機載顯示組件庫CBB 技術研究

于 翔，吳 楠，劉書羽

（航空工業西安航空計算技術研究所 陜西 西安 710068）

0 引言

隨著現代航空電子系統的發展，在飛機駕駛艙的布局中，多功能顯示器已經取代了傳統機械儀表，將所有主飛行信息和飛行員所需的相關顯示畫面綜合顯示在顯示器中，駕駛員可以通過周邊按鍵或觸摸等不同方式來訪問與管理信息，大大提高了飛行員的人機功效［1－3］。 但隨著應用的廣泛化和人機接口設計的復雜化，使得座艙顯示系統的開發周期長、移植和維護性差、難以適應外部設備變化等，無法適應新一代航電系統高度綜合化和開放性的需求［4］。 由于缺乏行業規范，業內的設計者根據自己的開發方法和流程，系統的接口設計也各不相同，給飛機座艙顯示系統的開發和綜合帶來很大不便，顯示系統的通用性，開放性及設計成本的提升問題都亟待解決。 規范化定義座艙顯示系統的接口要求，提高系統通用性、開放性水平，縮短開發周期，便于系統快速更新換代，已成為航電系統發展迫切需要解決的一個問題［5－6］。

本文提出機載顯示組件庫共用構建模塊（common building blocks，CBB）技術，通過將設計開發中常用的可標準化的圖形組件、邏輯組件進行歸納，定義不同類型的使用方法與場景，并用可視化工具進行圖形界面與邏輯結構設計，不斷生成可定制化的組件模塊。 將組件進行拆解、歸納、重組，基于可被復用的目的，以標準化模塊輸出為規范化的組件，通過多維度組合來構建項目，根據項目積累不斷形成組件庫。 在新項目研發時，可從組件庫中導出相同模塊直接復用或簡單修改使用后，根據使用場景來快速搭建座艙顯示軟件界面，減少重復開發，增加軟件產品復用，從而提高軟件產品研發速度與質量。

1 機載顯示組件的定義

計算機系統中通常將組件定義為具有相對獨立功能、指定接口規范、可獨立部署、可組裝的軟件實體。 組件應用的核心是對程序代碼的不斷重復使用，其功能相對單一或者獨立，可由第三方組裝。 機載顯示組件借鑒通用組件的特點。 將顯示組件定義為可被直接使用或做簡單升級使用的能獨立指示某一項或多項參數的模塊化軟件代碼［7］，可用于機載顯示軟件開發和用戶界面構建中。 機載顯示系統的用戶界面是由圖形界面與邏輯操作共同組成，用于完成飛機信息顯示與導航駕駛操作［8］。 而且不同用途或型號的飛機顯示系統其主要的顯示畫面都具有一定的相似性和通用性。 因此，將機載顯示組件劃分為圖形組件和邏輯組件兩大類，如圖1 所示。

圖1 顯示組件劃分

圖形組件包括常用的飛機儀表、常用標識圖形、常用標識符號、通用類圖形、漢字字體庫組件。 其中飛機儀表組件包括地平儀、高度表、羅盤、空速表、油量表，以及其他參數表等；常用標識圖形組件包括航路點、航線、提示標志、告警標識等；常用標識符號組件包括飛機符、地理信息符、指示符等；通用類圖形組件包括按鈕、菜單、選項框、進度條等。

邏輯組件包括基本邏輯運算、基本四則運算、狀態機轉換、圖形邏輯運算組件。 其中基本邏輯運算組件包括與、或、非、異或等運算；基本四則運算組件包括加、減、乘、除等運算；狀態機轉換組件包括狀態、事件和轉換等；圖形邏輯運算組件包括圖形旋轉、移動、縮放等。

