通用座舱显示管理系统及相应的显示控制系统的开发方法

专利名称：通用座舱显示管理系统及相应的显示控制系统的开发方法
技术领域：
本发明涉及航空领域的计算机信息处理技术，特别涉及一种可用于飞机座舱显示系统开发的通用座舱显示管理系统及其相应的飞机显示控制系统开发方法。
背景技术：
飞机座舱显示系统的发展先后经历了简单机械仪表和电气仪表、机电伺服仪表、 综合指引仪表、电子仪表以及现在的综合显示系统等阶段，现代座舱显示系统正向高度综合化、智能化方向发展。可靠、安全、高效的人机功效设计，是衡量飞机现代化程度的重要标准。
传统的飞机显示控制系统中，显示系统、控制系统和硬件平台间是紧密耦合的，显示系统和控制系统间按照自定义的接口文件通过具体的机载数据总线进行数据交互。采用该方式实现的显控系统具有实现效率高、表示方式灵活的优点，但系统的重用性和扩展性较差，不利于显控系统的升级维护和系统认证。
随着航空电子系统的复杂度越来越高，飞机显示控制系统的开发和认证成本也越来越高。开发一种适用于不同的硬件平台的通用座舱显示系统，对于降低机载显示控制系统研制成本、提高开发效率具有重要意义。发明内容
本发明的目的在于提供一种通用座舱显示管理系统，降低座舱显示系统、控制系统间和硬件平台间的耦合，使座舱显示系统不依赖于具体的硬件平台和用户应用，提高飞机座舱显示系统软件的重用性和开发效率，降低系统的开发、验证成本。
为了达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案是
一种通用座舱显示管理系统，包括两个独立的通用计算模块计算模块1和计算模块2，和一个接口模块；计算模块2将用户编制的XML文档转换为计算模块1可接受的二进制格式文件，计算模块1在初始化时加载该二进制文件；接口模块定义了用户扩展图符的具体实现，计算模块1在初始化时，对扩展图符库进行加载。其特征在于所述的通用计算模块1包括以下程序模块定义文件解析模块、运行时命令处理模块、交互事件管理模块、内置图符库模块、系统配置信息管理模块、异常管理模块、图符管理模块、扩展图符管理模块、硬件接口层和OpenGL图符显示库；所述的通用计算模块2包括以下程序模块文件转换模块；所述的接口模块，包括以下程序接口 扩展图符库模块；
所述定义文件解析模块，用于对二进制形式的定义文件(Definition File)进行解析，将其转换为系统内部图符表示形式。定义文件支持(但不限于)ARINC661标准所规定的图符和系统内置扩展图符，用户可以通过扩展图符库对定义文件进行自定义的扩充。定义文件由计算模块2生成，可通过加载工具或总线传输等方式进行加载，加载方式由配置信息决定；定义文件解析模块的主要功能包括实现了符合ARINC 661标准的定义文件解析；实现了包含内置扩充图符的定义文件解析；实现了包含自定义扩展图符的定义文件解析。
所述运行时命令处理模块，用于对用户应用和显示系统间的通信命令进行处理， 通信命令包括图符更新命令、系统请求命令、系统通知命令。该模块支持(但不限于)ARINC 661标准所规定的运行时协议，用户可以通过扩展图符库对运行时协议进行自定义扩充。运行时命令处理模块通过硬件接口层对底层网络结构进行抽象，不依赖于具体的总线结构； 运行时命令处理模块的主要功能包括实现了符合ARINC 661标准的运行时协议支持；实现了内置扩充图符的通信协议支持；实现了自定义扩展图符的运行时协议支持。
所述交互事件管理模块，用于处理交互式设备(如轨迹球、鼠标、键盘、双杆等)和图符间的交互，生成相应的事件并通知相应的用户应用。事件管理模块对外部交互式设备的行为进行了抽象，可以完成图符交互区管理、交互式图符焦点管理、光标点击和移动事件响应、键盘事件响应、滚轮事件响应等功能，用户可通过扩展图符库为扩展图符定义交互事件；交互事件管理模块的主要功能包括实现了符合ARINC 661标准的光标点击支持；实现了符合ARINC 661标准的移动事件支持；实现了符合ARINC 661标准的键盘事件支持；实现了符合ARINC 661标准的滚轮事件支持；实现了内置扩展图符的光标和键盘事件支持； 实现了自定义扩展图符的光标和键盘事件持；实现了交互过程中焦点和高亮的管理。
