基于窗體庫的控制顯示單元軟件設(shè)計與應(yīng)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(dān)了大部分的交互控制和顯示功能。當(dāng)前，各型直升機控制顯示單元的顯示控制需求不一樣，導(dǎo)致軟件開發(fā)難度和開發(fā)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(shè)計方法，該方法將窗體構(gòu)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(lián)試和運行結(jié)果表明：該方法簡單可行，能清晰指導(dǎo)任務(wù)軟件的正常運行，使得軟件開發(fā)工作更加.簡便，加快了軟件開發(fā)進度，節(jié)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(guān)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(tǒng)中，CDU主要與綜合任務(wù)處理機（IMP）通信，是直升機座艙中的一個主要控制部件，承擔(dān)了大部分的交互控制和顯示功能，每個型號直升機根據(jù)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(shù)。

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(diào)度不受IMP控制，.兩者之間只進行一些簡單的數(shù)據(jù)交換，每次軟件開發(fā)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(shè)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(xiàn)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(fù)雜性和需求變更變得更頻繁，需要多人協(xié)同開發(fā)，軟件開發(fā)周期變長，采用以前的軟件設(shè)計方式已經(jīng)不能滿足需要。鑒于此，從工程應(yīng)用角度出發(fā)，針對CDU提出一·種基于窗體庫的軟件設(shè)計方法，并將該方法成功應(yīng)用到某型直升機和模擬器上。

2 窗體庫理念

傳統(tǒng)上的CDU軟件與IMP軟件由開發(fā)人員自己進行定義和編寫，最終得到包含基于內(nèi)部規(guī)則及邏輯的能將信息呈現(xiàn)的可執(zhí)行程序。而基于窗體庫的軟件設(shè)計方法將CDU的圖形繪制代碼和邏輯控制代碼區(qū)分開，將所有的邏輯控制及數(shù)據(jù)存儲交由IMP管理，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(fā)送信息給CDU更新顯示。

CDU顯示系統(tǒng)負(fù)責(zé)將窗體顯示呈現(xiàn)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(biāo)識，這種類型的標(biāo)識方式簡化了CDU和IMP之間的消息交換。窗體命令構(gòu)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(chuàng)建最終結(jié)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(yīng)用程序IMP進行管理和控制，CDU響應(yīng)來自按鍵、觸摸屏、鼠標(biāo)、鍵盤或者其他輸入設(shè)備的用戶操作事件，這些交互操作將對窗體顯示產(chǎn)生作用或者生成新的事件，IMP負(fù)責(zé)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(yīng)用邏輯流程的時候，僅僅需要修改IMP軟件。

3 CDU軟件設(shè)計

3.1 數(shù)據(jù)通訊.

CDU與IMP之間的應(yīng)用層數(shù)據(jù)按數(shù)據(jù)幀傳輸，每個數(shù)據(jù)幀從前到后包括消息塊編號、消息塊長度和消息塊內(nèi)容。消息塊編號指CDU與IMP應(yīng)用層軟件之間需要交換的數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)的編號，從0開始編號，依次遞增，占用2個字節(jié);消息塊長度為消息塊內(nèi)容的字節(jié)個數(shù)，占用2個字節(jié);消息塊內(nèi)容指CDU與IMP之間需要交換的數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)具體內(nèi)容，長度大小不定，依據(jù)具體內(nèi)容而定。

3.2 接口定義和消息流程

CDU與IMP應(yīng)用層之間接口關(guān)系如圖3所示。IMP到CDU僅定義2個數(shù)據(jù)塊，分別為顯示數(shù)據(jù)DF消息和其它消息塊;CDU到IMP同樣包括2個數(shù)據(jù)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(fā)送顯示數(shù)據(jù)塊，該數(shù)據(jù)塊采用動態(tài)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(guān)鍵，具體解析詳見后面第3.3節(jié)，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(xiàn)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(gòu)成窗體庫，窗體庫在CDU端定義和實現(xiàn)，每個窗體有唯一的ID號標(biāo)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(biāo)、大小、旋轉(zhuǎn)角度、特殊處理等屬性。

4 應(yīng)用

采用基于窗體庫的CDU軟件設(shè)計方法，關(guān)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(yīng)的封裝函數(shù)將這些不同命令壓縮成一個DF黑包，由IMP發(fā)送出去，CDU收到DF包后調(diào)用解析函數(shù)將DF黑包分解成不同的窗體命令，再依次調(diào)用窗體庫從而得到目標(biāo)圖形畫面。

CDU在實驗室的仿真運行效果如圖5所示，當(dāng)IMP斷開時，CDU顯示黃色閃爍字符“通信中斷”，通信穩(wěn)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(yīng)參數(shù)，畫面切換和參數(shù)修改由IMP根據(jù)CDU傳送的按鍵消息控制，CDU負(fù)責(zé)繪圖和采集用戶操作事件。最后將該方法應(yīng)用到某型直升機和模擬器上，試驗和運行結(jié)果表明：該方法通用性強，能正確指導(dǎo)任務(wù)的執(zhí)行，滿足各種畫面的顯示控制和參數(shù)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(fā)進度，有效降低研制費用。

5 結(jié)束語

文章結(jié)合工程應(yīng)用提出了基于窗體庫的CDU軟件設(shè)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(shè)計，CDU采用調(diào)用窗體庫的方式顯示IMP發(fā)送的顯示數(shù)據(jù)DF消息包，同時將采集到的用戶事件傳送給IMP，實現(xiàn)IMP對CDU完全管控。

CDU與IMP每完成一次軟件開發(fā)，可將相應(yīng)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(fā)進度，節(jié)約了成本。即便以后需求發(fā)生改變，也只需在IMP端做少量軟件修改即可完成對應(yīng)功能，可擴展性和可維護性變強。

目前該方法已成功應(yīng)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(yīng)用和推廣。

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