基于A661的一種典型民用飛機(jī)駕駛艙顯示管理研究

易子淳 / YI Zichun

(上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海 201210)

基于A661的一種典型民用飛機(jī)駕駛艙顯示管理研究

易子淳 / YI Zichun

(上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海 201210)

隨著現(xiàn)代民機(jī)駕駛艙的發(fā)展，艙內(nèi)的多個顯示器已不再是獨(dú)立的個體，需要根據(jù)特定場景及飛行員外部操作進(jìn)行相互協(xié)調(diào)、動態(tài)調(diào)配。顯示器之間相互聯(lián)動，互為備份，能夠保證關(guān)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(tǒng)可靠性。再者，隨著顯示系統(tǒng)ARINC 661標(biāo)準(zhǔn)[1]越來越廣泛的應(yīng)用，軟件組件之間的耦合性大大降低，同時(shí)也對顯示管理軟件設(shè)計(jì)提出了更高要求。主要介紹了顯示管理設(shè)計(jì)中的顯示構(gòu)型管理、顯示重構(gòu)和光標(biāo)管理等關(guān)鍵技術(shù)。

顯示管理；ARINC 661；顯示重構(gòu)

0 引言

隨著大型民用客機(jī)駕駛艙功能的日益復(fù)雜化，具有高度集成功能的顯示器被越來越多的應(yīng)用。功能豐富的顯示器取代了以往傳統(tǒng)的儀表顯示，同時(shí)通過顯示器的外圍輸入設(shè)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(yīng)用采用ARINC 661架構(gòu)，后臺邏輯控制程序又可能是運(yùn)行在IMA(集成模塊化航電系統(tǒng))平臺中的ARINC 653駐留應(yīng)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(dú)立的個體，需要彼此關(guān)聯(lián)，互相協(xié)調(diào)。這些新技術(shù)、新功能，不僅降低了各個系統(tǒng)的集成難度，也極大簡化了飛行員操作程序，但是同時(shí)也對顯示系統(tǒng)提出了更高的要求：必須具備對所有顯示設(shè)備和功能進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理的能力。

1 顯示管理功能架構(gòu)

顯示管理(DM)是指對駕駛艙顯示系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度、分配、控制的一系列功能合集的總稱，由顯示系統(tǒng)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(jìn)行交互，對顯示內(nèi)容進(jìn)行控制：為了保證顯示內(nèi)容的靈活性和個性化，允許飛行員通過這些設(shè)備，自行配置各個顯示器的顯示內(nèi)容；

2)對顯示器進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，自動重構(gòu)：通過對顯示器運(yùn)行狀態(tài)的持續(xù)監(jiān)控，自動捕獲異常情況，當(dāng)某個或某幾個顯示器失效時(shí)，通過預(yù)先配置的重構(gòu)策略，自動完成顯示器顯示內(nèi)容的重新布局，保證關(guān)鍵信息依然能夠顯示；

3)與駕駛艙顯示服務(wù)器(CDS)[1]進(jìn)行通信：當(dāng)顯示系統(tǒng)子應(yīng)用采用A661架構(gòu)時(shí)，CDS是其顯示端的核心控件，DM必須向CDS發(fā)送消息，進(jìn)而對顯示畫面進(jìn)行控制；

4)進(jìn)行光標(biāo)管理：在大型民機(jī)顯示系統(tǒng)中，往往為左右駕駛均配備各自光標(biāo)，且為了方便操作，光標(biāo)能夠在不同顯示器屏幕之間進(jìn)行切換，同時(shí)還要保證兩個光標(biāo)之間不能干擾。

綜上，當(dāng)前通用的一種典型構(gòu)架如圖1所示。

2 顯示管理關(guān)鍵技術(shù)

2.1 顯示構(gòu)型管理

現(xiàn)代駕駛艙一般配備多臺綜合顯示器(IDU)，其中部分顯示器進(jìn)行主飛行顯示(PFD)，其余顯示器負(fù)責(zé)其它功能顯示(例如發(fā)動機(jī)指示和機(jī)組告警信息顯示、導(dǎo)航信息、綜合監(jiān)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(nèi)容，該功能由DM支持。每一個IDU中，根據(jù)人機(jī)接口需求，預(yù)設(shè)了所有可能的顯示構(gòu)型，稱之為Personality[1]；每一種Personality中詳細(xì)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(diào)用關(guān)系，所有可供顯示的Layer[1]，相當(dāng)于顯示資源，通過DM實(shí)現(xiàn)了動態(tài)的調(diào)度，這樣一種方式極大簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)和存儲資源。

