基于arinc661的座舱显控信息管理系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于ARINC661的座舱显控信息管理系统及方法，其中，座舱显控信息管理系统包括数据综合分析处理模块、用户应用管理模块、定义文件管理模块和通讯模块。该系统运行于综合化航电系统的核心处理机中，统一收集和管理各外部设备的显示/状态信息，对数据进行融合分析与处理，通过与CDS的数据交互实现对显示画面的控制管理。本发明的管理方法，实现了在综合化航电系统构架下，对显控信息的统一管理及合理调度，具有很好的通用性和扩展性。
【专利说明】基于ARINC661的座舱显控信息管理系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于综合式航空电子系统的设计领域，特别涉及基于ARINC661的座舱显 控信息管理系统及方法。
【背景技术】
[0002] ARINC661规范是国际航空领域中应用较广的ARINC系列规范之一，它为座舱显示 设备与外部传感器之间的数据交换提供了一种标准化的接口，将显示内容与显示样式进行 了分离，从而减少了因人机接口设备频繁更改和升级而导致的航电系统其他设备的状态更 改，进而实现了降低飞机研制和维护成本的目的。
[0003] ARINC661规范起源于民用飞机座舱显示系统的设计，其体系架构适用于民用飞机 航电系统。民用飞机功能的单一性决定了其航电系统具有"分布式"的特征，组成系统的各 设备各司其职，在一般情况下它们之间不存在数据交互和统一的状态管理。CDS(Cockpit Display System，座舱显示系统）作为人机接口，仅为其他设备提供数据显示服务，并不 负责管理其他设备的状态和数据。CDS负责自身的交互式显示控制管理。在这种构架下， 每一个外部设备都是一个UA (User Applications,用户应用），拥有自己的DF (Definition File，定义文件），与CDS进行直接的数据交互，通过运行阶段指令提出数据显示需求，管理 自己的画面显示元素。CDS将所有UA的显示元素进行叠加，形成完整的人机显示界面。这 种方法也是ARINC661规范的典型应用。
[0004] "综合化"的航电系统拥有一个核心处理机，负责整个系统的状态管理、数据处理， 以及各组成设备，包括座舱显示设备之间的数据通信。各设备都在核心处理机的统一管理 下进行数据交互，包括⑶S的交互式显示控制管理也由核心处理机负责。综合化的航电系 统架构是由任务需求和航电系统功能需求的复杂性决定的，只有进行统一的航电系统管 理，才能使相对复杂的航电系统架构可靠地运行。
[0005] "综合化"的航电系统与"分布式"的航电系统在拓扑结构、控制管理方式和设备功 能划分等方面，特别是座舱显示系统的显示界面设计、图形发生和交互式显控管理功能的 归属方面均存在很大的差异，导致ARINC661规范的典型应用方法并不适用于综合化航电 系统的设计。因此需对规范的部分概念和应用方法进行适应性更改，设计一种运行于航电 核心处理机中的座舱显控信息管理系统。
【发明内容】
[0006] 本发明提供基于ARINC661的座舱显控信息管理系统及方法，对规范的部分概念 和应用方法进行适应性更改，设计一种运行于航电核心处理机中的座舱显控信息管理系 统，实现对CDS与外部设备间显控信息的数据采集、综合分析、交互处理与存储管理。该系 统运行于综合化航电系统的核心处理机中，统一收集和管理各外部设备的显示/状态信 息，对数据进行融合分析与处理，通过与CDS的数据交互实现对显示画面的控制管理。
[0007] 本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0008] -方面，本发明提供基于ARINC661的座舱显控信息管理系统，用于实现对座舱显 示系统与外部设备之间显控信息的数据采集、综合分析、交互处理与存储管理，包括依次相 连的定义文件管理模块、通讯模块、用户应用管理模块、数据综合分析处理模块，所述通讯 模块与座舱显示系统相连，所述数据综合分析处理模块与外部设备相连，其中：
