原创《基于IData机载MFD软件和开发》
本文是关于研究和类参考文献格式范文与IData机载MFD软件和开发和研究方面论文如何写。
【摘 要】 随着航空电子领域的技术不断发展,多功能显示器作为飞机驾驶舱的重要显示终端,是飞行员与其他设备交互的重要窗口.针对传统基于OpenGL 源码方式进行MFD 软件界面开发存在难度大,软件编码效率低,软件画面运行周期长的缺点.提出了一种基于IData 显控软件实现界面仪表绘制集成和数据处理等调度分离的改进MFD 软件架构.本文介绍了IData 设计仪表控制接口,如何实现子系统仿真,移植MFD 软件过程, 以及该架构运行原理.经试验验证,基于此架构开发MFD 软件,提高了图形界面运行效率和显示效果,缩短了软件开发周期,增强了软件的可移植性和维护性,具有很强的工程实用价值.
关键字：多功能显示器；OpenGL；IData ；MFD 软件架构；
The Research And Development Of Airborne MFD SoftwareBased On IData
Jiang Zhi-jian,Zhang Yan-ping
(IC China Helicopter Research and Development Institute, Jingdezhen ,JiangXi Province 333001)
Abstract: With the continuous development of iation electronic technology field, As the aircraft cockpit, multi-function displayplays important part ,for its lots of information interaction to pilots. Based on the faults of big difficulty, software coding lowefficiency, high time consuming in the traditional MFD software developments of opengl, putting forward a new kind of basedon IData software to the realization of the integration of interface of instrument drawing software architecture and separation ofdata processing and dispatching software architecture. this paper introduces the interface of the design of instrument, how torealize of sub-system simulation, transplantation to MFD software and the principle of the software architecture. According tothe experiment, comparing to the traditional methods, this atchitecture improves great. And gets third party software and flightverification , and applied in the a number of follow-up models.
Key words: multi-function display; OpenGL; IData; MFD software architecture
一、引言
随着显示器技术的发展和飞机座舱显示设备的不断更新,显示器由多个机械仪表组成的航空机载座舱面板,转变成与多功能显示器为核心的显示座舱,给予飞行员提供足够的信息交互能力.多功能显示器已成为现代军用和民用飞机座舱中重要的显示控制设备.多功能显示器内的图形化人机界面是与飞行员交互信息的单元,其显示的图符信息是人机交互的核心.
OpenGL 因其丰富的功能和广泛的平台支持度,成为多功能显示器显示软件实现方案的最佳选择,但是OpenGL 的编码实现通常需要设计人员具备较深的C/C++ 和计算机图形学基础,开发投入大,周期长,实现仿真比较困难,因此,急需一种易于开发的,具有图形化用户界面,高效运行的图形软件开发工具,IData 软件应运而生.
本文针对传统方法的缺点,采用基于IData 图形界面开发技术,完成了驾驶员座舱界面仪表的开发,并设计相对应的符号指令,显示仪表集成和调用仪表分离的架构,实现IData 开发的图形移植至MFD 软件中,使机载显示软件从传统OpenGL 原始开发方式向借助工具软件进行辅助开发方式的转变,经工程实践验证,该方案可行,有效.
二、MFD 软件功能和IData 显控软件
多功能显示器可以显示航电、飞控等多个设备的信息,并且可以与它们进行信息交互,可以准确、迅速地传递信息,并且降低读取错误的概率,交互信息显示在屏幕上.多功能显示器配备周边按键,并响应按键信息,通过按键切换不同界面信息,进入下级页面,和与其他航电、飞控等设备交互,飞行员通过多功能显示器,更加有效的管理和操作整个系统.
2.1 MFD 软件功能
MFD 软件是多功能显示器显示软件,是指驻留于每个MFD 处理机模块中的实时控制软件, 通过接收综合任务处理机的飞行和任务的显示数据,生成驾驶员操作程序（POP）定义的显示画面,通过周边键的操作实现画面切换和数据的输入等功能,并可在应急供电情况下,通过串行数据总线接收机电、组合导航/ 大气系统数据,完成自主显示.
2.2 IData 功能介绍
IData 是由Quantium3D 公司开发的,提供.XML 可编辑的图形界面开发工具IData Modeler,字体编辑器FontCreat,和可自行定义的颜色编辑器color.xml,可快速开发显示界面,并生成.idb 文件可用于嵌入式显示软件开发,或PC 模拟器软件的开发,具有良好的跨平台特性.无额外的库文件,可移植行强.
