基于ARINC661的DF文件設計平臺研究與實現

摘 要：隨著電子技術的發展，航空機載設備越來越多，也越來越復雜，座艙顯示儀表日趨電子化和綜合化。為此，ARINC公司制訂的ARINC661規范，對座艙顯示系統(CDS)和用戶應用系統(UA)之間的通信接口進行了定義。通過對ARINC661規范的分析，研究了窗體部件的概念，重點對CDS與UA之間圖形用戶的接口定義文件(DF)展開了研究，研制開發了一套基于ARINC661規范的DF文件生成軟件，為國內飛機座艙顯示系統的開發提供了便利。

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關鍵詞：ARINC661； DF文件； XML； 圖形用戶接口

中圖分類號：

TN873-34; V241

文獻標識碼：A

文章編號：1004-373X(2012)05

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Research and implementation of definition file designer based on ARINC Specification 661

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YUAN Lei1， SUN Yong-rong1， ZHOU Xiao-da2， XU Gang2， CAO Meng1

(1.College of Automation Engineering， Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， Nanjing 210016， China; 

2.Shengyang Aircraft Design Research Institute，AVIC， Shenyang 110035， China)

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Abstract：

With the rapid development of electronic technique， more and more avionics are developed. To standardize the interface between CDS (Cockpit Display System) and UA (User Application)， the ARINC Company drew up ARINC 661 specification. The concept of widget is studied by analyzing the principle of the ARINC 661 specification. The definition file that is the definition of graphical interface between CDS and UA is researched. On this basis， a DF designer software system based on the specification was developed for providing great convenience to the research of cockpit display system in our country.

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Keywords： ARINC661； definition file； XML； graphical interface

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收稿日期：2011-10-21

0 引 言

飛機座艙是飛行員在空中活動的工作場所，飛行員靠座艙中各種顯示器獲得飛機信息，進而做出決策進行飛機的操縱和控制。因此，座艙的顯示與控制系統在飛機的人機界面中占有非常重要的地位。

隨著電子技術的飛速發展，航空電子的綜合化程度和人機交互的要求都越來越高。但是由于缺乏行業規范，不同廠家生產的航空電子器件接口各不相同，給飛機座艙顯示系統(Cockpit Display System，CDS)的開發帶來了不便。為此，ARINC公司針對座艙顯示系統到用戶系統(User Application，UA)的接口制訂了ARINC661規范 ［1］，經過近幾年的修訂與增補，該規范已相繼為波音、空客等公司采用，逐步發展成為行業標準［2］。

ARINC661獨特之處在于將畫圖代碼和管理可見元素的邏輯、位置及狀態等代碼分離，并為此定義了二者之間的接口(窗體部件Widget)庫和二者之間的通信協議。在具體實現方式上，利用定義文件(Definition File，DF)描述CDS的界面顯示和維護CDS與UA之間的通信等。對于DF的生成，目前市場上支持的軟件有VAPS XT 661和SCADE等［5］，但是由于與自主CDS內核不完全兼容等問題，有針對性地開發ARINC661 DF設計軟件顯得尤為需要。

本文首先對基于ARINC661規范的CDS系統進行分析，研究DF文件的結構，在此基礎上建立一個基于該規范的DF文件生成軟件系統，為飛機座艙顯示系統的開發提供一個軟件平臺。

1 基于ARINC661的DF文件結構分析

ARINC661規范為CDS的設計引入了一個基本的GUI集合：窗體部件庫(Widget Library)并為每種Widget給出了詳細的定義。使用該窗體部件庫，CDS的主體設計過程可簡單地描述為Widget結構及屬性的設置。而UA(航空電子設備仿真程序)與CDS主要的信息交互過程也可簡單地描述為Widget屬性值的傳輸。這實質上為CDS的設計引入了一個開放的模式，即隨著窗體部件配置的不同，CDS可以呈現出不一樣的功能。ARINC661標準通過一個DF定義文件，定義并確定CDS上所有的顯示信息。

