基于A661的一種典型民用飛機駕駛艙顯示管理研究

易子淳 / YI Zichun

(上海飛機設計研究院，上海 201210)

基于A661的一種典型民用飛機駕駛艙顯示管理研究

易子淳 / YI Zichun

(上海飛機設計研究院，上海 201210)

隨著現代民機駕駛艙的發展，艙內的多個顯示器已不再是獨立的個體，需要根據特定場景及飛行員外部操作進行相互協調、動態調配。顯示器之間相互聯動，互為備份，能夠保證關鍵顯示信息在多種故障模式下依然具備顯示能力，以提高系統可靠性。再者，隨著顯示系統ARINC 661標準[1]越來越廣泛的應用，軟件組件之間的耦合性大大降低，同時也對顯示管理軟件設計提出了更高要求。主要介紹了顯示管理設計中的顯示構型管理、顯示重構和光標管理等關鍵技術。

顯示管理；ARINC 661；顯示重構

0 引言

隨著大型民用客機駕駛艙功能的日益復雜化，具有高度集成功能的顯示器被越來越多的應用。功能豐富的顯示器取代了以往傳統的儀表顯示，同時通過顯示器的外圍輸入設備，顯示器也成為了輸入終端和控制終端，其對顯示器的功能提出了更高的要求。另外一方面，越來越多的顯示應用采用ARINC 661架構，后臺邏輯控制程序又可能是運行在IMA(集成模塊化航電系統)平臺中的ARINC 653駐留應用[2]，并且多個顯示器共同組成的顯示器集合，已不再是相互獨立的個體，需要彼此關聯，互相協調。這些新技術、新功能，不僅降低了各個系統的集成難度，也極大簡化了飛行員操作程序，但是同時也對顯示系統提出了更高的要求：必須具備對所有顯示設備和功能進行統一協調管理的能力。

1 顯示管理功能架構

顯示管理(DM)是指對駕駛艙顯示系統進行統一調度、分配、控制的一系列功能合集的總稱，由顯示系統中多個模塊共同完成，一般來說，DM具備下述幾個主要功能：

1)與航電控制板進行交互，對顯示內容進行控制：為了保證顯示內容的靈活性和個性化，允許飛行員通過這些設備，自行配置各個顯示器的顯示內容；

2)對顯示器進行狀態監控，自動重構：通過對顯示器運行狀態的持續監控，自動捕獲異常情況，當某個或某幾個顯示器失效時，通過預先配置的重構策略，自動完成顯示器顯示內容的重新布局，保證關鍵信息依然能夠顯示；

3)與駕駛艙顯示服務器(CDS)[1]進行通信：當顯示系統子應用采用A661架構時，CDS是其顯示端的核心控件，DM必須向CDS發送消息，進而對顯示畫面進行控制；

4)進行光標管理：在大型民機顯示系統中，往往為左右駕駛均配備各自光標，且為了方便操作，光標能夠在不同顯示器屏幕之間進行切換，同時還要保證兩個光標之間不能干擾。

綜上，當前通用的一種典型構架如圖1所示。

2 顯示管理關鍵技術

2.1 顯示構型管理

現代駕駛艙一般配備多臺綜合顯示器(IDU)，其中部分顯示器進行主飛行顯示(PFD)，其余顯示器負責其它功能顯示(例如發動機指示和機組告警信息顯示、導航信息、綜合監視、飛行管理等)，這些顯示器一般被稱為多功能顯示器(MFD)。在多功能顯示器上，飛行員可以通過控制板或菜單靈活地配置顯示內容，該功能由DM支持。每一個IDU中，根據人機接口需求，預設了所有可能的顯示構型，稱之為Personality[1]；每一種Personality中詳細定義了屏幕中的窗口劃分情況；每一個窗口中定義了要顯示的圖層(Layer)。通過這樣的一種層級調用關系，所有可供顯示的Layer[1]，相當于顯示資源，通過DM實現了動態的調度，這樣一種方式極大簡化了系統設計和存儲資源。

其中IMA中的顯示管理模塊(DMI)扮演著總調度的角色，實時掌控各個顯示器和子系統的運行狀態，并且根據飛行員操作，綜合計算當前狀態下每個顯示器的顯示內容。DMI的計算結果通過Personality為最終載體，發送給下顯中的顯示管理模塊(DMH)，其獲得指令后，調用Windows Manager進行窗口繪制和顯示。雖然畫面發生了改變，但并不是功能重新進行了部署，而是在每一時刻，所有應用作為一種顯示資源，一直都在底層運行，直到DM在特定情形下將其激活并置為可見。

