董伯佺

摘要：隨著綜合化航空電子系統(tǒng)的飛速發(fā)展，機(jī)載顯示軟件的安全性、可靠性、高效性已成為嵌入式技術(shù)應(yīng)用的瓶頸。同時，隨著座艙顯示的人機(jī)工效要求不斷提高，多通道的人機(jī)交互成為發(fā)展熱點(diǎn)。本文研究了SCADE高安全性應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境的特點(diǎn)和使用方法，結(jié)合顯示軟件觸控功能的應(yīng)用，介紹了一種基于SCADE的觸控顯示軟件開發(fā)應(yīng)用方案，并在實(shí)際的工程應(yīng)用中得到了充分的驗(yàn)證，該方案有助于縮短軟件開發(fā)周期，提高軟件質(zhì)量，并能達(dá)到良好的人機(jī)交互效果。

關(guān)鍵詞：航空電子;嵌入式軟件;圖形化建模;SCADE;代碼自生成

一、概述

隨著綜合航電系統(tǒng)的迅速發(fā)展，作為航電系統(tǒng)中重要組成部分的座艙顯示系統(tǒng)也向著開放式構(gòu)架發(fā)展，為適應(yīng)這種發(fā)展趨勢，使得顯示模型和接口應(yīng)用分離開發(fā)的方式應(yīng)運(yùn)而生，并得到了迅速發(fā)展。通過提供標(biāo)準(zhǔn)化的接口，將座艙顯示系統(tǒng)的畫面生成功能與用戶應(yīng)用的邏輯功能相隔離，SCADE Suite用于設(shè)計(jì)關(guān)鍵軟件，應(yīng)用于航空航天、鐵路、能源、汽車或工業(yè)等不同領(lǐng)域。本文介紹的設(shè)計(jì)方案通過使用SCADE簡化關(guān)鍵控制應(yīng)用設(shè)計(jì)，以及驗(yàn)證、可認(rèn)證/認(rèn)證級代碼生成和文檔生成的自動化，可以大大降低項(xiàng)目成本。采用SCADE Suite KCG代碼生成器自動生成的代碼滿足DO-178B標(biāo)準(zhǔn)A級和DO-178C標(biāo)準(zhǔn)的軟件質(zhì)量認(rèn)證。

二、觸控顯示系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

本文中，將觸控顯示系統(tǒng)分為應(yīng)用邏輯模塊和顯示模型模塊兩個部分。應(yīng)用邏輯負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)座艙顯示畫面的生成功能，同時為外部輸入設(shè)備提供數(shù)據(jù)接口，而顯示模型程序?yàn)閼?yīng)用邏輯提供源數(shù)據(jù)和用戶交互操作的邏輯處理。系統(tǒng)啟動后，應(yīng)用邏輯模塊和顯示模型模塊加載并解析設(shè)計(jì)定義接口文件，之后通過應(yīng)用邏輯完成顯示畫面的邏輯處理和畫面信息的實(shí)時更新工作。

觸控顯示系統(tǒng)包括觸摸組件、應(yīng)用邏輯、接口定義文件和顯示模型，各模塊功能如下：

1） 觸摸組件模塊，用于定義和管理操作員對觸屏的操作行為，當(dāng)操作員對觸屏進(jìn)行操作時，實(shí)時將觸點(diǎn)的屏幕坐標(biāo)、操作行為的狀態(tài)發(fā)送至CDS內(nèi)核;

2） 顯示模型模塊，用于接收和處理觸摸組件模塊發(fā)送的觸屏操作信息，接收應(yīng)用邏輯模塊發(fā)送的指令并解析，向應(yīng)用邏輯模塊發(fā)送消息，渲染顯示畫面和管理所有窗體部件;

3） 接口定義文件模塊，用于設(shè)計(jì)的定義文件，是顯示模型模塊和應(yīng)用邏輯模塊通信的接口定義;

