CN105116756A - 基于arm的嵌入式综合显示仿真仪表 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种综合显示仿真仪表，基于ARM的嵌入式综合显示仿真仪表由ARM处理板、显示模块、操控模块、音频模块、电源模块、接口模块和显示仿真仪表软件等部分组成的，并通过仪表仿真软件架构实现多台综合显示仿真仪表互联。本发明所述基于ARM的嵌入式综合显示仿真仪表，具有低成本、高可靠性、实时性、接口简单、调试方便等特点，能够提高飞行模拟器中设计开发效率，降低调试和维护的难度；同时具有嵌入式软硬件环境，不仅能够提供POP设计的功能验证，而且能够提供性能指标、数据接口等的验证。

Description

基于ARM的嵌入式综合显示仿真仪表

技术领域

本发明涉及一种综合显示仿真仪表，具体涉及飞行模拟器、试验模拟座舱、航电POP验证仿真、飞行体验中心及船舶等其他图形显示系统中采用的综合显示仿真仪表。

背景技术

目前在飞行模拟器、试验模拟座舱、航电POP验证仿真、船舶模拟器等系统中广泛采用综合显示仿真仪表，综合显示仿真仪表能够真实的模拟飞机座舱显控系统、舰船操控台设备等机载、舰载设备，从而满足飞行员训练培训、航电POP试验验证、船员操纵培训等目的。

当前，综合显示仿真仪表采用带多头显卡PC计算机加显示屏的方式，在windows环境下开发显示仿真仪表程序。在飞行模拟器中，显示仿真仪表在设计开发、调试应用、维护等方面都需要专业人员和大量的安装调试时间，尤其需要多台综合显示仿真仪表情况下，设计复杂度高，调试难度大，维护困难重重；同时显示仿真仪表的可靠性无法长时间保持，在windows环境下显示仿真仪表程序实时性无法得到保证。在航电POP验证系统中，一方面显示仿真仪表只能满足部分功能验证，无法满足性能指标的验证；另一方面显示仿真仪表不能向机载综合显示设备的设计开发进行很好的过度，机载综合显示设备开发完毕后需要大量的试验来验证系统的正确性、可靠性等。

发明内容

本发明提出一种由ARM处理板和显示模块、操控模块、音频模块、电源模块、接口模块等部分组成的基于ARM的嵌入式综合显示仿真仪表，并通过仪表仿真软件架构设计实现多台综合显示仿真仪表互联。本发明不仅提高了综合显示仿真仪表的设计、开发、调试、维护各环节的工作效率，而且提高综合显示仿真仪表的实时性、可靠性，能够解决飞行模拟器中设计开发任务多、调试问题多和维护难度大等问题，以及在航电POP验证系统中验证更多的功能和性能，减少航电POP设计迭代和机载综合显示设备的调试、试验周期。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于ARM的嵌入式综合显示仿真仪表，包括ARM处理板和显示模块、操控模块、音频模块、电源模块、接口模块、机壳和显示仿真仪表软件等。所述ARM处理板包括ARM处理器、GPU、LCD接口、触摸屏接口、以太网、串口、声卡、HDMI、GPIO和电源；所述显示模块包括液晶显示器、导光板、亮度/对比度调节电路；所述操控模块包括触摸屏或者周边按键；所述音频模块为扬声器；所述电源模块为AC/DC转换模块；所述接口模块包括AC电源接口、以太网接口、HDMI接口；所述机壳为固定硬件部件的外壳；所述显示仿真仪表软件包括仪表显示、仿真核心调度、触摸信号处理、仪表数据处理、按键采集、数据存储和加载、音频输出控制、亮度/对比度调节控制、网络数据收发等模块。

基于ARM的嵌入式综合显示仿真仪表具有嵌入式软硬件环境的一体化综合显示仿真仪表。硬件环境是以“ARM+GPU”的ARM处理器为核心，辅以显示、声音、按键、触摸等功能模块，具有设计简单、功能完整的特点。软件环境是基于裁减的实时linux，超强的图形图像显示功能，支持OpenGLES2.0及以上版本和DirectX图形图像库，具有实时性高、可靠性高的特点。具有嵌入式软硬件环境的综合显示仿真仪表，在实时性、可靠性、维护性、寿命周期等方面都有增强，同时嵌入式环境具有低功耗、低成本、小尺寸等优势。