2 顯示組件庫的構建

組件庫構建過程是將可共享的技術、功能模塊按照一定的層級結構進行統一管理，這樣能最大程度地縮短軟件產品的開發周期，降低軟件開發過程風險和成本。 由大量可復用的顯示組件構成的庫稱為顯示組件庫。 顯示組件是具有一定規范的標準接口所封裝的圖形或邏輯代碼，即CBB 模塊。 顯示組件庫是多個CBB 模塊集合，而且已經過提煉、測試與驗證。 經過軟件產品研發及迭代更新，以及CBB 模塊不斷地沉淀與積累，逐步完善和擴展組件庫。在組件庫構建的過程中還需要規劃未來使用場景。 通過技術路線規劃與軟件架構設計，在軟件開發階段逐步開發CBB 組件。 最后經過測試驗證形成成熟的CBB 產品。

組件庫CBB 技術的應用，能夠將大型、復雜的應用場景分割成小的模塊，從而實現不同模塊的獨立開發、維護與升級。 單個組件無法獨立使用，必須將多個組件進行組合搭建應用系統，才能實現完整的應用功能。 各組件還可以進行任意組合和拆分，將用戶界面開發化繁為簡，并為用戶提供可定制化服務。 組件庫是由若干組件按照指定結構共同組成的、可構建完整軟件功能的組件集合，組件之間可以是包含或并列關系。

顯示組件庫中包括圖形庫與邏輯庫。 圖形庫中的組件定義了符號庫、字體庫、圖片庫、顯示風格以及窗體部件。 用戶可以通過修改上述定義和顯示風格滿足自身個性化的要求。 邏輯庫中的組件主要包括邏輯控制、邏輯操作、界面切換等控制模塊。 在此基礎上，顯示組件庫增加適配庫，使組件可以適應不同的軟硬件平臺。 適配庫中的組件主要包括操作系統適配組件和顯卡適配組件，可以提高圖形組件與邏輯組件的可移植性與可適用性。 開發人員可以根據顯示需求修改組件庫中的模塊，或通過已有組件的改造重新開發新模塊。 為滿足不同用戶界面的顯示需求，可將通用型組件的顏色、狀態等常用參數進行配置，并將其定義為可配置的接口，使組件具有更強的適應性、通用性和可復用性。

3 顯示組件庫的管理

機制顯示軟件是用可視化工具來進行圖形界面與邏輯結構設計與開發，并不斷生成大量、可復用的組件。 本文提出使用工具對海量組件進行管理，構建了便于檢索、操作和維護的組件庫管理系統，對機載顯示組件實現統一、高效的管理。 顯示組件庫管理工具是計算機端應用軟件，以簡單、易操作的原則進行界面設計，符合傳統桌面的用戶使用習慣和風格。 組件庫管理工具主要包括用戶管理、組件管理、組件檢索、反饋信息管理和系統信息維護功能。 其中組件管理和組件檢索是管理工具的核心功能，主要完成組件查詢、使用與更新，組件庫管理工具的功能如圖2 所示。

