基于模型驅(qū)動(dòng)的駕駛艙顯示畫面一體化設(shè)計(jì)

文/佘巧燕 汪海涵

1 引言

隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，駕駛艙顯示系統(tǒng)已逐步由繁瑣的機(jī)械儀表轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄軘?shù)字儀表顯示，實(shí)現(xiàn)高度綜合化、智能化。利用大屏幕顯示器對(duì)平臺(tái)信息進(jìn)行綜合顯示，給飛行員提供一種大視野、更詳細(xì)的參數(shù)顯示。顯示畫面內(nèi)容將更豐富、更全面，這將對(duì)畫面設(shè)計(jì)、仿真設(shè)計(jì)、機(jī)載軟件設(shè)計(jì)以及訓(xùn)練模擬器設(shè)計(jì)提出更高要求。

目前，各類主流飛行器的駕駛艙顯示畫面在畫面設(shè)計(jì)、仿真設(shè)計(jì)、機(jī)載軟件設(shè)計(jì)以及模擬器設(shè)計(jì)過程中，普遍采用基于文檔和口頭交流的方式進(jìn)行信息傳遞，這勢(shì)必導(dǎo)致最終的機(jī)載軟件以及模擬器與設(shè)計(jì)源頭不一致，為了解決這個(gè)問題，在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過程中，需反復(fù)溝通、協(xié)調(diào)，反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)和調(diào)試，不斷完善文檔，帶來了大量人力、財(cái)力等資源成本，且不能完全保證設(shè)計(jì)源頭的思想被正確和全面表達(dá)出來。

鑒于此，本文提出一種基于模型驅(qū)動(dòng)的駕駛艙顯示畫面一體化設(shè)計(jì)方法，利用VAPS XT 對(duì)顯示畫面建模，采用模型來表達(dá)和傳遞顯示畫面（UML 邏輯設(shè)計(jì)，XML 語(yǔ)言存儲(chǔ)），并將該方法成功應(yīng)用到某型直升機(jī)上。

2 畫面建模

2.1 畫面設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)各類顯示需求，對(duì)所有符號(hào)和畫面建模，為方便管理符號(hào)庫(kù)和各個(gè)畫面，從下到上依次規(guī)定顯示符號(hào)層級(jí)：符號(hào)庫(kù)→組件庫(kù)（含組件和符號(hào)庫(kù)）→畫面庫(kù)（含符號(hào)庫(kù)和組件庫(kù)），顯示畫面（示例）見圖1所示，駕駛艙顯示畫面由各個(gè)畫面共同構(gòu)成，其中符號(hào)庫(kù)由各類最小顯示單元符號(hào)組成，包括：地平儀、指示空速、無線電高度表、氣壓高度表、升降速度、羅盤、字符串等。

采用Presagis 公司開發(fā)的下一代動(dòng)態(tài)、交互、實(shí)時(shí)和圖形化的人機(jī)界面開發(fā)工具VAPS XT 對(duì)駕駛艙顯示畫面建模，定義每個(gè)符號(hào)/畫面的屬性及外部接口，形成動(dòng)態(tài)顯示符號(hào)/畫面庫(kù)，用文件夾進(jìn)行管理（用UML 邏輯設(shè)計(jì)，用XML 語(yǔ)言存儲(chǔ)），地平儀符號(hào)（示例）見圖2所示，對(duì)應(yīng)文件夾見圖3所示。

數(shù)據(jù)庫(kù)采用一個(gè)大的工程Standard Root Project，符號(hào)庫(kù)、組件庫(kù)、畫面庫(kù)采用Subproject，如需融入自定義代碼設(shè)計(jì)，采用Advanced Objects，通過建立Class 和Coded Implementation 實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜更高級(jí)功能；顯示畫面的管理采用Subproject，包含項(xiàng)目所有畫面演示或所需畫面演示的Format。符號(hào)庫(kù) 采 用Graphical Object/Container/Clipboard Object，如果需要做輔助仿真或者計(jì)算，采用Calculator。數(shù) 據(jù) 收 發(fā) 采 用Data Sender/Receiver，每個(gè)畫面/符號(hào)庫(kù)/組件內(nèi)部調(diào)度可以通過State Chart Properties 實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)流通過Data Flow 實(shí)現(xiàn)，內(nèi)部轉(zhuǎn)換采用Internal Tramsitions 實(shí)現(xiàn)。

2.2 動(dòng)態(tài)仿真數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)顯示畫面自動(dòng)仿真驗(yàn)證，達(dá)到所見即所得，符號(hào)/組件/畫面應(yīng)包含數(shù)據(jù)源控制參數(shù)，包括：外部值驅(qū)動(dòng)、自身仿真值驅(qū)動(dòng)、輸入特殊值靜態(tài)控制；符號(hào)/組件/畫面設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)自身仿真數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)類型包括：三角波形、斜坡波形、矩形波形、隨機(jī)波形，當(dāng)仿真模型不滿足要求時(shí)，可自定義算法進(jìn)行仿真，通過Calculator 并融入自定義代碼；每一個(gè)符號(hào)/組件/畫面自帶放大縮小功能。

