CN102081521A - 一种通用的武器装备操作界面开发平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种武器装备操作界面的通用开发平台，包括操作界面设计工具模块和软件开发类库模块，操作界面设计工具模块用于以所见即所得的形式开发操作界面，根据应用来生成操作界面配置文档并加载生成装备操作界面；所述软件开发类库模块用于在应用层实施代码开发，为操作界面配置文档被正确加载和执行提供框架机制。

Description

一种通用的武器装备操作界面开发平台

技术领域

本发明涉及人机交互技术，更具体地，本发明涉及一种具有通用性的武器装备操作界面开发平台。

背景技术

人机界面(UI)是人与计算机系统之间的通信媒体或手段，是实现人机双向信息交换的支持软件和硬件。在软件方面，图形化人机界面(GUI)仍然是当前成熟和通用的人机交互形式，它以窗口管理系统为基础，以文本、图形和图像为主要媒介，支持可视化的指令录入和信息显示。

人机界面模块在应用软件的设计开发中占有较大比重，因为对各类信息进行计算处理的大部分过程均需要界面提供支持，使得界面模块的开发涉及较多的界面元素类型和复杂的信息接口关系。而且，为了方便操作，对操作入口、操作步骤、操作逻辑、信息提示等方面的设计均有较高要求。所以，为了提高应用层人机界面的开发效率，涌现出一批支持人机界面可靠、快速开发的开发平台。这些平台的共同特征是：在概念上，固化了界面元素的概念模型体系；在框架机制方面，对界面显示、显示与数据模型同步、界面组织与管理、捕获与分发用户输入事件等共性服务进行了封装和实现；在开发模式上，基于工具模块或向导式的设计手段，支持界面风格、组成、外观的快速定制和修改，尽可能地降低应用层的设计和代码开发工作量。

根据其应用域，人机界面开发平台分为通用的和面向领域的；前者如Windows平台下的MFC、Linux平台下的QT，后者如虚拟仪表开发领域的GL Studio、地理信息系统开发领域的MapX、作战仿真开发领域的MakPVD。显然，面向领域的人机界面开发平台在专业知识的表示、录入、验证与可视化等方面具有很强的领域特性，更能满足该领域界面开发的需要。

武器装备操作界面，指的是运行于武器装备硬件平台之上、提供人机交互特性的可视化界面；其主要功能为接收并响应用户指令、调度相应的硬件设备实现装备功能，并将装备自身的状态和环境信息以可视化的形式反馈给用户。与运行于PC机上的一般应用软件相比较，其特点为运行平台多变、操作约束性强、硬件接口复杂、且实时性要求高；但其界面元素相对简明，界面元素的类型、组织形式、显示风格、布局、操作逻辑等方面具有很强的规律性。通用的人机界面开发平台，不能满足武器装备操作界面的开发需要。

另外，现有的人机界面开发平台在开发时，往往是通过直接编写代码的方式，将设备支持的应用程序和模块开发成为单一的业务流程，其运行机制也是针对单一的业务流程。这样，一方面，当二次开发人员执行开发时或者进行维护时，不能同时运行其他业务流程；另一方面，对开发平台的应用程序进行调整修改时，尽管只是对流程中的其中一部分进行微小的调整，都需对应用程序进行大量的修改和反复的测试，整个过程工程浩大，还需要相关人员具有较高的专业技能，不利于开发平台的迅速实施和普及。

发明内容

为克服现有武器装备的界面开发平台通用性差的缺陷，本发明提出一种武器装备操作界面开发平台。

根据本发明的一个方面，提出了一种武器装备操作界面的通用开发平台，包括操作界面设计工具模块和软件开发类库模块，其中，操作界面设计工具模块用于以所见即所得的形式开发操作界面，根据应用来生成操作界面配置文档并加载生成装备操作界面；所述软件开发类库模块用于在应用层实施代码开发，为操作界面配置文档被正确加载和执行提供框架机制。

