基于A661的一种典型民用飞机驾驶舱显示管理研究

易子淳 / YI Zichun

(上海飞机设计研究院，上海 201210)

基于A661的一种典型民用飞机驾驶舱显示管理研究

易子淳 / YI Zichun

(上海飞机设计研究院，上海 201210)

随着现代民机驾驶舱的发展，舱内的多个显示器已不再是独立的个体，需要根据特定场景及飞行员外部操作进行相互协调、动态调配。显示器之间相互联动，互为备份，能够保证关键显示信息在多种故障模式下依然具备显示能力，以提高系统可靠性。再者，随着显示系统ARINC 661标准[1]越来越广泛的应用，软件组件之间的耦合性大大降低，同时也对显示管理软件设计提出了更高要求。主要介绍了显示管理设计中的显示构型管理、显示重构和光标管理等关键技术。

显示管理；ARINC 661；显示重构

0 引言

随着大型民用客机驾驶舱功能的日益复杂化，具有高度集成功能的显示器被越来越多的应用。功能丰富的显示器取代了以往传统的仪表显示，同时通过显示器的外围输入设备，显示器也成为了输入终端和控制终端，其对显示器的功能提出了更高的要求。另外一方面，越来越多的显示应用采用ARINC 661架构，后台逻辑控制程序又可能是运行在IMA(集成模块化航电系统)平台中的ARINC 653驻留应用[2]，并且多个显示器共同组成的显示器集合，已不再是相互独立的个体，需要彼此关联，互相协调。这些新技术、新功能，不仅降低了各个系统的集成难度，也极大简化了飞行员操作程序，但是同时也对显示系统提出了更高的要求：必须具备对所有显示设备和功能进行统一协调管理的能力。

1 显示管理功能架构

显示管理(DM)是指对驾驶舱显示系统进行统一调度、分配、控制的一系列功能合集的总称，由显示系统中多个模块共同完成，一般来说，DM具备下述几个主要功能：

1)与航电控制板进行交互，对显示内容进行控制：为了保证显示内容的灵活性和个性化，允许飞行员通过这些设备，自行配置各个显示器的显示内容；

2)对显示器进行状态监控，自动重构：通过对显示器运行状态的持续监控，自动捕获异常情况，当某个或某几个显示器失效时，通过预先配置的重构策略，自动完成显示器显示内容的重新布局，保证关键信息依然能够显示；

3)与驾驶舱显示服务器(CDS)[1]进行通信：当显示系统子应用采用A661架构时，CDS是其显示端的核心控件，DM必须向CDS发送消息，进而对显示画面进行控制；

4)进行光标管理：在大型民机显示系统中，往往为左右驾驶均配备各自光标，且为了方便操作，光标能够在不同显示器屏幕之间进行切换，同时还要保证两个光标之间不能干扰。

综上，当前通用的一种典型构架如图1所示。

2 显示管理关键技术

2.1 显示构型管理

现代驾驶舱一般配备多台综合显示器(IDU)，其中部分显示器进行主飞行显示(PFD)，其余显示器负责其它功能显示(例如发动机指示和机组告警信息显示、导航信息、综合监视、飞行管理等)，这些显示器一般被称为多功能显示器(MFD)。在多功能显示器上，飞行员可以通过控制板或菜单灵活地配置显示内容，该功能由DM支持。每一个IDU中，根据人机接口需求，预设了所有可能的显示构型，称之为Personality[1]；每一种Personality中详细定义了屏幕中的窗口划分情况；每一个窗口中定义了要显示的图层(Layer)。通过这样的一种层级调用关系，所有可供显示的Layer[1]，相当于显示资源，通过DM实现了动态的调度，这样一种方式极大简化了系统设计和存储资源。