[0009] 数据综合分析处理模块，用于采集所有外部设备的显示/状态信息，对采集的信 息进行融合分析与综合处理，形成显控数据；向用户应用模块发送处理生成的显控数据，接 收用户应用模块发送的控制信息，并发送至外部设备以管理其状态；
[0010] 用户应用管理模块，用于接收数据综合分析处理模块发送的显控数据，设计所有 用户应用内部及用户应用间的逻辑处理，实现对显控数据的管理与调度；通过与通讯模块 之间的ARINC661消息交互实现对座舱显示系统的显示控制管理；
[0011] 定义文件管理模块，用于存储所有定义文件及对应的图层优先级目录文件，并通 过与通讯模块的数据交互实现对座舱显示系统中定义文件的版本管理；
[0012] 通讯模块，用于交互座舱显控信息管理系统与座舱显示系统间的数据块，实现座 舱显控信息管理系统对座舱显示系统的显示控制管理。
[0013] 作为本发明的进一步优化方案，根据外部设备的功能相似度，对外部设备中的多 个传感器或机载系统进行类别划分，所述用户应用管理模块包括多个虚拟用户应用，每个 虚拟用户应用负责一个类别的传感器或机载系统的数据显示需求管理；每个虚拟用户应 用均通过通讯模块与座舱显示系统进行数据交互，每个虚拟用户应用定义一个唯一的编码 值，以使座舱显示系统中加载的定义文件与对应虚拟用户应用相关联；座舱显控信息管理 系统中产生和传输的所有ARINC661消息均标记有此编码值。
[0014] 作为本发明的进一步优化方案，所述虚拟用户应用，以软件模块的形式存在，包括 显示控制主用户应用以及分别与其相连的机电管理用户应用、飞行控制管理用户应用、导 航设备用户应用、告警功能用户应用，所述显示控制主用户应用与数据综合分析处理模块 相连，其中：所述显示控制主用户应用，用于接收用户应用模块发送的显控数据，并对显控 数据进行统一管理和调度，同时对座舱显示系统中的所有图层进行状态管理与显示控制； 所述机电管理用户应用，用于处理动力、燃油、液压、电源等系统的显示数据；所述飞行控制 管理用户应用，用于处理飞行控制、自动驾驶等系统的显示数据；所述导航设备用户应用， 用于处理惯导、大气、高度表、塔康等系统的显示数据；所述告警功能用户应用，用于处理灯 光告警、语音告警等系统的显示数据。
[0015] 作为本发明的进一步优化方案，当系统有扩展的功能需求时，所述虚拟用户应用 还包括与显示控制主用户应用相连的其他扩展用户应用，用于处理扩展功能所需的显示数 据。
[0016] 作为本发明的进一步优化方案，所述定义文件管理模块，包括定义文件存储模块 和定义文件版本管理模块，其中：所述定义文件存储模块，用于存储当前版本的全部定义文 件和对应的图层优先级目录文件，其中，定义文件与用户应用管理模块中的虚拟用户应用 一一对应，包括显示控制主定义文件、机电管理定义文件、飞行控制管理定义文件、导航设 备定义文件、告警功能定义文件和其他扩展定义文件；所述定义文件版本管理模块，用于从 通讯模块接收座舱显示系统中当前定义文件版本信息，比较座舱显控信息管理系统和座舱 显示系统中的定义文件是否版本一致，通过通讯模块向座舱显示系统发送定义文件和对应 的图层优先级目录文件，从而实现座舱显示系统中定义文件的版本更新。
[0017] 作为本发明的进一步优化方案，所述定义文件版本信息，通过在ARINC661规范定 义的定义文件的文件头中增加虚拟用户应用的软件版本号和序列号信息进行表征。
[0018] 作为本发明的进一步优化方案，所述图层优先级目录文件，用于管理不同定义文 件的图层的优先级定义，在定义文件的开发过程中确定，随定义文件进行存储和管理，座舱 显示系统根据加载的图层优先级目录文件对显示画面所包含的图层进行调度和显示管理。
[0019] 作为本发明的进一步优化方案，所述座舱显控信息管理系统与座舱显示系统间的 数据块，包括：定义文件版本信息、定义文件数据块、图层优先级目录文件和ARINC661消 肩、。
[0020] 另一方面，本发明提供基于ARINC661的座舱显控信息管理方法，分为两个阶段实 行：
[0021] (1)系统定义阶段，即定义文件的版本管理方法，包括以下步骤：
[0022] 步骤1. 1，定义文件版本管理模块从定义文件存储模块中提取所有定义文件的版 本信息；
[0023] 步骤1. 2,定义文件版本管理模块从通讯模块接收座舱显示系统中当前所有定义 文件的版本信息；