本发明提供的一种通用的武器装备操作界面开发平台具有良好的可操作性、适应性和可移植性。通用性表现为通过对操作界面元素类型、特性、关系、结构、行为的充分抽象，使得平台对操作界面元素的支持具有一定的通用性，可胜任诸如雷达、声纳、火控指挥仪、高度表、惯性导航等多种武器装备操作界面的开发，能够有效支撑武器装备操作界面的设计、界面与数据模型的集成、界面与硬件系统的集成。可操作性表现为通过友好的工具模块以及规范的接口定义，最大程度地支持操作界面的快速开发、界面与语义对象系统的集成以及界面与硬件的集成，尽可能地减少软件开发人员的编码工作，提高开发效率和可靠性。适应性表现为界面元素的诸多特性可通过配置体系进行定制，因而在无需修改代码的情况下，就可以对其布局、外观、交互逻辑等特性进行调整。可移植性表现为该平台提供的核心软件开发包基于C++标准实现，可在大多数硬件平台和操作系统下获得支持。

附图说明

图1示出平台的结构以及基于该平台进行装备系统开发的流程；

图2是界面元素包的结构组成；

图3是语义对象包的结构组成；

图4是硬件接口包的结构组成；

图5是类库模块内部模块间的接口关系；

图6是某型吊放声纳操作界面需求示意；

图7是某型吊放声纳操作界面应用层的主要类结构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种具有通用性的武器装备操作界面开发平台进行详细描述。

在以下的描述中，将描述本发明的多个不同的方面，然而，对于本领域内普通技术人员而言，可以仅仅利用本发明的一些或者全部模块或者流程来实施本发明。为了解释的明确性而言，阐述了特定的数目和配置，但是很明显，在没有这些特定细节的情况下也可以实施本发明。在其他情况下，为了不混淆本发明，对于一些众所周知的特征将不再进行详细阐述。

本发明提供了一种通用的武器装备操作界面的开发平台(以下简称平台)，平台的组成如图1左半部分所示，包括一个可视化的操作界面设计工具模块(以下简称工具模块)和一套基于C++标准实现的软件开发类库模块(以下简称类库模块)。

操作界面设计工具模块以所见即所得的形式开发操作界面，并可导出所生成的操作界面配置文档，根据具体应用来使用操作界面配置文档可以加载生成装备操作界面。操作界面设计工具模块包括：界面组成工具模块，界面元素可视化特性工具模块，界面元素语义特性工具模块，界面元素事件响应特性工具模块。操作界面设计工具模块对操作界面的设计工作包含：界面组成，界面元素可视化特性，界面元素语义特性，界面元素事件响应特性。

所述类库模块作为应用层实施代码开发的基础，用于为操作界面配置文档被正确加载和执行提供框架机制。类库模块包括界面元素包、语义对象包和硬件接口包，并固化了界面元素与语义对象之间、界面元素与硬件接口之间的关联关系和通信机制。当对界面元素的类型或行为要求超出预定义范围时(如复杂控件、动画、3维显示等)，界面元素包需要进行定制。

以下对操作界面设计工具模块所包括的界面组成工具模块、界面元素可视化特性工具模块、界面元素语义特性工具模块和界面元素事件响应特性工具模块进行详细描述。

界面组成工具模块

界面组成工具模块用于描述操作界面所包含的界面元素、界面元素之间的组织关系以及界面元素的布局。一般的，由于显示空间的限制，在不同的工作模式和功能下，装备将呈现不同的工作页面；因而在最顶层，该项设计需要首先定义多个页面，描述各页面所占据的像素尺寸，之后为每个页面分别设计其组成结构。页面的组成设计通常通过拖放的形式实现，即将工具模块支持的窗口、菜单、图表、文本等界面元素拖放至页面中，并调整其位置和尺寸。页面以下，界面元素也可通过聚合的方式进行组织，最终形成以页面为根节点的树状结构。界面组成工具模块在运行时映射成由界面元素实例构成的对象树，这种树状关系为定位元素、更新显示、分发事件等软件行为的实现提供了基础。

界面元素可视化特性工具模块

该模块用于描述界面元素的显示参数。对于区域类型的元素，可以定义背景色、填充样式、前景色；对于线条类型的元素，可以定义线型、线宽、颜色、端点形状；对于文本类型的元素，可以定义字体、字号、颜色、磅值；对于图标类型的元素，可以绑定一个图标或位图资源文件；对于表格，可以定义维数、列宽、行高；对于二维矢量图，可以定义坐标轴的上限、下限以及坐标间隔。界面元素的显示参数在运行期由图形显示模块访问并执行，使界面元素呈现预定义的外观特性。