基于ARM的嵌入式综合显示仿真仪表，是通过以太网与外部系统进行交互，获取显示数据和控制命令，综合显示仿真仪表通过数据处理和图形图像处理，以更加友好、清晰的图形方式进行显示。同时综合显示仿真仪表具有真实按键信号采集和触摸屏信号采集功能，实时处理操作功能，对操作功能进行的输入或控制功能进行处理，并实时反馈到显示界面中。综合显示仿真仪表根据显示需求和操作需求不同，可设计开发成PFD仿真仪表、MFD仿真仪表、发参仿真仪表、机械/电子仪表仿真、MCDU仿真仪表、UFCP仿真仪表、HUD仿真仪表等综合显示仿真仪表。

在多台基于ARM的嵌入式综合显示仿真仪表组成的系统中，本发明采用一种新型的仪表仿真软件架构，使用显控数据管理为中心的“一加多”模式，通过软件架构实现飞机座舱内多台显示仿真仪表的数据交换，保证所有显示仿真仪表的数据一致性和实时性，减少综合显示仿真仪表之间的数据链接，降低系统复杂度。新型的仪表仿真软件架构包括显控数据管理、综合显示仿真仪表和外部交联模块等部分，所述综合显示仿真仪表包括PFD仿真仪表、MFD仿真仪表、发参仿真仪表、机械/电子仪表仿真、MCDU仿真仪表、UFCP仿真仪表、HUD仿真仪表等；所述外部交联模块包括飞行仿真和信号采集等模块。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的基于ARM的嵌入式综合显示仿真仪表，是以ARM处理板和实时Linux操作系统为主，软硬一体化的综合显示仿真仪表，具有成本低、可靠性高、实时性高、接口简单、调试方便等优势。本发明采用嵌入式实时linux系统，显示仿真仪表软件运行在定制裁减的操作系统，将会更加可靠和稳定，延长设备寿命周期。本发明采用更加简洁的以太网接口做数据交互接口，采用HDMI做模拟器监控接口，使得接口更加简单、调试维护更加方便。本发明采用新型的仪表仿真软件架构，使得多台综合显示仪表的设计开发和调试也更加简单、方便，大大降低开发和调试难度。本发明提供的基于ARM的嵌入式综合显示仿真仪表应用于POP仿真验证系统时，由于提供了嵌入式软硬件环境，不仅能够提供POP设计的功能验证，而且能够提供性能指标、数据接口等的验证，大大减少机载综合显示设备开发、试验环节的工作量，同时也减少“设计-仿真-开发-试验”的迭代过程。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明的硬件模块连接框图；