[0024] 步骤1. 3,比较步骤1. 1和步骤1. 2中得到的所有定义文件的版本信息，如版本相 同，则执行步骤1. 5,否则执行步骤1. 4 ;
[0025] 步骤1. 4,座舱显示系统中定义文件版本需要更新，定义文件版本管理模块从定义 文件存储模块中提取所有版本信息不一致的定义文件和图层优先级目录文件，通过通讯模 块传输给座舱显示系统，座舱显示系统接收并完成本地文件的更新，返回步骤1. 2 ;
[0026] 步骤1. 5,座舱显示系统中所有定义文件版本正确，系统定义阶段的定义文件版本 更新工作完成，座舱显示系统加载当前的定义文件；
[0027] (2)系统运行阶段，即座舱画面的显示控制信息管理方法，包括以下步骤：
[0028] 步骤2. 1，数据综合分析处理模块采集所有外部设备的显示/状态信息；
[0029] 步骤2. 2,数据综合分析处理模块对采集的信息进行融合分析与综合处理，生成显 控数据；
[0030] 步骤2. 3,数据综合分析处理模块向用户应用模块的显示控制主用户应用发送处 理生成的显控数据；
[0031] 步骤2. 4,显示控制主用户应用对接收到的显控数据进行统一管理和分配，将显控 数据调度给相应的其他虚拟用户应用进行处理，同时通过通讯模块向座舱显示系统发送打 包的ARINC661消息，实现对座舱显示系统所有图层的状态管理与显示控制；
[0032] 步骤2. 5,除显示控制主用户应用外的各虚拟用户应用对接收到的显控数据进行 逻辑处理，打包生成ARINC661消息，通过通讯模块发送给座舱显示系统供其解析和显示， 实现对座舱显示系统显示画面的更新；
[0033] 步骤2. 6,当飞行员对座舱显示系统进行操作，产生ARINC661消息，则执行步骤 2. 7,否则执行步骤2. 10 ;
[0034] 步骤2. 7,座舱显示系统将飞行员操作产生的ARINC661消息发送给通讯模块，通 讯模块根据ARINC661消息中的虚拟用户应用编码发送给对应的虚拟用户应用；各虚拟用 户应用接收并解析，产生相应的控制指令，如该控制指令仅引起当前虚拟用户应用内部工 作状态的改变，则执行步骤2. 8,否则执行步骤2. 9 ;
[0035] 步骤2. 8,虚拟用户应用根据步骤2. 7中的控制指令，对自身工作状态进行变更设 置，并根据新工作状态下的数据处理逻辑，重新组织控制显示画面内容的ARINC661消息， 通过通讯模块发送给座舱显示系统，从而实现显示器画面的更改，执行步骤2. 10 ;
[0036] 步骤2. 9,虚拟用户应用将步骤2. 7中的控制指令传送给显示控制主用户应用进 行统一管理，显示控制主用户应用汇总各虚拟用户应用传来的控制指令，进行逻辑处理，如 产生图层状态更改的ARINC661消息，则通过通讯模块发送给座舱显示系统；如产生外部设 备状态更改指令，则传送给数据综合分析处理模块进行处理，最终实现相应传感器或机载 系统的状态更改；
[0037] 步骤2. 10,如系统仍处于运行状态，则周期返回执行步骤2. 1，否则系统退出运 行。
[0038] 本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下优点：
[0039] (1)本发明在综合化航电系统构架下，实现了对ARINC661规范的灵活运用，系统 具有通用性和扩展性，能很好地完成航电系统的适应性设计和调整工作；
[0040] (2)本发明的座舱显控信息管理系统可采用模块化开发方法，有效提高开发效率， 降低开发成本；
[0041] (3)本发明实现了对外部设备数据的统一管理，提高了信息资源利用率，合理调度 显控数据，为满足综合化航电系统的复杂任务需求和功能需求提供帮助；
[0042] (4)本发明中虚拟用户应用的划分使用户应用的设置更加灵活，且根据功能相似 度将多个传感器功能模块合并为一个虚拟用户应用，减少用户应用的数量，从而降低系统 的复杂度。
【专利附图】
【附图说明】
[0043] 图1是本发明的系统结构示意图。
[0044] 图2是用户应用管理模块的结构示意图。
[0045] 图3是定义文件管理模块的结构示意图。
[0046] 图4是数据综合分析处理模块与外部设备的数据交互示意图。
【具体实施方式】