其中IMA中的顯示管理模塊(DMI)扮演著總調(diào)度的角色，實(shí)時(shí)掌控各個顯示器和子系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并且根據(jù)飛行員操作，綜合計(jì)算當(dāng)前狀態(tài)下每個顯示器的顯示內(nèi)容。DMI的計(jì)算結(jié)果通過Personality為最終載體，發(fā)送給下顯中的顯示管理模塊(DMH)，其獲得指令后，調(diào)用Windows Manager進(jìn)行窗口繪制和顯示。雖然畫面發(fā)生了改變，但并不是功能重新進(jìn)行了部署，而是在每一時(shí)刻，所有應(yīng)用作為一種顯示資源，一直都在底層運(yùn)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(gòu)

IMA中的顯示管理模塊DMI統(tǒng)一對各個顯示器的顯示狀態(tài)進(jìn)行中央決策[4]，而每一個IDU中的DMH則負(fù)責(zé)監(jiān)控各自IDU的狀態(tài)，向DMI進(jìn)行實(shí)時(shí)通報(bào)。對于IDU而言，平臺底層駐留有一個健康監(jiān)控軟件，能夠判斷平臺當(dāng)前的健康狀態(tài)(具體功能不在本文的討論范圍之內(nèi))，并周期性向DMH發(fā)送。同時(shí)如果飛行員操作顯示器開關(guān)按鈕，也會觸發(fā)響應(yīng)信號，DMH 通過這兩類信號綜合判斷出此時(shí)IDU的運(yùn)行狀態(tài)，并發(fā)至DMI。

當(dāng)DMI收到顯示器狀態(tài)異常的事件信號，并且失效的顯示器所顯示的內(nèi)容具有較高優(yōu)先級，此時(shí)會觸發(fā)顯示重構(gòu)，DMI根據(jù)當(dāng)前情況計(jì)算出各個IDU的Personality，并發(fā)送給DMH，具體重構(gòu)的過程參考上述章節(jié)。進(jìn)行顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須預(yù)先定義所有可能出現(xiàn)的故障模式和采取的重構(gòu)策略(包括單個IDU和多個IDU失效)，以及重構(gòu)后每個IDU的顯示構(gòu)型，一種典型的處理數(shù)據(jù)流如圖2所示。

2.3 光標(biāo)管理

對于光標(biāo)的管理，需要CDS、DMI、DMH來共同完成。本質(zhì)上光標(biāo)的激活與否，移動都是由A661 Server來控制的。本文件中所強(qiáng)調(diào)的光標(biāo)管理是在高一個層級進(jìn)行的光標(biāo)控制，包括光標(biāo)的跳轉(zhuǎn)，激活與失效等內(nèi)容。

在初始化上電的情況下，DMH需要預(yù)先定義光標(biāo)的位置。光標(biāo)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(dú)立的光標(biāo)，需要對這兩個光標(biāo)都進(jìn)行初始化定義。根據(jù)2.2章節(jié)的描述，在某些情況下，會對顯示資源進(jìn)行重構(gòu)，在顯示窗口發(fā)生變化時(shí)，對于當(dāng)前光標(biāo)的位置也需協(xié)同考慮，重新進(jìn)行定義，并由DMH負(fù)責(zé)管理。航電控制板對于光標(biāo)的移動操作都是通過DMH來進(jìn)行傳遞的，DMH獲取控制板操作信號，然后發(fā)送給CDS，進(jìn)行光標(biāo)移動。而光標(biāo)的跳轉(zhuǎn)則需要DMI和DMH的共同協(xié)作。所謂光標(biāo)的跳躍是指光標(biāo)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(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)上，可以對“跳轉(zhuǎn)”進(jìn)行如下定義：“光標(biāo)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?yún)?shù)，該參數(shù)表述光標(biāo)在向哪個方向移動，IMA DM在收到該參數(shù)之后進(jìn)行邏輯判斷，光標(biāo)“Jump”之后應(yīng)該出現(xiàn)在哪個合適的位置，并將光標(biāo)位置參數(shù)設(shè)置為相應(yīng)的值?？刂瓢迳系墓鈽?biāo)指派按鍵也會驅(qū)動跳躍事件，原理與上述相同。

3 結(jié)論

多顯示器進(jìn)行綜合顯示，智能協(xié)同，極大減少了飛行員的操作負(fù)荷，同時(shí)由于顯示內(nèi)容可實(shí)時(shí)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(xí)慣。各個顯示器之間互為備份，提高了安全性和系統(tǒng)可靠性。但是這些更加豐富的功能，也對顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(xù)顯示管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)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(jìn)武. 我國大型飛機(jī)航空電子系統(tǒng)的發(fā)展與思考[J].電訊技術(shù)，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(xué)，2016:122-123.

[5] 劉建. ARINC 661規(guī)范及其應(yīng)用開發(fā)研究[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)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(jī)載軟件開發(fā)。Tel: 021-20866495；E-mail: yizichun@comac.cc

DOI: 10.19416/j.cnki.1674-9804.2017.04.026