其中IMA中的显示管理模块(DMI)扮演着总调度的角色，实时掌控各个显示器和子系统的运行状态，并且根据飞行员操作，综合计算当前状态下每个显示器的显示内容。DMI的计算结果通过Personality为最终载体，发送给下显中的显示管理模块(DMH)，其获得指令后，调用Windows Manager进行窗口绘制和显示。虽然画面发生了改变，但并不是功能重新进行了部署，而是在每一时刻，所有应用作为一种显示资源，一直都在底层运行，直到DM在特定情形下将其激活并置为可见。

2.2 显示失效重构

IMA中的显示管理模块DMI统一对各个显示器的显示状态进行中央决策[4]，而每一个IDU中的DMH则负责监控各自IDU的状态，向DMI进行实时通报。对于IDU而言，平台底层驻留有一个健康监控软件，能够判断平台当前的健康状态(具体功能不在本文的讨论范围之内)，并周期性向DMH发送。同时如果飞行员操作显示器开关按钮，也会触发响应信号，DMH 通过这两类信号综合判断出此时IDU的运行状态，并发至DMI。

当DMI收到显示器状态异常的事件信号，并且失效的显示器所显示的内容具有较高优先级，此时会触发显示重构，DMI根据当前情况计算出各个IDU的Personality，并发送给DMH，具体重构的过程参考上述章节。进行显示系统设计时，必须预先定义所有可能出现的故障模式和采取的重构策略(包括单个IDU和多个IDU失效)，以及重构后每个IDU的显示构型，一种典型的处理数据流如图2所示。

2.3 光标管理

对于光标的管理，需要CDS、DMI、DMH来共同完成。本质上光标的激活与否，移动都是由A661 Server来控制的。本文件中所强调的光标管理是在高一个层级进行的光标控制，包括光标的跳转，激活与失效等内容。

在初始化上电的情况下，DMH需要预先定义光标的位置。光标的位置属性包含两个方面的定义：在哪个IDU以及在IDU的哪个位置。由于主驾驶和副驾驶都有自己独立的光标，需要对这两个光标都进行初始化定义。根据2.2章节的描述，在某些情况下，会对显示资源进行重构，在显示窗口发生变化时，对于当前光标的位置也需协同考虑，重新进行定义，并由DMH负责管理。航电控制板对于光标的移动操作都是通过DMH来进行传递的，DMH获取控制板操作信号，然后发送给CDS，进行光标移动。而光标的跳转则需要DMI和DMH的共同协作。所谓光标的跳跃是指光标从一个窗口移动到另外一个窗口，或者从一个IDU移动到另外一个IDU，在实现细节上，可以对“跳转”进行如下定义：“光标接近定义的窗口边缘，并且还有向边缘移动的趋势”。

DMH一般会向DMI提供一个输入参数，该参数表述光标在向哪个方向移动，IMA DM在收到该参数之后进行逻辑判断，光标“Jump”之后应该出现在哪个合适的位置，并将光标位置参数设置为相应的值。控制板上的光标指派按键也会驱动跳跃事件，原理与上述相同。

3 结论

多显示器进行综合显示，智能协同，极大减少了飞行员的操作负荷，同时由于显示内容可实时配置，使得驾驶舱显示更加灵活，以符合不同飞行员的操作习惯。各个显示器之间互为备份，提高了安全性和系统可靠性。但是这些更加丰富的功能，也对显示系统设计提出了更高的要求，尤其是针对各种特殊场景和特定故障模式的分析，将成为后续显示管理系统设计的关键。

[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] 杨云志,罗通俊，黄进武. 我国大型飞机航空电子系统的发展与思考[J].电讯技术，2007(04)：1-5.

[4] 陈龙. IMA重配置策略和重配置的安全性分析方法[D].南京：南京航空航天大学，2016:122-123.

[5] 刘建. ARINC 661规范及其应用开发研究[J].计算机与现代化，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，硕士，工程师。主要研究方向：机载软件开发。Tel: 021-20866495；E-mail: yizichun@comac.cc

DOI: 10.19416/j.cnki.1674-9804.2017.04.026