三、基于IData 技术MFD 软件设计
传统基于OpenGL 源码的MFD 软件开发实现通常需要设计人员具备较深的C/C++ 和计算机图形学基础,开发投入大,周期长,实现仿真比较困难,IData 作为可视化图形设计工具,对设计着的OpenGL 的技术门槛较低,生成的C 代码可直接移植到嵌入式系统中；代码经过优化设计,提高了绘图效率,所见即所得的开发模式使开发着可以直观、快速的形成显示界面的图形绘制.
3.1 IData 技术开发流程
技术核心流程：按照座舱界面显示要求,使用IDataModeler,绘制各画面具体仪表,建立仪表行为的逻辑模型；使用IData 动态特性测试工具Test Data Generator,模拟其他系统,发送仿真激励数据到IData 渲染系统,驱动仪表所有动作行为；采用ACG 工具将绘制的仪表生成OpenGL 源码,将生成OpenGL 源码和编写仪表逻辑控制接口代码,移植到MFD 软件工程中,编译生成以.a 格式动态链接库,最终生成目标码固化到多功能显示器.
IData 开发MFD 软件流程如图1 所示：
设计按需在IData Modeler 中搭建基本的图符框架模型,以XML 格式呈现,其提供的基本图元,功能丰富,使用简单,并支持蒙版,纹理,alpha 混合.按显示界面要求,搭建了速度表,高度表,气压表,地平仪,罗盘等核心图表,控制图幅所需的全部的参数变量.
在动态测试工具Test Data Generator 定义,最终生成可使用图幅在用户指定的参数变量范围内进行驱动的图形工程.将这些参数变量通过命名内存机制与显示的动态特性所需的变量相映射,并编写自定义控制逻辑.最后设计供应用程序调用的图形接口,图幅所需要的文字类型可以再FontCreator 中.图幅形成前可利用TestGenerator 发送实时的测试数据到IData 渲染系统,对定义的动态特性进行测试,确保图幅可以再控制的范围内按照控制逻辑正确运行.
3.2 IData 的MFD 工程设计
IData Modeler 完成界面设计后,产生对应的.idb 文件,通过IData ACG 开发工具对.idb 文件解码生成openGL 源码.源代码包括,由字体生成的IDataFont.c 文件,一个特殊字体库文件,渲染布局文件,加上自带的剪切,渲染文件.可以有两种用途.
可将上述文件组合,建立VC 的仿真工程.用于前期外部数据仿真测试,与Test Data Generator 动态测试有相同效果,前者是VC 工程,运行在PC 机上.后者在IData 软件实现.为确保由ACG 工程生成的OpenGL 源码能够正确运行到PC机上,需要编写OpenGL 通用代码.开启融合,剪切等,初始化字体,初始化布局,建立显示器长宽比例的视口,编写外部数据仿真激励.
也可将上述文件组合,加入到MFD 软件工程,如何更好将IData ACG 生成的源代码移植到Vxworks 嵌入式系统中,需设计较为通用的图形程序框架,该框架以ACG 源码为基础,加入IData 工程中编译的逻辑控制源码,源码结构为：
IData ACG 图形程序具有统一的框架结构,可以方便移植用于OpenGL 工程为主体的框架的架构.应用程序需调用接口函数：IDataLayout_XXX_ Initialize(): 此函数为IData 图形配置基本环境和图形数据初始化函数,初始化颜色表等IDataFontInitialize(): 字体初始化函数,该函数将工程选择的某种字体初始化为一个二维数组纹理.IDataLayout_XXX_RenderDisplay(): 工程的核心函数,图形主循环函数,进行所有图形界面的绘制,可作为GLUT 框架函数参数供应用程序循环调用,将图形渲染到多功能显示器上,代码执行流程如图2 所示.
3.2 IData 图形逻辑控制接口
通过IData ACG 工具解析出的源码提供了图符显示的基本显示渲染的OpenGL 源码,并没有提供应用程序如何调用图符的逻辑控制API 接口,因此,需要编写与图符相关的API,供MFD 软件应用程序调用显示.以地平仪接口为例包括：备上下线的有效性,图符的显示和隐藏,图符显示到屏幕的X 和Y 坐标,缩放比例,图符的动态运行轨迹等参数,该轨迹包括平移,旋转,缩放.