所述内置图符库模块，用于实现图符的具体行为，用户可以对该图符库进行扩充和替换。该图符库支持(但不限于)ARINC 661标准所规定的图符，用户可以对其进行扩充。 该图符库还包括依据国内工程应用实际扩展的、适用于军机、民机各种机型的基本图符；内置图符库模块的功能包括实现了符合ARINC 661标准的图符支持；实现了系统内置扩展图符支持；实现了图符库的样式配置支持。
所述系统配置信息管理模块，用于对显示系统所需的配置信息进行解析。配置信息包括扩展图符库信息、图符的样式信息、显示器的属性信息、窗口属性信息、图层属性信、交互设备信息、网络配置信息及其它相关配置信息；该模块通过配置文件对显示系统进行初始化设置。系统配置信息管理模块的主要功能包括实现了扩展图符库的配置解析； 实现了图符样式信息的解析；实现了显示器、窗口和图层配置信息的解析；实现交互设备和网络配置信息的解析；实现了其它辅助配置信息的解析。
所述异常管理模块，用于对系统运行中发生的异常进行集中处理。异常主要包括 定义文件解析异常、运行时命令异常、配置信息异常、图符管理异常、事件管理异常等；在异常发生后，系统对其进行记录，并将异常信息通知相应的用户应用。异常管理模块的主要功能包括实现了符合ARINC 661标准的异常支持；实现了系统自定义的异常类型支持；实现了对异常的记录和管理。
所述图符管理模块，用于对定义文件完成后所生成的实体进行管理。包括按定义文件定义和具体配置信息，将其组织成内部表示结构、提供周期性的显示框架支持、提供具体的图符定位支持、提供交互区管理框架支持、提供对特殊的图符管理支持；图符管理模块的主要功能包括实现了将图符按文件定义转换成内部结构；实现了图符按文件定义层次和定义顺序进行显示的框架；实现了交互图符的显示区域计算框架；实现了对系统中特定图符的定位支持。
所述扩展图符管理模块，用于实现对扩展图符的加载管理，定义图符的扩展接口， 只要按此接口开发的图符库，都可以被扩展图符管理模块加载到显示系统中，支持在PC机环境仿真和实际应用平台上加载扩展图符；扩展图符管理模块的主要功能包括依据配置信息，在PC机仿真环境实现对扩展图符库的加载；依据配置信息，在目标平台上实现对扩展图符库的加载。
所述硬件接口层，用于实现对具体硬件的抽象，实现软件和硬件的隔离，便于系统的移植。包括实现交互设备接口和实现通信接口 ；硬件接口层的主要功能包括对交互设备的行为进行了抽象和封装，建立系统内部模型；对通信接口进行的抽象和封装，建立了系统内部模型。
所述OpenGL图符显示库模块，用于对内置的图符库依据相应的配置信息进行渲染。渲染对象包括ARINC 661图符和内置扩展的军机、民机各种机型的基本图符的渲染； OpenGL图符显示库模块的主要功能包括实现了依据配置进行符合ARCIN 661标准的图符库的图形渲染；实现了依所配置进行内置扩展图符库的图形渲染。
所述文件转换模块，用于将特定格式的XML文件转换成显示系统适用的二进制文件。包括将XML描述的配置信息文件转换成二进制格式的配置信息和将XML描述的定义文件转换成二进制格式的定义文件。定义文件支持(但不限于)ARINC 661标准的图符和内置扩展图符，用户可以对定义文件进行自定义图符扩充；文件转换模块的主要功能包括 实现了将XML格式描述定义文件转换为二进制格式的定义文件；实现了将XML格式描述的配置文件转换为二进制格式的配置文件；实现对自定义的扩展图符的转换支持。
所述扩展图符库模块，用于定义图符的扩展接口，只要按此接口开发的图符库，都可以被扩展图符管理模块加载到显示系统中。包括定义文件解析接口、运行时命令处理接口、显示接口、光标事件接口和键盘事件接口。扩展图符库模块的主要功能包括定义了扩展定义文件解析接口，用于实现用户自定义图符的解析；定义了扩展显示接口，用于实现用户自定义图符的显示；定义了扩展更新接口，用于实现用户自定义图符的数据更新；定义了扩展坐标计算接口，用于实现对用户自定义图符的坐标进行计算；定义了扩展光标事件接口，用于实现用户自定义图符的光标交互事件；定义了扩展键盘事件接口，用于实现用户自定义图符的键盘交互事件。