圖1：?jiǎn)蝹€(gè)顯示畫面（示例）

符號(hào)/組件/畫面由外部接口控制其用自身仿真庫(kù)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)顯示或者實(shí)時(shí)顯示外部輸入值或者靜態(tài)保持某一個(gè)狀態(tài)，默認(rèn)使用外部驅(qū)動(dòng)。當(dāng)采用自身仿真數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)顯示時(shí)，顯示效果如圖4所示。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)接口設(shè)計(jì)

為了使設(shè)計(jì)的符號(hào)/組件/畫面成為標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)庫(kù)/組件庫(kù)/畫面庫(kù)，便于模型傳遞，采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口設(shè)計(jì)。

顯示畫面屬性包括：位置參數(shù)、放大縮小參數(shù)、數(shù)值參數(shù)、有效狀態(tài)、顏色參數(shù)等，如圖5所示。可控參數(shù)做成外部輸入接口（有效位、字體大小、線寬、顏色、Value 值、枚舉等）；狀態(tài)統(tǒng)計(jì)信息做成輸出接口（圖形的寬度、高度、操控值等），Access 定義為Input、Output、InputOutput 等，Type 選 用 已具備含義的類型；所有外部輸入輸出變量必須在畫面中用DataObjects 進(jìn)行中轉(zhuǎn)傳遞，根據(jù)需要使用Data Flow、Internal Transitions、StateChart；顯示畫面定義好全狀態(tài)，按情形可以包括符號(hào)的全刻度、無數(shù)據(jù)狀態(tài)、故障狀態(tài)、極限狀態(tài)、超限狀態(tài)和疊加視頻狀態(tài)；畫面中的“字”與“圖形”分開定義，建立不同的組；顯示畫面既可以使用自帶的仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，也可以接受外部參數(shù)驅(qū)動(dòng)顯示，通過一個(gè)變量進(jìn)行控制（Simulat）。

規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)事件輸入輸出接口，如圖6所示。事件輸出Events，包括按鍵輸出、狀態(tài)改變輸出、倒計(jì)時(shí)輸出、特殊響應(yīng)輸出等，Type 類型根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)傳遞參數(shù)（Void 為空類型）；事件輸入Operations，用于批量操作處理，例如：復(fù)位功能Reset（void）。

2.4 人機(jī)建模

圖2：地平儀建模（示例）

圖3：地平儀目標(biāo)文件（示例）

圖4：三角波形仿真驅(qū)動(dòng)顯示效果（示例）

圖5：屬性輸入與輸出（示例）

圖6：事件輸入輸出（示例）

利用VAPS XT，將所有顯示畫面（包含UML 信息的對(duì)象）導(dǎo)入Format 中，利用State Chart 完成畫面調(diào)度管理，如圖7所示，利用Group 組屬性、StateChart 狀態(tài)圖、DataFlow數(shù)據(jù)流、InnerTransitions 內(nèi)部轉(zhuǎn)換等功能，最后根據(jù)代碼生成功能，生成相應(yīng)的C/C++代碼，利用VAPS XT 的CODE nGEN Target 設(shè)置平臺(tái)配置文件，生成應(yīng)用軟件。

3 模型傳遞

顯示畫面的Vaps XT 工程結(jié)構(gòu)如圖8所示，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師將所有顯示畫面模型化，并定義外部輸入輸出接口、仿真模型、畫面調(diào)度以及顯示邏輯，可用于畫面設(shè)計(jì)、仿真設(shè)計(jì)、機(jī)載軟件設(shè)計(jì)以及模擬器設(shè)計(jì)過程中的模型傳遞，實(shí)現(xiàn)信息100%無損傳輸，如圖9所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章結(jié)合工程應(yīng)用提出了基于模型驅(qū)動(dòng)的駕駛艙顯示畫面一體化設(shè)計(jì)方法，將駕駛艙顯示畫面的顯示邏輯和調(diào)度關(guān)系建模，定義外部輸入、輸出接口，并設(shè)計(jì)自身仿真數(shù)據(jù)，在畫面設(shè)計(jì)、仿真設(shè)計(jì)、機(jī)載軟件設(shè)計(jì)以及訓(xùn)練模擬器設(shè)計(jì)過程中，采用模型來表達(dá)和傳遞顯示畫面，替代以前基于文檔和口頭交流的方式的信息傳遞，保證信息100%傳遞，且不丟失，該方法準(zhǔn)確有效、實(shí)用性強(qiáng)，保證了信息傳輸?shù)耐暾浴⒖旖菪院臀ㄒ恍裕棺罱K的機(jī)載軟件和訓(xùn)練模擬器與設(shè)計(jì)源頭保持一致，有效縮短型號(hào)研制周期，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。

圖7：顯示畫面狀態(tài)圖控制及調(diào)度（示例）

圖8：顯示畫面工程結(jié)構(gòu)圖

圖9：模型驅(qū)動(dòng)傳遞