[0047] 下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
[0048] 本发明涉及到的本领域常用技术术语，如下表1所示：
[0049] 表1常用技术术语
[0050]
【权利要求】
1. 基于ARINC661的座舱显控信息管理系统，用于实现对座舱显不系统与外部设备之 间显控信息的数据采集、综合分析、交互处理与存储管理，其特征在于，包括依次相连的定 义文件管理模块、通讯模块、用户应用管理模块、数据综合分析处理模块，所述通讯模块与 座舱显示系统相连，所述数据综合分析处理模块与外部设备相连，其中： 数据综合分析处理模块，用于采集所有外部设备的显示/状态信息，对采集的信息进 行融合分析与综合处理，形成显控数据；向用户应用模块发送处理生成的显控数据，接收用 户应用模块发送的控制信息，并发送至外部设备以管理其状态； 用户应用管理模块，用于接收数据综合分析处理模块发送的显控数据，设计所有用户 应用内部及用户应用间的逻辑处理，实现对显控数据的管理与调度；通过与通讯模块之间 的ARINC661消息交互实现对座舱显示系统的显示控制管理； 定义文件管理模块，用于存储所有定义文件及对应的图层优先级目录文件，并通过与 通讯模块的数据交互实现对座舱显示系统中定义文件的版本管理； 通讯模块，用于交互座舱显控信息管理系统与座舱显示系统间的数据块，实现座舱显 控信息管理系统对座舱显示系统的显示控制管理。
2. 根据权利要求1所述的基于ARINC661的座舱显控信息管理系统，其特征在于，根 据外部设备的功能相似度，对外部设备中的多个传感器或机载系统进行类别划分，所述用 户应用管理模块包括多个虚拟用户应用，每个虚拟用户应用负责一个类别的传感器或机载 系统的数据显示需求管理；每个虚拟用户应用均通过通讯模块与座舱显示系统进行数据交 互，每个虚拟用户应用定义一个唯一的编码值，以使座舱显示系统中加载的定义文件与对 应虚拟用户应用相关联；座舱显控信息管理系统中产生和传输的所有ARINC661消息均标 记有此编码值。
3. 根据权利要求2所述的基于ARINC661的座舱显控信息管理系统，其特征在于，所述 虚拟用户应用，以软件模块的形式存在，包括显示控制主用户应用以及分别与其相连的机 电管理用户应用、飞行控制管理用户应用、导航设备用户应用、告警功能用户应用，所述显 示控制主用户应用与数据综合分析处理模块相连，其中： 所述显示控制主用户应用，用于接收用户应用模块发送的显控数据，并对显控数据进 行统一管理和调度，同时对座舱显示系统中的所有图层进行状态管理与显示控制； 所述机电管理用户应用，用于处理动力、燃油、液压、电源等系统的显示数据； 所述飞行控制管理用户应用，用于处理飞行控制、自动驾驶等系统的显示数据； 所述导航设备用户应用，用于处理惯导、大气、高度表、塔康等系统的显示数据； 所述告警功能用户应用，用于处理灯光告警、语音告警等系统的显示数据。
4. 根据权利要求2所述的基于ARINC661的座舱显控信息管理系统，其特征在于， 当系统有扩展的功能需求时，所述虚拟用户应用还包括与显示控制主用户应用相连的 其他扩展用户应用，用于处理扩展功能所需的显示数据。
5. 根据权利要求1所述的基于ARINC661的座舱显控信息管理系统，其特征在于，所述 定义文件管理模块，包括定义文件存储模块和定义文件版本管理模块，其中： 所述定义文件存储模块，用于存储当前版本的全部定义文件和对应的图层优先级目录 文件，其中，定义文件与用户应用管理模块中的虚拟用户应用一一对应，包括：显示控制主 定义文件、机电管理定义文件、飞行控制管理定义文件、导航设备定义文件、告警功能定义 文件和其他扩展定义文件； 所述定义文件版本管理模块，用于从通讯模块接收座舱显示系统中当前定义文件版本 信息，比较座舱显控信息管理系统和座舱显示系统中的定义文件是否版本一致，通过通讯 模块向座舱显示系统发送定义文件和对应的图层优先级目录文件，从而实现座舱显示系统 中定义文件的版本更新。
6. 根据权利要求5所述的基于ARINC661的座舱显控信息管理系统，其特征在于，所述 定义文件版本信息，通过在ARINC661规范定义的定义文件的文件头中增加虚拟用户应用 的软件版本号和序列号信息进行表征。
