基于窗體庫的控制顯示單元軟件設計與應用

佘巧燕　汪海涵

摘要：控制顯示單元是直升機座艙中的重要人機接口，承擔了大部分的交互控制和顯示功能。當前，各型直升機控制顯示單元的顯示控制需求不一樣，導致軟件開發難度和開發費用增加。為了使各型控制顯示單元軟件通用，提出一種基于窗體庫的軟件設計方法，該方法將窗體構成的DF作為消息進行傳輸，使得圖形顯示與邏輯管理完全分開。最后將該方法用在某型直升機及其模擬器上，聯試和運行結果表明：該方法簡單可行，能清晰指導任務軟件的正常運行，使得軟件開發工作更加.簡便，加快了軟件開發進度，節約了成本，具有可擴展性、可維護性。以后還可將代碼直接移植到其它直升機型號和模擬器。

[關鍵詞]交互控制 窗體庫 圖形 可移植

1 引言

控制顯示單元簡稱CDU。在航空電子系統中，CDU主要與綜合任務處理機（IMP）通信，是直升機座艙中的一個主要控制部件，承擔了大部分的交互控制和顯示功能，每個型號直升機根據需要都會配置一至兩臺控制顯示單元，方便駕駛員修改、裝訂各類參數。

目前，各類在役直升機和模擬器的CDU軟件與IMP軟件按功能需求來定義，CDU的按鍵采集、圖形顯示和畫面調度不受IMP控制，.兩者之間只進行一些簡單的數據交換，每次軟件開發或更改都需在CDU和IMP兩端同時進行。由于每個型號CDU軟件與IMP軟件設計具有相對的唯一性，不能將代碼直接平移到其它型號，且不能實現與模擬器之間互換，可擴展性和維護性差，隨著型號越來越多，軟件復雜性和需求變更變得更頻繁，需要多人協同開發，軟件開發周期變長，采用以前的軟件設計方式已經不能滿足需要。鑒于此，從工程應用角度出發，針對CDU提出一·種基于窗體庫的軟件設計方法，并將該方法成功應用到某型直升機和模擬器上。

2 窗體庫理念

傳統上的CDU軟件與IMP軟件由開發人員自己進行定義和編寫，最終得到包含基于內部規則及邏輯的能將信息呈現的可執行程序。而基于窗體庫的軟件設計方法將CDU的圖形繪制代碼和邏輯控制代碼區分開，將所有的邏輯控制及數據存儲交由IMP管理，系統結構如圖1所示。在圖1中，DF消息在IMP和CDU之間被交換，一旦用戶操作被處理，IMP端將發送信息給CDU更新顯示。

CDU顯示系統負責將窗體顯示呈現給最終使用者，所有的窗體都在窗體庫里被定義，并以唯一的ID號用以標識，這種類型的標識方式簡化了CDU和IMP之間的消息交換。窗體命令構成了DF，用于更新顯示，按圖形功能將窗體命令分為控制命令、繪圖命令和特殊圖符命令，包含圖形顯示屬性，如位置、大小、顏色、文本、閃爍等信息。再往下一個級，連接到CDU的物理顯示被劃分為一個或者多個窗口，每個窗口可以渲染多個層級，層級可以交疊但窗口不能交疊，用以創建最終結果，如圖2所示。CDU在整個運行過程中，所有窗體屬性的改變由用戶應用程序IMP進行管理和控制，CDU響應來自按鍵、觸摸屏、鼠標、鍵盤或者其他輸入設備的用戶操作事件，這些交互操作將對窗體顯示產生作用或者生成新的事件，IMP負責接收這些事件消息進而控制CDU顯示，這樣的實時交互機制具備如下好處：CDU軟件只需編寫、編譯、測試、驗證一次;改變應用邏輯流程的時候，僅僅需要修改IMP軟件。

3 CDU軟件設計

3.1 數據通訊.