界面元素语义特性工具模块

界面元素语义特性工具模块用于描述界面元素所承载的语义，将界面元素与特定语义对象的状态(或状态集)进行绑定，建立界面元素与语义对象之间的双向映射关系。该映射关系使得在运行期间，当语义对象状态更新时，界面元素可同步更新显示；当界面元素响应用户输入时，可通知语义对象录入新的状态，从而维护了界面元素显示内容与语义对象状态的一致性。

界面元素事件响应特性工具模块

界面元素事件响应特性工具模块用于描述界面元素所能响应的事件以及事件处理逻辑。事件类型包括时间型、硬件输入型、普通型三种类型；对于时间型事件，需要描述有效时间段条件、触发间隔；对于硬件输入型事件，需要描述子类型(开关、旋钮、操作键、操纵杆、转盘、触摸屏等)、设备号、响应模式(同步、异步)、输入参数集；对于普通型事件，需要描述事件号、响应模式(同步、异步)、输入参数集。事件处理逻辑指的是界面元素接收事件后，所需触发的行为；预定义支持的行为类型包括位置移动、刷新显示、隐藏、重显、事件分发(往其它界面元素、语义对象或硬件接口)、页面切换、菜单使能、聚焦菜单项、图表清空。

事件响应特性使得界面元素在运行期，可以自动接收来自定时器或硬件接口的事件，并按顺序触发预定义行为；当需实现复杂事件响应逻辑或自定义行为时，需要在应用层对事件响应入口进行重载、并细化编码实现。

进一步，类库模块包括界面元素包、语义对象包、硬件接口包，并用于固化了界面元素与语义对象之间、界面元素与硬件接口之间的关联关系和通信机制。

界面元素包

界面元素包的组成如图2所示，包括界面元素、界面管理器和辅助数据结构。其中，界面元素(UIItem)是指操作界面中的可视化元素。界面元素包预定义了10种元素类型，即页面(UIPage)、窗口(UIWnd)、菜单(UIMenu)、二维矢量图(UIFigure)、表格(UITable)、连接线(UILine)、多边形(UIPoligine)、图标(UISymbol)、文本(UIText)和菜单项(UIMenuItem)；基于OpenGL显示技术，分别给出了它们图形显示的解决方案，图形显示的参数由样式配置以及语义对象的状态所共同决定。其中，页面和窗口服务于界面元素的组织管理；一般的，由于显示空间的限制，在不同的工作模式和功能下，装备将呈现不同的工作页面，即界面元素是以页为单位进行组织的；而窗口定义为可视化的工作区域，用于定位和绑定一组界面元素；菜单是用户输入指令的快捷入口，典型应用例如选择工作模式和设置工作参数；其它界面元素服务于装备状态和环境信息的显示，一般需要绑定语义对象以获得显示数据源。界面元素之间通过树状关联来进行组织和管理。

界面管理器(UIMgr)：负责加载界面配置文档，生成并管理界面元素的实例；响应来自硬件的输入事件，分发给界面元素进行处理；产生定时器信息，分发给界面元素进行处理；根据装备当前的状态和操作逻辑，调度界面元素执行其行为。

辅助数据结构：包括用于坐标定位以及描述界面元素显示样式的数据结构。它们分别是点坐标(DSPos)、区域坐标(DSRect)、字体(DSCharFormat)、线条样式(DSLineStyle)、图标样式(DSSymbolStyle)和填充样式(DSAreaStyle)。

语义对象包

语义对象包的组成如图3所示。

语义对象(SemiObj)：用于刻画系统的内在特征；一个语义对象可能需要通过多个界面元素来分别展示其局部特性，因而需要通过多个界面特性(UIFeature)来将状态集与界面元素关联；语义对象可抽象划分为设备(Device)和环境(Env)。其中，设备(Device)用于对设备状态进行封装；应用层的设备类需要从该类派生得到。环境(Env)用于对装备所能感知或共享的信息进行抽象；应用层的环境数据类需要从该类派生得到。