接口部分定义：typedef struct{
short x; /* 中心点坐标x*/short y; /* 中心点坐标y*/
float scale; /* 缩放比例0~1*/ GGM_VALID_WORD_BITS
validword; /* 数据有效字*/float pitch; /* 俯仰角,单位：度*/
float roll; /* 横滚角,单位：度*/
}GGM_SYM_PARA_ADI;
屏幕x,y： 表示将地平仪中心移动屏幕对应的（x,y）,在IData Modeler 添加自由平移行为,并定义float ADI_Move[2] 变量,ADI_Move[0] 等于 x, ADI_Move[1] 等于 y ；
缩放比例scale：表示以地平仪为中心,长宽按任意scale 比率缩放,对应的行为为自由缩放,在IData Modeler添加自由缩放行为,并定义float ADI_Scale[2] 变量,ADI_Scale [0] 等于 scale, ADI_Scale [1] 等于 scale；
数据有效性：如果导航下线,横滚或者俯仰角任意一个数据无效,地平仪画；
俯仰角pitch：范围为-90 到90,地平仪俯仰刻度带和蓝色和的半圆一起按俯仰刻度平移,俯仰角大于0,下移pitch 角度,此时蓝色部分大于部分,反之.在IDataModeler 添加自由平移行为,该平移相对地平仪中心点二次平移,并定义float pitch[2] 变量,ADI_Pitch [0] 等于 pitch, ADI_Pitch [1] 等于 pitch；
横滚角roll： 范围-60 到60,白色三角形不动,地平仪饶中心已roll 角度转动,三角形指示roll 角度,正值为,地平仪顺时针转动roll 角度,反之,在IData Modeler 添加自由旋转行为,并定义float ADI_Roll 变量,ADI_Roll 等于 roll；
四、MFD 软件显示界面
在完成MFD 软件调用IData 图形逻辑控制接口设计后,需进一步完成接口的驱动,而接口的驱动由真实的外部子系统提供,如地平仪仪表,MFD 程序需接收来自惯导设备传感器来的飞机俯仰角和横滚角数据信息后,通过赋值传输到设定的地平仪逻辑接口,再通过数据交换的方式,到IData 设计地平仪仪表画图程序中,最终实现地平仪仪表显示的实时运行效果.
IData Modeler 设计的指示空速、地平仪,气压高度、升降速度仪表,ACG 工具生成代码,集成至MFD 软件中,设计相对应的符号指令,仿真导航的姿态数据,仿真大气高度、速度数据,驱动仪表显示逻辑接口,实现的某民机型号的座舱主飞行界面,如图3 所示：
五、结束语
与传统的OpenGL 开发模式相比,基于IData ACG 开发模式,采用“所见及所得”的更直观,更简单的设计理念,可方便灵活地进行显示器界面设计.
IData 图形开发软件自带的Test Data Generator 工具,可以仿真测试所开发仪表所有可能的动态运动行为和变化状态,可在联试前期完成界面显示的验证,缩短了软件开发周期,降低了联试工作量.
本文通过符号指令,仪表接口,设计的显示仪表集成和调用仪表分离的架构,实现MFD 软件IData 代码集成,具有很强的通用性和可扩展性,并得到充分验证和运用.
IData 的跨平台移植特性,适用于嵌入式设备和PC 仿真软件的同步开发,具有较强的工程实用价值.
参 考 文 献
[1] 宋青．基于IData 的高级座舱显示界面的设计和方法研究[D]；南京航空航天大学；2009 年
[2] 刘翔．军用飞机显示系统字符发生器的设计[D]；上海交通大学；2009 年.
[3] 许建民,王永,周建亮．基于VAPS 的机载多功能显示器的仿真研究 [J]．电光与控制；2005 年第03 期.
[4] 韩彦东,周兴平．基于IData 气象雷达图像仿真系统[J]．计算机工程与设计；2010 年第12 期．
[5] 赵双双,孙旭．基于IData 的先进座舱多功能显示器的仿真研究[J]．飞机设计；2011 年第03 期．
研究和论文参考资料：
点评,此文为一篇关于IData机载MFD软件和开发和研究方面的研究和论文题目、论文提纲、研究和论文开题报告、文献综述、参考文献的相关大学硕士和本科毕业论文。