DF文檔的引入，使得CDS的圖形顯示設計與功能邏輯設計徹底分離，其中CDS負責圖形的顯示，UA負責功能邏輯的設計，其功能劃分示意圖如圖1所示。

DF是CDS可加載的標準格式文件，它指定了UA接口頁面中所有窗體部件的屬性參數與層次結構。包括在CDS中加載和解釋DF文件，其主要是創建(實例化并對所有參數進行初始設置)窗體部件的過程。采用這種CDS預先加載DF文件，將確定的窗體部件存儲在CDS存儲器中，可降低內存的占用率，減小運行階段對系統總線帶寬的需求。

DF文件的內容可劃分為三個模塊，分別為“符號圖形定義塊”、“圖像定義塊” 和“窗體定義塊”，即Symbol塊、Picture塊和Layer塊。Symbol塊的定義位于DF剛開始的位置，在UA圖層定義之前，DF中的任意的UA圖層都能引用該DF中定義的符號；Picture塊主要是引入一個外部PNG圖像，將其定義保存到Picture庫中，它們可以被各種各樣的窗體部件引用；Layer塊是DF文件作為圖形接口軟件的主體部分，主要用來描述窗體的布局內容，每個塊包括一個圖層的完整定義，Layer塊描述了圖層中的UA窗體部件以及這些窗體部件屬性參數和層次結構。DF的結構設計如圖2所示。

從圖2可以看出，在DF中，Picture及Symbol的定義放在文件頭描述之后，Widget定義之前，且文檔的主體部分還是Widget定義。由于DF文檔描述了CDS大量的信息，其結構化設計可以提高信息存取的效率。

DF最終以二進制的形式應用于實際CDS，但是在CDS的設計過程中，尤其是在模擬開發階段，為了減輕設計人員的負擔，DF的描述語言應具備很好的可讀性。ARINC661規范中推薦XML作為DF的設計語言。

2 DF文件設計軟件開發與實現

2.1 軟件整體結構

本文基于ARINC661規范開發的DF文件設計軟件，軟件操作者在本軟件界面上根據需求調用Widget庫設計界面，配置相應屬性，并根據設計的具體需求選用通用Symbols或自定義Symbol，設計完成后可生成XML-DF文件。如果需修改已存在的XML-DF，可利用XML解釋器導入該DF文件，從而再次進入DF的設計過程。XML-DF設計完成后，可利用XML轉二進制DF模塊，從而生成二進制DF文件，從而可直接應用于工程實際。利用本文中開發完成的軟件設計DF的流程圖，如圖3所示。

2.2 主要功能模塊

DF設計軟件主要實現窗體部件樹形結構的設計、符號圖形設計、外部PNG圖像定義、XML格式DF文件生成與解釋、XML格式DF文件到二進制DF文件的轉換等五個方面的功能。

(1) 窗體部件樹形結構設計模塊：包括窗體部件樹形結構圖的創建、與樹形結構圖對應的窗體部件外觀預覽、以及窗體部件節點的新建、復制、剪切、粘貼、刪除、屬性修改等操作，方便用戶直觀地分析DF文件的整體布局。

(2) Symbol設計模塊：包括新的Symbol圖形的創建、加載并修改庫中已有的Symbol圖形、保存Symbol圖形至Symbol庫以供Layer塊引用。

(3) Picture定義模塊：檢測并加載路徑PNG圖像，讀取PNG圖像像素點信息，保存PNG圖像至Picture庫以供相關窗體部件引用。

(4) XML格式DF文件生成與解釋模塊：包括由窗體部件樹形結構生成符合ARINC661規范的XML格式DF文件，加載XML格式DF文件，以實現對DF文件的復用。

(5) XML格式DF文件到二進制DF文件轉換模塊：將設計好的XML定義文件轉化成二進制DF定義文件，這是整個軟件系統的最終目標。

3 DF文件設計軟件關鍵技術研究

3.1 XML格式DF文件生成技術研究

XML格式DF文件需符合文檔類型定義(DTD)規范，為此，本文中引用一個外部的DTD文件，用以規范DF文件的結構，如圖4所示。其中，根元素節點“a661_df”中包括以下內容：

(1) Model元素是用來指定其父元素特性，是a661_df，a661_layer以及a661_widget等元素必須包含的子元素。

(2) SymbolTable元素用于定義一個存儲在DF中的符號圖形定義的列表，其中可包含多個Symboldefn元素，每個Symboldefn元素定義一個符號的圖形化顯示實體。