事件(Event)：用于对界面元素、硬件接口、语义对象之间的通信数据进行封装和抽象；类库模块预定义了时间事件(TimeEvent)、设备输入事件(DeviceEvent)、普通事件(CommonEvent)三种类型的事件；应用层可以根据具体的通信协议进行扩展，形成自定义数据结构的事件类型。

硬件接口包

硬件接口包的组成如图4所示。

硬件接口(HWInterface)：用于对硬件接口进行封装，由接口类型(开关、旋钮、操作键、操纵杆、转盘、触摸屏等)、接口设备ID来描述；给出同步、异步两种方式获取硬件输入的虚拟接口；给出往特定地址写入数据的虚拟接口；应用层的硬件接口类需要从该类派生得到，并将上述虚拟接口具体化。

内部模块间的接口关系

类库模块内部各模块间的接口关系如图5所示。

语义对象的状态接口(Status)：用于修改和查询语义对象某个属性的状态值，由界面元素调用。

语义对象的事件处理接口(HandleEvent)：用于语义对象处理外部事件；界面元素和硬件接口均可向语义对象分发事件。

界面元素的显示刷新接口(Refresh)：用于通知界面元素更新显示；当语义对象状态更新时，可通过该接口更新显示。

界面元素的事件处理接口(HandleEvent)：用于通知界面元素处理外部事件；语义对象和界面管理器均可向界面元素分发事件。

界面管理器的硬件输入接口(HandleDeviceEvent)：用于通知界面管理器产生了某个硬件输入，由硬件接口调用。

硬件接口的写数据接口(WrittingData)：用于向特定硬件地址中写入命令数据或状态数据，由语义对象调用。

进一步参考图1，图1同时给出应用该平台进行武器装备操作界面开发的流程，具体操作步骤如下：

步骤一、利用工具模块设计操作界面；步骤一包括定义界面元素的实例，描述界面元素的可视化特性(布局、显示外观)，描述界面元素之间的组织关系，将界面元素的某些可视化特性与语义对象的状态集进行关联，定义界面元素可响应和处理的事件列表，针对每个事件响应描述界面元素的行为；武器装备的操作界面可以包括多个页面，因而需要对每个页面进行设计，并分别导出形成描述该页面的界面配置文档；

步骤二、基于类库模块进行应用层软件代码的开发；包括分别从设备和环境派生，得到应用层的设备类和环境类，定义状态集，对其状态接口进行具体化，对刷新界面显示和向硬件地址写数据的逻辑进行编码实现；从硬件接口派生，得到应用层的硬件接口类，对其写数据接口进行具体化，对获取硬件输入以及向界面管理器通知硬件输入的逻辑进行编码实现；当界面元素的类型或行为要求超出预定义范围时，从界面元素派生，产生新的界面元素类，对其显示、事件处理等逻辑进行编码实现；

步骤三、系统编译、调试运行；

步骤四、界面调整；

重复步骤一，利用工具模块对界面设计进行调整。

下面将结合本发明的应用实例对本发明的具体操作步骤作进一步说明。某型吊放声纳操作界面的软件需求如图6所示：

1)操作界面分为主动、被动、温深、自检四种工作页面，涉及的主要界面元素类型为：a)静态文本：用于显示内容不会发生变化的提示信息；b)状态文本：用于显示内容随语义模型状态变化的提示信息，其显示内容与声纳工作状态或某个探测解算得到的参数绑定；c)模式菜单：用于选择工作模式，菜单项文本固定；可以响应操作键盘的指令，实现菜单显隐、菜单项选择；d)参数菜单：用于显示和选择当前工作模式下的工作参数，菜单项文本枚举类型的工作参数数据绑定；可以响应操作键盘的指令，实现菜单显隐、菜单项选择、参数项选择；e)自检表格：表格形式显示各个分机自检结果，显示内容与分机状态绑定；f)温深曲线图：海洋深度-声速的关系曲线图，显示内容与海洋温深环境绑定；g)背景噪声图：噪声频率-幅度的关系曲线图，显示内容与噪声环境绑定；h)目标回波图：回波距离-方位-强度的关系点状图，显示内容与回波数据绑定；

