINC661標準解析DF文件，創(chuàng)建窗體部件實例，并對所有參數(shù)進行初始化設置。

2) 運行階段功能：接收UA端發(fā)送的ARINC661標準消息指令，解析指令并發(fā)送響應信息；接收外部輸入設備對CDS的操作，產(chǎn)生事件通報，發(fā)送給UA端，UA端做出響應。

通過采用OpenGL渲染機制，實現(xiàn)對多功能顯示器、平視顯示器和頭盔顯示器畫面的多窗口仿真顯示和實時更新。

3 測試與驗證

本文利用仿真CDS的多功能顯示器與平視顯示器作為兩臺仿真顯示器，以飛機加油畫面為例，初始時，加油UA與兩臺仿真顯示器連接通訊，顯示畫面都如圖4a所示，兩臺顯示器的顯示畫面均來自于加油UA的同一個圖層，然后飛機開始進行加油，一段時間之后，在多功能顯示器上按下“停止加油”按鈕后，多功能顯示器切換為圖4b所示畫面，此時油箱呈現(xiàn)出半油和滿油狀態(tài)，并未在平視顯示器進行操作，操作畫面不發(fā)生改變。

圖4 飛機加油畫面Fig.4 Picture of aircraft refuelling

4 結(jié)語

基于ARINC661規(guī)范的座艙顯示系統(tǒng)在當今得到了越來越多的應用，航空機載顯示器的種類和數(shù)量會與日俱增，一個UA可能需要參與多臺顯示器的畫面控制，當多臺顯示器畫面關(guān)聯(lián)到同一個圖層時，UA就要對發(fā)生了畫面操作行為的圖層進行管理。

本文基于ARINC661規(guī)范，分析了基于ARINC661架構(gòu)的座艙顯控系統(tǒng)，對圖層進行了研究，針對多顯示器觸屏操作[10]，研究了UA對畫面的處理技術(shù)，保證了事件響應的正確性。實踐證明，該設計合理，運行可靠。

參考文獻

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