三、基于SCADE的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）工具簡介

SCADE（Safety-Critical Application Develop-ment Environment）是高安全性的應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境，該開發(fā)環(huán)境由法國Esterel Technologies公司研制，是符合歐洲航空業(yè)DO-178B標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式軟件工具包。它針對嵌入式軟件的特點(diǎn)，運(yùn)用Correct by Construction理念，提出基于SCADE模型的圖形化軟件開發(fā)方式，涵蓋了從軟件需求、設(shè)計(jì)到編碼實(shí)現(xiàn)的整個開發(fā)流程。SCADE開發(fā)環(huán)境提供的一系列開發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)了直觀的圖形化需求建模功能，基于模型的仿真驗(yàn)證和軟件測試功能，以及基于模型的標(biāo)準(zhǔn)C代碼和開發(fā)文檔的自動生成功能。

（二）模塊組件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

觸控顯示系統(tǒng)對顯示畫面位置的管理一般通過操作按鈕窗體部件向應(yīng)用邏輯模塊發(fā)出指令，應(yīng)用邏輯模塊響應(yīng)后對顯示畫面進(jìn)行切換或重置圖層顯示位置。運(yùn)用這種方法，在設(shè)計(jì)顯示畫面時需要包含較多的按鈕窗體部件。本文提供一種顯示器全畫面區(qū)域隨屏幕觸點(diǎn)實(shí)時響應(yīng)的設(shè)計(jì)方法，該方法不需要使用按鈕窗體部件，而是利用SCADE Display中定義的窗體部件，通過應(yīng)用邏輯模塊和顯示模型間指令交互，在觸摸敏感的顯示器上全畫面局部區(qū)域內(nèi)隨屏幕觸點(diǎn)實(shí)時響應(yīng)的功能。該方法節(jié)約顯示畫面空間，簡化定義文件和應(yīng)用邏輯的設(shè)計(jì)，畫面控制也更加方便靈活。根據(jù)觸控顯示系統(tǒng)的總體架構(gòu)，本文提供的方法由觸摸組件應(yīng)用設(shè)計(jì)、顯示模型設(shè)計(jì)、應(yīng)用邏輯模塊設(shè)計(jì)三個部分組合實(shí)現(xiàn)。

四、系統(tǒng)集成

開發(fā)完成CDS和對應(yīng)的UA指令交互邏輯設(shè)置。系統(tǒng)初始化階段，實(shí)例化所有窗體部件，并對各參數(shù)值進(jìn)行初始設(shè)置。之后系統(tǒng)進(jìn)入動態(tài)運(yùn)行階段，觸摸組件實(shí)時監(jiān)控觸摸屏狀態(tài)，如操作員有操作行為，則將觸屏信息發(fā)送給顯示模型組件。在SCADE SUITE中編譯應(yīng)用邏輯組件的代碼，同時在SCADE DISPLAY中完成顯示模型，將應(yīng)用邏輯和顯示模型聯(lián)合編譯后，完成觸控顯示系統(tǒng)的構(gòu)建。假設(shè)座艙顯示器畫面設(shè)計(jì)劃分為幾個區(qū)域，操作員要移動其中一塊畫面區(qū)域，只需用手指接觸該區(qū)域，然后在屏幕上滑動，即可實(shí)現(xiàn)該區(qū)域畫面跟隨手指觸點(diǎn)實(shí)時移動。

五、結(jié)束語

本文基于SCADE工具編譯應(yīng)用邏輯和顯示模型，研究設(shè)計(jì)了一套集成觸摸功能的顯示系統(tǒng)，利用工具中定義的窗體部件，通過應(yīng)用邏輯和顯示模型間指令交互，在觸摸顯示屏上實(shí)現(xiàn)畫面區(qū)域隨觸點(diǎn)實(shí)時移動的功能，該觸控顯示系統(tǒng)已應(yīng)用于某先進(jìn)飛機(jī)座艙顯控系統(tǒng)。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行可靠，畫面區(qū)域可隨觸摸點(diǎn)實(shí)時移動，使畫面控制更加方便、靈活，該方法不但提高了軟件的開發(fā)效率，增加了安全性，同時降低了開發(fā)成本。

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