基于通用座舱显示管理系统进行飞机显示控制系统开发的方法，用于对通用座舱显示系统进行配置、移植和扩展，并最终将其部署到具体的环境中，该方法包括以下步骤
步骤1 按系统需求和扩展图符库模块接口格式进行扩展图符库开发(如果需要扩展用户自定义图符)，并最终生成系统可接受的扩展图符库；用户可以以XML形式开发含有内置扩展图符库和自定义扩展图符的定义文件；
步骤2 按硬件平台要求实现硬件接口层，将通用座舱显示系统移植到具体硬件平台；
步骤3 按系统属性定义通用座舱显示系统配置文件；用户须以XM形式开发系统配置文件，主要包括显示环境信息、扩展图符信息和网络信息；
步骤4 按系统需求定义通过座舱显示系统定义文件，定义文件中可以含有系统所支持的ARINC 661标准图符、系统内置的扩展图符和用户开发的扩展图符；
步骤5 将配置文件和定义文件转换成系统可加载的二进制文件；
步骤6 按系统需求和定义文件进行控制端应用程序开发。
用户可以开发多个用户应用，这些用户应用可以同时显示在通用座舱显示管理系统之上。
本发明所述的通用座舱显示系统具有非常灵活的系统配置功能，从而保证了系统在不同平台间的重用性和扩展性。


图1是本发明通用座舱显示管理系统的结构框图2是本发明文件转换模块结构框图3是本发明内部图符结构框图4是本发明内部组织结构框图5是本发明通用座舱显示管理系统应用示意框图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例来进一步说明本发明。
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
实施例
图1是本发明软件通用座舱显示管理系统的结构框图。本发明软件通用座舱显示管理系统是一套计算机软件，该软件具有良好的移植性和重用性，既可运行于一般的PC平台进行仿真，也可以通过配置运行在嵌入式目标平台之上。本发明具体包括两个独立的通用计算模块计算模块1和计算模块2，和一个接口模块接口模块1。通用计算模块1具体包括以下程序模块定义文件解析模块、运行时命令处理模块、交互事件管理模块、内置图符库模块、系统配置信息管理模块、异常管理模块、图符管理模块、扩展图符管理模块、硬件接口层和OpenGL图符显示库；通用计算模块2具体包括以下程序模块文件转换模块；接口模块1，具体包括以下程序接口 扩展图符库模块。
用户通过实现硬件接口层定义的接口并提供OpenGL驱动程序库，即可以将该软件移植到目标系统中；如果用户需要对图符库进行自定义扩展，则需要按照扩展图符库模块所定义的接口实现自定义图符，并在配置文件中进行相应配置。用户通过提供XML格式的定义文件和配置文件，通过文件转换模块转换成系统可接受的格式，通过开发相应的用户应用程序实现对显示系统的控制。
图2是通用计算模块2中文件转换模块[102]的结构框图。该计算模块用于将 XML描述的定义文件和配置文件转为系统可接受的内部格式，其运行环境为PC机。该计算模块在设计中采用工厂模式保证代码的可扩展性，同时，也支持通过加载程序库的方式进行扩展。用户输入符合预定义格式的XML文件，经该模块转换为程序可接受的格式。其中定义文件支持ARINC 661标准中所规定的图符和内置扩展图符，并支持用户自定义图符扩充；配置文件规定了系统的特性，如显示器属性、窗口属性、图层属性和网络属性等。
图3和图4是通用计算模块2内部的核心数据结构，所有的功能模块，都建立在核心结构基础之上。每个显示系统可以由多个显示器组成，并且显示器的属性在配置信息中进行描述，因此，各个显示器的属性可以不同(如具有不同的分辨率)；每个显示器又可以划分为多个互不重叠的矩形窗口 ；每个窗口中可以含有多个图层，并且每个图层可以被不同的窗口进行引用。图符是系统中最小的基本表示单元，并且图符支持包含关系。在系统内部，所有图符被表示成树状结构，某些图符还可以对其它图符进行引用。系统在设计时， 首先对所有图符的共性进行了抽象，以此为基础，形成了系统运行的基本的框架，在该框架之上，可以对各种图符在图符库中进行具体实现。