2.2 顯示失效重構

IMA中的顯示管理模塊DMI統一對各個顯示器的顯示狀態進行中央決策[4]，而每一個IDU中的DMH則負責監控各自IDU的狀態，向DMI進行實時通報。對于IDU而言，平臺底層駐留有一個健康監控軟件，能夠判斷平臺當前的健康狀態(具體功能不在本文的討論范圍之內)，并周期性向DMH發送。同時如果飛行員操作顯示器開關按鈕，也會觸發響應信號，DMH 通過這兩類信號綜合判斷出此時IDU的運行狀態，并發至DMI。

當DMI收到顯示器狀態異常的事件信號，并且失效的顯示器所顯示的內容具有較高優先級，此時會觸發顯示重構，DMI根據當前情況計算出各個IDU的Personality，并發送給DMH，具體重構的過程參考上述章節。進行顯示系統設計時，必須預先定義所有可能出現的故障模式和采取的重構策略(包括單個IDU和多個IDU失效)，以及重構后每個IDU的顯示構型，一種典型的處理數據流如圖2所示。

2.3 光標管理

對于光標的管理，需要CDS、DMI、DMH來共同完成。本質上光標的激活與否，移動都是由A661 Server來控制的。本文件中所強調的光標管理是在高一個層級進行的光標控制，包括光標的跳轉，激活與失效等內容。

在初始化上電的情況下，DMH需要預先定義光標的位置。光標的位置屬性包含兩個方面的定義：在哪個IDU以及在IDU的哪個位置。由于主駕駛和副駕駛都有自己獨立的光標，需要對這兩個光標都進行初始化定義。根據2.2章節的描述，在某些情況下，會對顯示資源進行重構，在顯示窗口發生變化時，對于當前光標的位置也需協同考慮，重新進行定義，并由DMH負責管理。航電控制板對于光標的移動操作都是通過DMH來進行傳遞的，DMH獲取控制板操作信號，然后發送給CDS，進行光標移動。而光標的跳轉則需要DMI和DMH的共同協作。所謂光標的跳躍是指光標從一個窗口移動到另外一個窗口，或者從一個IDU移動到另外一個IDU，在實現細節上，可以對“跳轉”進行如下定義：“光標接近定義的窗口邊緣，并且還有向邊緣移動的趨勢”。

DMH一般會向DMI提供一個輸入參數，該參數表述光標在向哪個方向移動，IMA DM在收到該參數之后進行邏輯判斷，光標“Jump”之后應該出現在哪個合適的位置，并將光標位置參數設置為相應的值。控制板上的光標指派按鍵也會驅動跳躍事件，原理與上述相同。

3 結論

多顯示器進行綜合顯示，智能協同，極大減少了飛行員的操作負荷，同時由于顯示內容可實時配置，使得駕駛艙顯示更加靈活，以符合不同飛行員的操作習慣。各個顯示器之間互為備份，提高了安全性和系統可靠性。但是這些更加豐富的功能，也對顯示系統設計提出了更高的要求，尤其是針對各種特殊場景和特定故障模式的分析，將成為后續顯示管理系統設計的關鍵。

[1] Arinc. Cockpit Display System Interfaces Touser Systems Arinc Specificiation 661-4 [S]. 2010:396.

[2] Arinc. Avionics Application Software Standard Interface Part 1-Required Services Arinc Specification 653P1-2[S]. 2006:102.

[3] 楊云志,羅通俊，黃進武. 我國大型飛機航空電子系統的發展與思考[J].電訊技術，2007(04)：1-5.

[4] 陳龍. IMA重配置策略和重配置的安全性分析方法[D].南京：南京航空航天大學，2016:122-123.

[5] 劉建. ARINC 661規范及其應用開發研究[J].計算機與現代化，2010(04)：188-192.

Research on a Typical Cockpit Display Manager Based on ARINC 661 for Civil Aircraft

(Shanghai Aircraft Design and Research Institute, Shanghai 201210, China)

As the development of advanced civil aircraft cockpit, multiple displays shall coordinate with each other, rather than performing independently, which can interact with crews. This mutually redundancy of displays ensures robustness of display systems, increasing system availability. Further, with the widely use of ARINC 661 standard, couplings among software components are being reduced, which also results in the higher requirement for design of display manger software. The paper mainly focuses on configuration management, display reversion and curser management of display manager.

display manager; ARINC 661; display reversion

V241

A

10.19416/j.cnki.1674-9804.2017.04.025

易子淳男，碩士，工程師。主要研究方向：機載軟件開發。Tel: 021-20866495；E-mail: yizichun@comac.cc

DOI: 10.19416/j.cnki.1674-9804.2017.04.026