2)语义模型的需求包括吊声状态、温深环境数据、背景噪声数据、目标回波数据、目标参数数据；操作界面程序需要根据用户操作维护当前声纳的状态，并从外部接收其它环境数据，并驱动界面与语义模型同步显示；

3)硬件接口需求体现为，通过PCI1751、PCI1753两个板卡与声纳外设相连；可以响应主键盘、开关、旋钮、操纵杆的输入，可以输出状态至状态指示灯和数码管。

针对界面需求，首先利用工具模块设计各个工作方式下工作页面，导出如下示例的界面配置文档：

[PAGE

   (type ACTIVE_OPE)；；主动工作页面

    {               ；；页面下的子元素

……

[TEXT                   ；；目标距离显示

   (staticpart  ″R:″)；；前置提示信息

    (datapart  ″Target.Distance″)；；绑定至目标距离

    (fmtpara″％.2f″)；；输出格式

    (dataunit  ″nm″)；；单位

    [POS pos    ；；位置信息

    (type  ROW_COL)

    (x  8)

    (y  1)

  ]

]

[WND    ；；工作参数设置区

{

[MENU    ；；主动工作方式参数设置菜单

    ……

    (active    KEY_MODE)；；激活方式

    (destroy KEY_RENKE)；；销毁方式

    (moveDown KEY_DOWN)；；选择下一菜单项方式

    (moveUp    KEY_UP)；；选择上一菜单项方式

(loopItem  KEY_LOOP)；；循环参数方式

{

[TEXTForMenu    ；；频率菜单项

   (staticpart  ″FRQ:″)

   (datapart  ″SonaDevice.ActivePara.FRQ″)

   (dataunit  ″HZ″)

    ]

    ……

    }

  ]

  ……

  }

]

[ActiveFigure    ；；目标回波点状图(0-90度)

   (type POINT-BRIGHTNESS)；；亮度点状图

   (xLimit 90)；；横轴最大值-90度

   (yLimit″SonaDevice.DistanceLimit″)；；纵轴最大值-设备量程

   (data  ″Echo.datas″)；；显示数据源

  ]

  ……

  }

]

针对语义模型需求，和硬件接口需求，基于类库模块开发应用层的语义模型和硬件接口，结果如图7所示。

应用本发明进行武器装备操作界面开发的优点包括：1)概念清晰，抽象分离出界面元素、语义对象、硬件接口三类概念模型，明确了各部分的职责；针对信息录入、显示更新、硬件输入与输出等共性需求，对模块间的接口和功能执行流程进行了规范；2)提供了可视化的工具模块支持界面的快速设计和修改，结果以格式化文档的形式被操作界面程序加载和执行，使得显示模块的开发和迭代优化无需编码和调试；3)提供了面向武器装备操作界面开发的软件基础类库模块，封装实现了界面元素管理、界面与语义集成、界面与硬件集成的诸多框架机制和基础服务，有效支撑了应用层的快速定制。

最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。

Claims (15)

1.一种武器装备操作界面的通用开发平台，包括操作界面设计工具模块和软件开发类库模块，其特征在于，所述操作界面设计工具模块用于以所见即所得的形式开发操作界面，根据应用来生成操作界面配置文档，并加载生成装备操作界面；所述软件开发类库模块作为在应用层实施代码开发的基础，用于为操作界面配置文档被正确加载和执行提供框架机制。

2.根据权利要求1所述的通用开发平台，其中，所述操作界面设计工具模块包括：

界面组成工具模块，用于描述操作界面所包含的界面元素、界面元素之间的组织关系以及界面元素的布局；

界面元素可视化特性工具模块，用于描述界面元素的显示参数；

界面元素语义特性工具模块，用于描述界面元素所承载的语义，将界面元素与特定语义对象的状态绑定，建立界面元素与语义对象之间的双向映射关系；

界面元素事件响应特性工具模块，用于描述界面元素所能响应的事件以及事件处理逻辑。

3.根据权利要求1的通用开发平台，其中，软件开发类库模块包括界面元素包、语义对象包和硬件接口包，并且用于固化界面元素与语义对象之间、界面元素与硬件接口之间的关联关系和通信机制。

