基于模型驅動的駕駛艙顯示畫面一體化設計

文/佘巧燕 汪海涵

1 引言

隨著現(xiàn)代計算機技術和電子信息技術的飛速發(fā)展，駕駛艙顯示系統(tǒng)已逐步由繁瑣的機械儀表轉變?yōu)橹悄軘底謨x表顯示，實現(xiàn)高度綜合化、智能化。利用大屏幕顯示器對平臺信息進行綜合顯示，給飛行員提供一種大視野、更詳細的參數顯示。顯示畫面內容將更豐富、更全面，這將對畫面設計、仿真設計、機載軟件設計以及訓練模擬器設計提出更高要求。

目前，各類主流飛行器的駕駛艙顯示畫面在畫面設計、仿真設計、機載軟件設計以及模擬器設計過程中，普遍采用基于文檔和口頭交流的方式進行信息傳遞，這勢必導致最終的機載軟件以及模擬器與設計源頭不一致，為了解決這個問題，在實際運營過程中，需反復溝通、協(xié)調，反復進行試驗和調試，不斷完善文檔，帶來了大量人力、財力等資源成本，且不能完全保證設計源頭的思想被正確和全面表達出來。

鑒于此，本文提出一種基于模型驅動的駕駛艙顯示畫面一體化設計方法，利用VAPS XT 對顯示畫面建模，采用模型來表達和傳遞顯示畫面（UML 邏輯設計，XML 語言存儲），并將該方法成功應用到某型直升機上。

2 畫面建模

2.1 畫面設計

系統(tǒng)設計根據各類顯示需求，對所有符號和畫面建模，為方便管理符號庫和各個畫面，從下到上依次規(guī)定顯示符號層級：符號庫→組件庫（含組件和符號庫）→畫面庫（含符號庫和組件庫），顯示畫面（示例）見圖1所示，駕駛艙顯示畫面由各個畫面共同構成，其中符號庫由各類最小顯示單元符號組成，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)的下一代動態(tài)、交互、實時和圖形化的人機界面開發(fā)工具VAPS XT 對駕駛艙顯示畫面建模，定義每個符號/畫面的屬性及外部接口，形成動態(tài)顯示符號/畫面庫，用文件夾進行管理（用UML 邏輯設計，用XML 語言存儲），地平儀符號（示例）見圖2所示，對應文件夾見圖3所示。

數據庫采用一個大的工程Standard Root Project，符號庫、組件庫、畫面庫采用Subproject，如需融入自定義代碼設計，采用Advanced Objects，通過建立Class 和Coded Implementation 實現(xiàn)更復雜更高級功能；顯示畫面的管理采用Subproject，包含項目所有畫面演示或所需畫面演示的Format。符號庫 采 用Graphical Object/Container/Clipboard Object，如果需要做輔助仿真或者計算，采用Calculator。數 據 收 發(fā) 采 用Data Sender/Receiver，每個畫面/符號庫/組件內部調度可以通過State Chart Properties 實現(xiàn)，數據流通過Data Flow 實現(xiàn)，內部轉換采用Internal Tramsitions 實現(xiàn)。

2.2 動態(tài)仿真數據設計

為實現(xiàn)顯示畫面自動仿真驗證，達到所見即所得，符號/組件/畫面應包含數據源控制參數，包括：外部值驅動、自身仿真值驅動、輸入特殊值靜態(tài)控制；符號/組件/畫面設計對應自身仿真數據庫，數據類型包括：三角波形、斜坡波形、矩形波形、隨機波形，當仿真模型不滿足要求時，可自定義算法進行仿真，通過Calculator 并融入自定義代碼；每一個符號/組件/畫面自帶放大縮小功能。

圖1：單個顯示畫面（示例）

符號/組件/畫面由外部接口控制其用自身仿真庫數據驅動顯示或者實時顯示外部輸入值或者靜態(tài)保持某一個狀態(tài)，默認使用外部驅動。當采用自身仿真數據驅動顯示時，顯示效果如圖4所示。

2.3 標準接口設計

為了使設計的符號/組件/畫面成為標準符號庫/組件庫/畫面庫，便于模型傳遞，采用統(tǒng)一的標準接口設計。

顯示畫面屬性包括：位置參數、放大縮小參數、數值參數、有效狀態(tài)、顏色參數等，如圖5所示。可控參數做成外部輸入接口（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 進行中轉傳遞，根據需要使用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的全刻度、無數據狀態(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據進行動態(tài)顯示，也可以接受外部參數驅動顯示，通過一個變量進行控制（Simulat）。

規(guī)定標準事件輸入輸出接口，如圖6所示。事件輸出Events，包括按鍵輸出、狀態(tài)改變輸出、倒計時輸出、特殊響應輸出等，Type 類型根據實際需要設計傳遞參數（Void 為空類型）；事件輸入Operations，用于批量操作處理，例如：復位功能Reset（void）。

2.4 人機建模

圖2：地平儀建模（示例）

圖3：地平儀目標文件（示例）

圖4：三角波形仿真驅動顯示效果（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 信息的對象）導入Format 中，利用State Chart 完成畫面調度管理，如圖7所示，利用Group 組屬性、StateChart 狀態(tài)圖、DataFlow數據流、InnerTransitions 內部轉換等功能，最后根據代碼生成功能，生成相應的C/C++代碼，利用VAPS XT 的CODE nGEN Target 設置平臺配置文件，生成應用軟件。

3 模型傳遞

顯示畫面的Vaps XT 工程結構如圖8所示，系統(tǒng)設計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、畫面調度以及顯示邏輯，可用于畫面設計、仿真設計、機載軟件設計以及模擬器設計過程中的模型傳遞，實現(xiàn)信息100%無損傳輸，如圖9所示。

4 結束語

文章結合工程應用提出了基于模型驅動的駕駛艙顯示畫面一體化設計方法，將駕駛艙顯示畫面的顯示邏輯和調度關系建模，定義外部輸入、輸出接口，并設計自身仿真數據，在畫面設計、仿真設計、機載軟件設計以及訓練模擬器設計過程中，采用模型來表達和傳遞顯示畫面，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，該方法準確有效、實用性強，保證了信息傳輸的完整性、快捷性和唯一性，使最終的機載軟件和訓練模擬器與設計源頭保持一致，有效縮短型號研制周期，保證設計質量。

圖7：顯示畫面狀態(tài)圖控制及調度（示例）

圖8：顯示畫面工程結構圖

圖9：模型驅動傳遞