系统初始化时首先调用配置信息管理模块，加载用户通过XML文件描述的配置信息，包括显示器、窗口、图层、图符、网络、外设、加载库等属性，然后根据用户的配置决定是否加载自定义的扩展图符并进行系统的初始化。系统通过调用定义文件解析模块，将定义文件中所描述的图符信息(含用户自定义图符)，转换成内部树结构，此后系统进入正常运行状态。在解析配置文件和定义文件过程中，如果发生了异常(如格式错误)，则调用异常管理模块，对其进行处理，如果必要，还需要通知相应的用户应用。
系统正常运行时，系统通过硬件接口层和用户应用进行通信，硬件接口层对底层网络进行了抽象。用户应用通过更新命令来更新系统内部图符的状态，同时，系统可以向用户应用发送内部状态的通知信息。通信接口实现了 ARTNC 661的通信协议，并支持对用户自定义的扩展图符进行设置。在通信过程中，如果发生了异常(如数据格式错误)，则调用异常管理模块，对其进行处理，并通知相应的用户应用。
系统正常运行时，系统通过硬件接口层和外部交互设备进行交互，硬件接口层对键盘、光标和滚轮事件进行了抽象。用户通过交互式外设实现与系统进行交互，并由交互事件管理模块对该交互事件进行处理，将其定位到具体的图符，并生成相应的事件信息，做出相应的响应(如按键高亮)。在事件处理过程中，如果发生了导常(如数据格式错误)，则调用异常管理模块，对其进行处理，如果必要，还需要通知相应的用户应用。
图符管理模块通过提供一系列的管理功能，对内部树结构进行管理，为其它模块提供服务。包括提供建立内部树结构功能、图符定位功能、图符坐标计算功能和图符显示功能，同时，它还负责对显示器、窗口、图层和图符间的相互对应关系进行管理。在对图符的管理过程中，如果发生了异常，则调用异常处理查块，对其进行处理，并通知相应的用户应用。
内置图符库和扩展图符库实现了每个图符的具体功能。内置图符库除实现了 ARTNC 661标准所规定的基本图符外，还结合国内飞机座舱显示系统的工程应用，扩展了适用于国内军机和民机显示系统开发的自定义图符。它通过调用底层的OpenGL图符显示库来实现内置图符库的渲染。当内置图符库管理模块无法满足应用要求时，用户可以按接口开发自定义的扩展库，并通过扩展图符管理模块加载扩展库。
图5是通用座舱显示系统的应用结构框图。整个系统采用客户/服务器结构进行设计，一个通用座舱显示系统(服务器)可以同时为多个用户应用(客户)提供显示服务。 采用该结构有效的降低了座舱系统中显示端和控制端的耦合，提高了系统的重用性和扩展性。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1.一种通用座舱显示管理系统，包括两个独立的通用计算模块计算模块1和计算模块2，还包括一个接口模块，其特征在于所述的通用计算模块1包括以下程序模块定义文件解析模块、运行时命令处理模块、交互事件管理模块、内置图符库模块、系统配置信息管理模块、异常管理模块、图符管理模块、扩展图符管理模块、硬件接口层和OpenGL图符显示库；所述的通用计算模块2包括以下程序模块文件转换模块；所述的接口模块，包括以下程序接口 扩展图符库模块；计算模块2将用户编制的XML文档转换为计算模块1可接受的二进制格式文件，计算模块1在初始化时加载该二进制文件；接口模块定义了用户扩展图符的具体实现，计算模块1在初始化时，对扩展图符库进行加载；所述定义文件解析模块，用于对二进制形式的定义文件进行解析，将其转换为系统内部图符表示形式，定义文件由计算模块2生成，通过加载工具或总线传输等方式进行加载； 所述运行时命令处理模块，用于处理用户应用发送的命令和回送显示系统的内部状态通知，该模块支持压缩和非压缩格式的命令数据，同时，支持用户自定义的扩展图符；所述交互事件管理模块，用于处理交互式设备和图符间的交互，生成相应的事件并通知相应的用户应用，该模块还负责交互时的高亮和焦点的管理；所述内置图符库模块，用于支持系统已实现的基本图符，包括ARINC 