图3为本发明的软件层级框图；

图4为本发明的仪表仿真软件架构框图；

图5为本发明的软件组成模块框图。

附图中标记分述如下：

1ARM处理板2显示模块3操控模块4显示仿真仪表软件

5音频模块6电源模块7接口模块8机壳

11LCD接口12触摸屏接口13以太网14串口

15GPIO16声卡17HDMI输出21液晶显示

22导光板31周边按键23亮度/对比度调节电路

32触摸屏41仿真核心调度42仪表显示43仪表数据处理

44触摸信号处理45周边键采集46数据存储和加载47音频输出控制

48亮度/对比度调节控制49网络数据收发51扬声器

52飞行仿真53信号采集55OpenGLES56DirectX

57QT58TCP/IP61AC转DC电源模块71AC电源输入

72HDMI接口73以太网接口80Linux操作系统81GPU显示驱动

82HDMI输出驱动83网卡驱动84串口驱动85声卡驱动

86触摸屏驱动90PFD仿真91MFD仿真92MCDU仿真

93UFCP仿真94HUD仿真95EICAS仿真96发参仿真

97机械仪表仿真98电子仪表仿真99备用仪表仿真100显控数据管理。

具体实施方式

为了更清楚的表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明提供一种基于ARM的嵌入式综合显示仿真仪表，由ARM处理板1、显示模块2、操控模块3、音频模块5、电源模块6、接口模块7、机壳8和显示仿真仪表软件4构成。其中，ARM处理板1通过LCD接口与显示模块相连接，ARM处理板1通过触摸屏接口或者串口与操控模块3相连接，ARM处理板1通过声卡接口与音频模块5相连接，ARM处理板1通过接口模块与外部系统进行交联，主要是以太网接口和HDMI接口；电源模块5为ARM处理板1、显示模块2、音频模块5、接口模块7等部分提供供电电源；机壳8为所有硬件提供安装固定条件；显示仿真仪表软件4运行于ARM处理板1上，通过ARM处理器板1控制显示模块2、音频模块5、操控模块3和接口模块7。基于ARM的嵌入式综合显示仿真仪表提供一套软硬件环境相结合的综合显示仿真仪表，通过显示仿真仪表软件4的设计变化能够实现多种综合显示仿真仪表。

如图2所示，本发明提供一种基于ARM的嵌入式综合显示仿真仪表，其硬件系统模块由ARM处理板1、液晶显示21、导光板22、亮度/对比度调节电路23、周边按键31、触摸屏32、扬声器51、AC转DC电源模块61、AC电源输入71、HDMI接口72、以太网接口73等部分构成。其中，ARM处理板1包括LCD接口11、触摸屏接口12、以太网13、串口14、GPIO15、声卡16、HDMI输出17等部分。ARM处理板1通过LCD接口11与液晶显示21相连接，同时通过GPIO15与亮度/对比度调节电路23相连接，亮度/对比度调节电路23与液晶显示21相连接，实现综合显示仿真仪表的显示输出和显示的亮度/对比度控制；ARM处理板1通过触摸屏接口12与触摸屏32相连接，实现综合显示仿真仪表的触摸操作；ARM处理板1通过以太网13与以太网接口73相连接，与外部系统通过以太网实现数据交互；ARM处理板1通过串口14与周边按键31、导光板22相连接，实现操控信号通讯；ARM处理板1通过声卡16输出音频信号，与扬声器51相连接；ARM处理板1通过HDMI输出17与HDMI接口72相连接，实现HDMI显示输出功能；AC转DC电源模块61分别与ARM处理板1、扬声器51、导光板22、液晶显示21相连接，提供所需的直流电源；AC转DC电源模块61与AC电源输入71相连接，实现外部电源供电。

如图3所示，本发明提供一种基于ARM的嵌入式综合显示仿真仪表，是一套软、硬件环境相结合的综合显示仿真仪表，所述软件系统包含3层，第一层基础层包括Linux操作系统80、GPU显示驱动81、HDMI输出驱动82、网卡驱动83、串口驱动84、声卡驱动85、触摸屏驱动86等部分；第二层支持层包括OpenGLES55、DirectX56、QT57、TCP/IP58等部分；第三层应用层包括PFD仿真90、MFD仿真91、MCDU仿真92、UFCP仿真93、HUD仿真94、EICAS仿真95、发参仿真96、机械仪表仿真97、电子仪表仿真98、备用仪表仿真99、显控数据管理100等部分。第一层基础层与第二层支持层相连接，第二层支持层与第三层应用层相连接。显示仿真仪表软件4运行于软件系统的基础层、支持层之上，根据应用不同，设计开发获得不同的应用层软件，在飞行模拟器、试验模拟座舱中典型应用包括PFD仿真90、MFD仿真91、MCDU仿真92、UFCP仿真93、HUD仿真94、EICAS仿真95、发参仿真96等。

如图4所示，本发明提供一种基于ARM的嵌入式综合显示仿真仪表，采用一种新型的仪表仿真软件架构，使用显控数据管理为中心的“一加多”模式，实现基于ARM的嵌入式多台综合显示仿真仪表的互联。一种新型的仪表仿真软件架构由显控数据管理100、PFD仿真90、MFD仿真91、MCDU仿真92、UFCP仿真93、HUD仿真94、发参仿真96、机械仪表仿真97、电子仪表仿真98、飞行仿真52、信号采集53等部分构成。其中“一加多”模式中的“一”是指显控数据管理100，“多”是指PFD仿真90、MFD仿真91、MCDU仿真92、UFCP仿真93、HUD仿真94、发参仿真96、机械仪表仿真97、电子仪表仿真98等综合显示仿真仪表。所有的综合显示仿真仪表都与显控数据管理100相连接，通过显控数据管理100进行数据交互。飞行仿真52和信号采集53组成外部系统数据，飞行仿真52和信号采集53与显控数据管理100相连接，通过显控数据管理100与综合显示仿真仪表进行数据交互。