(3) PictureTable元素是一個可選的子元素，用于定義一個存儲在DF中的圖片列表，可包含多個Picturedefn元素。在Picturedefn元素指定所定義圖片的像素格式、文件路徑以及文件名等信息。

(4) Layer元素用以定義一個圖層，由一個Model子元素指定其特性，另外可包含一個或多個Widget子元素。由于容器型Widget元素的可嵌套性，Layer元素可以看作Widget窗體部件樹的根節點。

利用.NET Framework中提供的類，可以生成XML格式DF文件，具體可有兩種實現方法：XmlWriter類的方法；XmlDocument類的方法。其中，第一種方法主要用于創建全新的XML文檔，而第二種方法則可用于對已有文檔進行編輯、更新和刪除操作。

3.2 XML格式DF文件到二進制DF文件轉換

3.2.1 DF文件的錯誤檢測

由于BIN格式DF文件的不易讀性，定義文件錯誤檢測的主要工作應在XML定義文件中完成，目前主要考慮了三個方面可能出現的錯誤：

(1) 語法錯誤：如屬性值格式不符合要求因而無法被轉化、屬性值超出其數據格式范圍等問題的檢查，并對該異常情況進行報錯處理。

(2) 樹形結構邏輯錯誤：如同一個DF文件中出現重復的圖層ID或窗體部件ID、出現Widget庫中未定義的窗體部件類名或屬性名稱、父子關系在規范中為非法的等問題，出現這種問題，可跳過該圖層或窗體部件的加載，并報錯。

(3) 加載Symbol定義文件、Picture定義文件中的錯誤：如將要加載的Symbol的SymbolReference(PictureReference)與庫中已有的SymbolName(PictureID)重復，此時可通過修改SymbolReference(PictureReference)繼續加載并報錯以提示用戶。如出現Picture定義文件中ImageFile屬性所指定的路徑中不存在相關PNG文件，則只能跳過該元素繼續加載，并報錯。

3.2.2 XML到BIN二進制文件的轉換

XML-DF文件到BIN-DF文件的轉換主要涉及XML-DF文件的讀取和BIN-DF文件的生成。BIN-DF文件的生成比較簡單，按照規范中定義的格式要求，利用二進制文件的輸入輸出流即可實現。下面介紹XML格式DF文件中Picture、Layer塊的讀取方法。

Picture定義塊在XML-DF和BIN-DF中定義不同：XML-DF中只需要給出外部PNG圖片的文件路徑名稱等信息，而BIN-DF中則必須包含PNG文件的全部像素點信息。故而Picture定義塊的轉換有很大的工作量在于對PNG文件的像素點讀取，這個可以通過Graphics類實現。

Layer塊的讀取則可采用遞歸的方法，其算法流程圖如圖5所示。

4 DF文件設計軟件測試

本文中研究開發的DF文件設計軟件主界面如圖6所示。界面左側為DF文件樹形結構圖，中間為XML-DF文件示例，右側為所選中節點的屬性列表。用戶可通過工具欄中的按鈕添加或刪除圖層以及窗體部件，可通過右側屬性列表框修改窗體部件屬性。

所生成的二進制DF文件如圖7所示。

5 結 語

本文主要介紹了通用DF設計平臺的設計，通過該軟件平臺，可生成符合ARINC661規范的XML-DF文檔，并轉換成二進制的DF文件。該軟件實現了一個含有36種窗體部件庫，并提供專用的Widget設計界面，設計人員可以方便、高效地設計相關Widget的結構和屬性。通過一個自定義Symbol專用設計界面，設計人員可以通過各類Symbol定義命令的組合配置快速地設計出所需Symbol的定義。

實踐表明，本文研究開發的DF設計平臺，可以使得設計人員準確、方便且高效地設計出規范化的基于XML語言的DF文件，并進一步轉成二進制的DF文件，從而為飛機座艙顯示系統的開發提供了很大的便利。

參 考 文 獻

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作者簡介：

袁 磊 女，1989年出生，江蘇南通人，碩士研究生。主要研究領域為精密儀器及機械、計算機應用等。

(上接第152頁)

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作者簡介：

王瑞華 男，1974年出生，吉林龍井人，工程師。主要研究方向為空調系統節能優化控制。