661图符和结合工程实际扩展的图符，用户可以直接采用这些内置图符进行系统开发；所述系统配置信息管理模块，用于对显示系统所需的配置信息进行解析，该模块通过配置文件对显示系统进行初始化设置；所述异常管理模块，用于对系统运行中发生的异常进行集中处理，在异常发生后，系统对其进行记录，并将异常信息通知相应的用户应用；所述图符管理模块，用于对系统内部的图符实例进行管理，包括内部结构构建、查找和遍历等操作；所述扩展图符管理模块，用于实现对扩展图符的加载管理，通过配置，可支持PC机仿真和嵌入式目标平台加载用于实现对扩展图符的加载管理；所述硬件接口层，用于实现对具体硬件的抽象，实现软件和硬件的隔离，增加系统的可移植性和重用性，包括实现交互设备接口和实现通信接口 ；所述OpenGL图符显示库模块，用于对内置的图符库依据相应的配置信息进行渲染该模块采用标准的图形语言OpenGL进行开发；所述文件转换模块，用于将特定格式的XML文件转换成显示系统适用的二进制文件， 包括将XML描述的配置信息文件转换成二进制格式的配置信息和将XML描述的定义文件转换成二进制格式的定义文件；所述扩展图符库模块，用于定义系统对图符的扩展接口，只要用户按照该接口实现的自定义图符，都可以被扩展图符库加载模块加载到显示系统中。
2.根据权利要求1所述的一种通用座舱显示管理系统，其特征在于所述系统配置信息管理模块对显示系统所需的配置信息进行解析，所述配置信息包括扩展图符库信息、图符的样式信息、显示器的属性信息、窗口属性信息、图层属性信、交互设备信息、网络配置信息及其它相关配置信息。
3.根据权利要求1所述的一种通用座舱显示管理系统，其特征在于运行时命令处理模块用于处理用户发送的通信命令，所述通信命令包括图符更新命令、系统请求命令、系统状态通知命令。
4.根据权利要求1所述的一种通用座舱显示管理系统，其特征在于异常管理模块对系统运行中发生的异常进行处理，所述异常包括定义文件解析异常、运行时命令异常、配置信息异常、图符管理异常、事件管理异常。
5.根据权利要求1所述的一种通用座舱显示管理系统，其特征在于所述扩展图符库模块中的扩展接口包括定义文件解析接口、运行时命令处理接口、显示接口、光标事件接口和键盘事件接口。
6.基于通用座舱显示管理系统进行飞机显示控制系统开发的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤步骤1 按系统需求和扩展图符库模块接口格式进行用户扩展图符库开发，并最终生成系统可接受的扩展图符库；步骤2 按硬件平台要求实现硬件接口层，将通用座舱显示系统移植到具体硬件平台；步骤3 按系统属性定义通用座舱显示系统配置文件；步骤4 按系统需求定义通过座舱显示系统定义文件，定义文件中可含有系统所支持的ARINC 661标准图符、系统内置的扩展图符和用户开发的扩展图符；步骤5 将配置文件和定义文件转换成系统可加载的二进制文件；步骤6 按系统需求和定义文件进行控制端应用程序开发。
7.根据权利要求6所述的基于通用座舱显示管理系统进行飞机显示控制系统开发的方法，其特征在于所述的定义文件为用户以XML形式开发含有内置扩展图符库和自定义扩展图符的定义文件。
8.根据权利要求6所述的基于通用座舱显示管理系统进行飞机显示控制系统开发的方法，其特征在于所述系统配置文件是用户须以XML形式开发的系统配置文件，包括显示环境信息、扩展图符信息和网络信息。
全文摘要
本发明公开了一种通用座舱显示管理系统，系统包括运行以下程序模块的计算机通用计算模块文件转换模块、定义文件解析模块、运行时命令处理模块、交互事件管理模块、图符管理模块、内置图符库模块、扩展图符库模块、系统配置信息管理模块、异常管理模块、扩展图符管理模块、硬件接口层和OpenGL图符显示库，是支持ARINC 661标准、支持用户自定义图符扩展、支持民用和军用各型飞机显示应用的通用显示系统。本发明解决了国内现有的机载显示软件重用性较低、不易扩展、认证成本高昂等问题，提高了机载显示软件的重用性和扩展性，有效地降低了系统的验证开发成本。
文档编号G06F3/14GK102520899SQ20111040443
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月7日 优先权日2011年12月7日
发明者康介祥, 缪万胜, 高忠杰 申请人:中国航空无线电电子研究所