CDU與IMP之間的應用層數據按數據幀傳輸，每個數據幀從前到后包括消息塊編號、消息塊長度和消息塊內容。消息塊編號指CDU與IMP應用層軟件之間需要交換的數據塊結構的編號，從0開始編號，依次遞增，占用2個字節;消息塊長度為消息塊內容的字節個數，占用2個字節;消息塊內容指CDU與IMP之間需要交換的數據塊結構具體內容，長度大小不定，依據具體內容而定。

3.2 接口定義和消息流程

CDU與IMP應用層之間接口關系如圖3所示。IMP到CDU僅定義2個數據塊，分別為顯示數據DF消息和其它消息塊;CDU到IMP同樣包括2個數據塊，分別為按鍵消息塊和其它消息塊。

通信底層握手成功后，IMP主動周期發送顯示數據塊，該數據塊采用動態可變長DF黑包格式，用于控制CDU顯示每一幅畫面，它對整個CDU來說尤為關鍵，具體解析詳見后面第3.3節，按鍵消息塊將CDU采集到的按鍵碼值實時報告給IMP，用于畫面更改或者切換，通過這兩個消息塊可以控制CDU顯示用戶需要的圖形，同時可實現數據裝訂修改功能。其它消息塊用于傳輸特定信息，如模式控制、離散量采集、故障上報等。

3.3 DF消息

DF消息包括命令頭、DF數據長度、窗體命令和命令尾4部分，其中窗體命令按功能分為控制命令、繪圖命令和特殊圖符命令，見表1、表2、表3，所有的窗體命令構成窗體庫，窗體庫在CDU端定義和實現，每個窗體有唯一的ID號標識。

在窗體庫中，控制命令用于控制圖形的線寬、圖形的線型、字符的字體及大小、圖形與字符的閃爍及顏色等信息;繪圖命令用于控制CDU繪制基本圖形，如：點、線、橢圓、多邊形、扇形、弧線、中英文字符串及位圖等;特殊圖符命令列舉了XX1、XX2、輸入法等常用圖符。繪圖命令和特殊圖符命令包含了每個圖符的坐標、大小、旋轉角度、特殊處理等屬性。

4 應用

采用基于窗體庫的CDU軟件設計方法，關鍵在于DF消息的生成和解析。圖4為一個簡單畫面基于DF消息的顯示流程。圖中圍起來的兩個點畫線框分別代表IMP和CDU，從中可以看出，一幅畫面可以按照DF消息拆成一個個窗體命令，由對應的封裝函數將這些不同命令壓縮成一個DF黑包，由IMP發送出去，CDU收到DF包后調用解析函數將DF黑包分解成不同的窗體命令，再依次調用窗體庫從而得到目標圖形畫面。

CDU在實驗室的仿真運行效果如圖5所示，當IMP斷開時，CDU顯示黃色閃爍字符“通信中斷”，通信穩定建立后，依次按壓CDU面板，上的按鍵可以進入不同的畫面或者修改相應參數，畫面切換和參數修改由IMP根據CDU傳送的按鍵消息控制，CDU負責繪圖和采集用戶操作事件。最后將該方法應用到某型直升機和模擬器上，試驗和運行結果表明：該方法通用性強，能正確指導任務的執行，滿足各種畫面的顯示控制和參數裝訂，CDU軟件可在不同直升機型號及模擬器之間互換，加快軟件開發進度，有效降低研制費用。

5 結束語

文章結合工程應用提出了基于窗體庫的CDU軟件設計方法，該方法實用性強，打破了以往直升機型號和模擬器封閉式的獨立軟件設計，CDU采用調用窗體庫的方式顯示IMP發送的顯示數據DF消息包，同時將采集到的用戶事件傳送給IMP，實現IMP對CDU完全管控。

CDU與IMP每完成一次軟件開發，可將相應代碼直接移植到其它仿真平臺（含模擬器）或者型號上去，只需對軟件進行少量更改甚至不更改，加快了軟件開發進度，節約了成本。即便以后需求發生改變，也只需在IMP端做少量軟件修改即可完成對應功能，可擴展性和可維護性變強。

目前該方法已成功應用到某型直升機和模擬器上，隨著以后直升機型號越來越多，相信該方法會得到更廣泛的應用和推廣。

參考文獻

[1]張海藩。軟件工程導論[M].北京：清華大學出版社，2003.

[2] Aeronaut ical Radio INC. ARINC Characteristic 702A-3 Advanced flight management computer system[S]. USA：Aeronautical Radio INC， 2006.

[3]雅各布森，布謝，朗博，統一軟件開發過程[M].北京：機械工業出版社，2001.

[4]Arinc 661 Specification： Cockpit Display System Interfaces to UserSystems [S]. Aeronautical Radio INC，2002.

[5]馬銳。飛行管理系統性能優化與控制研究[D].西安：西北工業大學，2006.

[6]熊華鋼，王中華。先進航空電子綜合技術[M].北京：國防工業出版社，2009.