7. 根据权利要求5所述的基于ARINC661的座舱显控信息管理系统，其特征在于，所述 图层优先级目录文件，用于管理不同定义文件的图层的优先级定义，在定义文件的开发过 程中确定，随定义文件进行存储和管理，座舱显示系统根据加载的图层优先级目录文件对 显示画面所包含的图层进行调度和显示管理。
8. 根据权利要求1所述的基于ARINC661的座舱显控信息管理系统，其特征在于，所述 座舱显控信息管理系统与座舱显示系统间的数据块，包括：定义文件版本信息、定义文件数 据块、图层优先级目录文件和ARINC661消息。
9. 采用如权利要求1所述的基于ARINC661的座舱显控信息管理系统进行管理的管理 方法，其特征在于，分为两个阶段实行： (1) 系统定义阶段，即定义文件的版本管理方法，包括以下步骤： 步骤1. 1，定义文件版本管理模块从定义文件存储模块中提取所有定义文件的版本信 息； 步骤1. 2,定义文件版本管理模块从通讯模块接收座舱显示系统中当前所有定义文件 的版本信息； 步骤1. 3,比较步骤1. 1和步骤1. 2中得到的所有定义文件的版本信息，如版本相同，则 执行步骤1. 5,否则执行步骤1. 4 ; 步骤1. 4,座舱显示系统中定义文件版本需要更新，定义文件版本管理模块从定义文件 存储模块中提取所有版本信息不一致的定义文件和图层优先级目录文件，通过通讯模块传 输给座舱显示系统，座舱显示系统接收并完成本地文件的更新，返回步骤1. 2 ; 步骤1. 5,座舱显示系统中所有定义文件版本正确，系统定义阶段的定义文件版本更新 工作完成，座舱显示系统加载当前的定义文件； (2) 系统运行阶段，即座舱画面的显示控制信息管理方法，包括以下步骤： 步骤2. 1，数据综合分析处理模块采集所有外部设备的显示/状态信息； 步骤2. 2,数据综合分析处理模块对采集的信息进行融合分析与综合处理，生成显控数 据； 步骤2. 3,数据综合分析处理模块向用户应用模块的显示控制主用户应用发送处理生 成的显控数据； 步骤2. 4,显示控制主用户应用对接收到的显控数据进行统一管理和分配，将显控数据 调度给相应的其他虚拟用户应用进行处理，同时通过通讯模块向座舱显示系统发送打包的 ARINC661消息，实现对座舱显示系统所有图层的状态管理与显示控制； 步骤2. 5,除显示控制主用户应用外的各虚拟用户应用对接收到的显控数据进行逻辑 处理，打包生成ARINC661消息，通过通讯模块发送给座舱显示系统供其解析和显示，实现 对座舱显示系统显示画面的更新； 步骤2. 6,当飞行员对座舱显示系统进行操作，产生ARINC661消息，则执行步骤2. 7,否 则执行步骤2. 10 ; 步骤2. 7,座舱显示系统将飞行员操作产生的ARINC661消息发送给通讯模块，通讯模 块根据ARINC661消息中的虚拟用户应用编码发送给对应的虚拟用户应用；各虚拟用户应 用接收并解析，产生相应的控制指令，如该控制指令仅引起当前虚拟用户应用内部工作状 态的改变，则执行步骤2. 8,否则执行步骤2. 9 ; 步骤2. 8,虚拟用户应用根据步骤2. 7中的控制指令，对自身工作状态进行变更设置， 并根据新工作状态下的数据处理逻辑，重新组织控制显示画面内容的ARINC661消息，通过 通讯模块发送给座舱显示系统，从而实现显示器画面的更改，执行步骤2. 10 ; 步骤2. 9,虚拟用户应用将步骤2. 7中的控制指令传送给显示控制主用户应用进行统 一管理，显示控制主用户应用汇总各虚拟用户应用传来的控制指令，进行逻辑处理，如产生 图层状态更改的ARINC661消息，则通过通讯模块发送给座舱显示系统；如产生外部设备状 态更改指令，则传送给数据综合分析处理模块进行处理，最终实现相应传感器或机载系统 的状态更改； 步骤2. 10,如系统仍处于运行状态，则周期返回执行步骤2. 1，否则系统退出运行。
【文档编号】G05B19/04GK104299068SQ201410432218
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年8月27日 优先权日:2014年8月27日
【发明者】孙永荣, 郑澄, 刘建业, 王达, 王晖, 赵文献, 李笑瑜, 曾庆化 申请人:南京航空航天大学