圖2 組件管理功能劃分

用戶管理主要分配不同的使用者，包括一般用戶和管理員兩類用戶，一般用戶只可修改自己的信息，管理員可對用戶信息進行添加、修改和刪除操作。

組件管理主要對組件庫中的組件進行操作，用戶可以對自己所開發或管理的組件進行入庫、出庫、組裝、修改和刪除等操作，主要完成對組件的更新和維護工作。

組件檢索主要方便用戶瀏覽和下載組件，用戶可通過關鍵詞或其他信息進行相關組件的檢索，快速獲取項目所需的組件，進行出庫與下載后，即可使用組件進行開發。

反饋信息管理主要是用戶在使用過程中對軟件操作存在的問題或組件管理中出現問題提出反饋修改意見，根據反饋意見進行軟件的后續迭代與升級。

系統信息維護主要是對當前軟件版本狀態等信息進行更新和維護，便于開發者進行升級和維護操作。

在后續的組件庫開發中，組件庫所管理的內容將進一步深化和豐富，將組件相關設計說明和測試驗證也納入組件庫的范圍內，進一步提升組件庫的實用性與可靠性。

4 顯示組件庫的應用

4.1 CBB 的軟件開發

鑒于機載軟硬件環境支撐，突破傳統的軟件開發模式，在機載顯示軟件開發過程中采用CBB 技術，以組件化思想來指導軟件開發，通過組件的不斷積累、擴展與共享，達到通用性、同步性與共同建設的目的。 以模塊化的界面組織方式，來靈活搭建顯示系統，使得系統更容易擴展，同時共享相關開發技術與方法；CBB 技術具有組件化、搭建式、可視化、可靈活拆卸、松耦合等優點。

機載顯示組件庫CBB 技術的開發流程如圖3 所示，該圖體現了組件庫的開發應用和升級維護的全過程。 開發人員在需求分析與系統設計完成后，可明確用戶界面的功能需求，根據需求在CBB 組件庫中進行檢索，盡量復用已有的組件。 顯示組件庫中的組件已經過軟件的設計、開發與測試各階段的驗證，并通過多輪迭代更新。 因此，在新顯示軟件研制過程中使用已有組件可在軟件各個開發階段減輕工作量，從而提高軟件研發的速度和質量。

圖3 顯示組件開發流程

在應用顯示組件庫CBB 技術進行軟件開發時：首先，根據駕駛員操作程序中的各種飛行工作狀態模式，以及規定駕駛員的操作控制、顯示畫面和告警信息等來確定和捕獲需求，將各界面的功能模塊進行分析；其次，進行軟件系統概要設計與詳細設計，在此階段對各界面的功能模塊進行劃分與分類；再次，是組件庫的應用，根據具體的功能模塊的劃分及需求，先在組件庫中進行檢索，如有匹配或相似的組件可直接拿來進行復用，如不存在相關組件則需要新組件的定制開發；最后，將獲取的組件進行組裝，來快速搭建用戶界面，從而完成整個顯示界面及功能的開發。 在系統開發完成后，需要進行軟件的測試、部署、運行，以及后續的升級與維護；通過所有開發流程后，將測試驗證過的組件進行入庫操作，至此完成組件的迭代更新，并擴展組件庫中的CBB 模塊。

4.2 CBB 的仿真驗證

CBB 的仿真驗證方法包括自動代碼生成、設計階段驗證及仿真驗證等功能，是一種解決復雜嵌入式系統的可視化方法。 采用圖形化工具使開發人員能便捷地進行修改，通過仿真驗證來測試軟件功能是否滿足需求，減少代碼調試與測試工作；而且經過驗證的組件可直接進行復用，減少對常用功能的重復開發工作，自動生成代碼可消除手寫代碼的錯誤，提高軟件產品的質量。

CBB 的軟件開發采用了快速應用開發模型。 它在每個階段都明確定義了輸入輸出的標準，測試從軟件開發的早期開始，避免了錯誤的向下流動，使早期發現的錯誤成為可能；將測試貫穿整個軟件的開發階段。 采用可視化工具與CBB 模型的開發仿真驗證技術，讓軟件開發人員在機載硬件平臺研制完成之前，提前對顯示應用軟件進行開發調試，大幅縮短軟件測試驗證時間。 仿真驗證技術的應用方便、安全、無損耗，提高軟件開發效率，降低成本。

5 結語

本文研究機載顯示軟件組件化方法，由CBB 技術制定顯示組件接口規范，形成標準的機載顯示軟件組件庫，結合項目需求構建組件庫管理工具，并在多機型上得到應用驗證。 基于CBB 的機載顯示軟件開發技術，可為不同用途、不同機型的顯示系統開發，提供通用的基礎圖形圖像處理與顯示服務。 顯示組件庫CBB 技術的應用，增加軟件產品復用性，縮短軟件的開發時間，提高軟件研發質量，降低軟件開發與維護成本。 該技術可推廣到其他機載、車載及艦載顯示類軟件研發中。