如图5所示，本发明提供一种基于ARM的嵌入式综合显示仿真仪表，显示仿真仪表软件的软件模块由仿真核心调度41、仪表显示42、仪表数据处理43、触摸信号处理44、周边键采集45、数据存储和加载46、音频输出控制47、亮度/对比度调节控制48、网络数据收发49等模块构成。网络数据收发49与仿真核心调度41相连接，外部系统通过网络数据收发49模块进行数据交互，仿真核心调度41与仪表数据处理43相连接，实现数据的传递，仪表数据处理43与仪表显示42相连接，实现显示数据的刷新；触摸信号处理44与仪表显示42相连接，实现触摸信号处理44和与仪表显示42的信号交互，通过仪表显示42传递给仪表数据处理43，然后反馈给仪表显示42进行显示刷新，同时通过仿真核心调度41、网络数据收发49将触摸屏操作动作传递到外部系统；周边键采集45与仪表数据处理43相连接，周边键操控信号经过仪表数据处理43进行功能处理，将新的仪表显示内容反馈仪表显示42进行显示刷新，同时通过仿真核心调度41、网络数据收发49将周边键操控信号传递到外部系统；仪表数据处理43与数据存储和加载46相连接，实现启动加载初始参数、保存配置修改、保存数据修改功能；仿真核心调度41与音频输出控制47相连接，实现仿真仪表告警、提示等语音功能；仿真核心调度41与亮度/对比度调节控制48相连接，亮度/对比度调节操作通过周边键采集45获得操作信号，通过仪表数据处理43传递到仿真核心调度41，然后执行亮度/对比度调节控制48，实现对液晶显示的亮度、对比度控制。

本发明的主要功能要求如下：

1、具有对各种综合显示仪表仿真的功能；

2、具有真实的操作按键和旋钮开关；

3、支持触摸屏对各种按键、旋钮、操作手柄等模拟；

4、具有上电即启动功能；

5、支持多台综合显示仿真仪表互联；

6、与外部具有以太网的交互接口，可实现数据和命令交互；

7、支持飞机模拟座舱的左右舱、前后舱的仿真配置。

以上公开的仅为本发明的理想实例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.基于ARM的嵌入式综合显示仿真仪表由ARM处理板、显示模块、操控模块、音频模块、电源模块、接口模块和显示仿真仪表软件等部分组成，并通过新型仪表仿真软件架构设计实现多台综合显示仿真仪表互联。

2.如权利要求1所述一种基于ARM的嵌入式综合显示仿真仪表，其特征在于，是以ARM处理板和实时Linux操作系统为运行环境的软硬一体化的综合显示仿真仪表。

3.如权利要求1所述的一种基于ARM的嵌入式综合显示仿真仪表，其特征在于，所述新型的软件仿真系统架构，包括显控数据管理、综合显示仿真仪表和外部交联模块等部分，采用显控数据管理为中心的“一加多”模式，通过软件架构实现飞机座舱内多台显示仿真仪表的数据交换，保证所有显示仿真仪表数据一致性和实时性。

4.如权利要求1所述的一种基于ARM的嵌入式综合显示仿真仪表，其特征在于，所述硬件包括所述ARM处理板、显示模块、操控模块、音频模块、电源模块、接口模块和机壳构成，其中ARM处理板由ARM处理器、GPU、LCD接口、触摸屏接口、以太网、串口、声卡、HDMI、GPIO和电源输入模块组成。

5.如权利要求1所述的一种基于ARM的嵌入式综合显示仿真仪表，其特征在于，所述显示仿真仪表软件，包括仪表显示、仿真核心调度、触摸信号处理、仪表数据处理、按键采集、数据存储和加载、音频输出控制、亮度/对比度调节控制、网络数据收发等模块。

6.如权利要求1所述的一种基于ARM的嵌入式综合显示仿真仪表，其特征在于，所述接口模块包括AC电源接口、以太网接口、HDMI接口。