4.根据权利要求2所述的通用开发平台，其中，界面组成工具模块用于定义多个页面、描述页面的所占据的像素尺寸、为每个页面设计组成；界面组成工具模块在运行时映射成由界面元素实例构成的对象树。

5.根据权利要求2所述的通用开发平台，其中，界面元素可视化特性工具模块用于描述界面元素的显示参数，界面元素的显示参数在运行期由图形显示模块访问并执行，使界面元素呈现预定义的外观特性。

6.根据权利要求5所述的通用开发平台，其中，界面元素可视化特性工具模块用于对于区域类型的元素定义背景色、填充样式、前景色，对于线条类型的元素定义线型、线宽、颜色、端点形状，对于文本类型的元素定义字体、字号、颜色、磅值；对于图标类型的元素绑定图标或位图资源文件；对于表格定义维数、列宽、行高，对于二维矢量图，定义坐标轴的上限、下限以及坐标间隔。

7.根据权利要求2所述的通用开发平台，其中，界面元素语义特性工具模块通过该映射关系来维护界面元素显示内容与语义对象状态的一致性。

8.根据权利要求2所述的通用开发平台，其中，界面元素事件响应特性工具模块用于使得界面元素在运行期间接收来自定时器或硬件接口的事件，并按顺序触发预定义行为。

9.根据权利要求3所述的通用开发平台，其中，所述界面元素包包括界面元素、界面管理器和辅助数据结构；

其中，界面元素指操作界面中的可视化元素，界面元素之间通过树状关联来进行组织和管理；界面管理器，用于加载界面配置文档，生成并管理界面元素的实例，响应来自硬件的输入事件，分发给界面元素进行处理；产生定时器信息，分发给界面元素进行处理；根据装备当前的状态和操作逻辑，调度界面元素执行其行为；辅助数据结构包括用于坐标定位以及描述界面元素显示样式的数据结构。

10.根据权利要求3所述的通用开发平台，其中，语义对象包包括：

语义对象，用于刻画系统的内在特征，包括设备和环境，设备用于对设备状态进行封装，环境用于对装备所能感知或共享的信息进行抽象；

事件，用于对界面元素、硬件接口、语义对象之间的通信数据进行封装和抽象。

11.根据权利要求3所述的通用开发平台，其中，硬件接口包包括硬件接口，用于对硬件接口进行封装，由接口类型、接口设备ID描述。

12.根据权利要求3所述的通用开发平台，其中，软件开发类库模块还用于描述内部模块间的接口关系，包括：语义对象的状态接口，用于修改和查询语义对象某个属性的状态值，由界面元素调用；语义对象的事件处理接口，用于语义对象处理外部事件；界面元素的显示刷新接口，用于通知界面元素更新显示；界面元素的事件处理接口，用于通知界面元素处理外部事件；界面管理器的硬件输入接口，用于通知界面管理器产生了某个硬件输入；硬件接口的写数据接口，用于向特定硬件地址中写入命令数据或状态数据。

13.一种使用权利要求1到12中的其中一个通用开发平台进行武器装备操作界面开发的方法，包括：

步骤1)、利用操作界面设计工具模块设计操作界面；

步骤2)、基于软件开发类库模块进行应用层软件代码的开发；

步骤3)、编译、调试，进而进行界面调整，然后重复运行步骤1，利用操作界面工具模块对界面设计进行调整。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，步骤1)包括：

定义界面元素的实例，描述界面元素的可视化特性，描述界面元素之间的组织关系；

将界面元素的某些可视化特性与语义对象的状态集进行关联，定义界面元素可响应和处理的事件列表，针对每个事件响应描述界面元素的行为。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，步骤2)包括：

分别从设备和环境派生，得到应用层的设备类和环境类；

定义状态集，对其状态接口进行具体化，对刷新界面显示和向硬件地址写数据的逻辑进行编码实现；

从硬件接口派生，得到应用层的硬件接口类，对其写数据接口进行具体化，对获取硬件输入以及向界面管理器通知硬件输入的逻辑进行编码实现；

当界面元素的类型或行为要求超出预定义范围时，从界面元素派生，产生新的界面元素类，对其显示、事件处理等逻辑进行编码实现。

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