CN105116791A - 一种小型直升机综合显示控制系统软件架构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型直升机综合显示控制系统软件架构，包括1)通信管理模块用于实现与外部系统的交联，以及与中间层软件层交联；2)BSP软件层为整个综合显示控制系统软件提供硬件驱动支持；3)数字地图软件层主要用于完成机载数字地图相关功能；4)中间层软件层用于为OFP软件层提供底层驱动；5)OFP软件层用于实现基本飞行参数信息显示功能、辅助导航信息显示功能、发参信息显示功能、系统管理信息显示功能，同时，OFP软件层提供飞行员控制输入功能，响应飞行员控制指令，实现对整个飞机显示系统的控制和交联系统的管理控制。本发明提供的一种小型直升机综合显示控制系统软件架构，结构模块化，易于更新和维护，可扩展性好。

Description

一种小型直升机综合显示控制系统软件架构

技术领域

本发明涉及航空电子领域，特别涉及一种小型直升机综合显示控制系统软件架构。

背景技术

现代座舱显示系统正向高度综合化、智能化方向发展。可靠、安全、高效的人机功效设计，是衡量飞机现代化程度的重要标准。传统分立式航空电子系统由分立安装的模拟仪表和无线电通讯导航设备等组成，分立式航空电子系统仪表多，系统结构较为复杂，占用空间大，重量繁重，设备操作复杂，系统可靠性较低，分立式的航空电子系统限制了飞机功能扩展和技术升级潜力，另外，传统的航空显控系统，显示器与数据处理和控制器是分开的，综合化和一体化程度低，无法为驾驶员提供高效、简洁的驾驶舱交互方式。传统的飞机显示控制系统中，显示系统、控制系统和硬件平台间是紧密耦合的，采用该方式实现的显控系统具有实现效率高、表示方式灵活的优点，系统的可重用性、可扩展性较差，不利于显控系统的升级维护和系统认证，因此开发一种针对体积小、重量轻、功能集成度高的座舱综合显示控制系统的软件架构具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是就是为了克服现有技术的不足，提供了一种小型直升机综合显示控制系统软件架构，可使座舱显示系统、控制系统的功能集成与一体，采用模块化设计，提高航空综合显示控制系统软件的重用性和开发效率，降低系统的开发、验证成本。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种小型直升机综合显示控制系统软件架构，包括主处理模块和通信管理模块，所述主处理模块依次包括BSP软件层、数字地图软件层、中间层软件层和OFP软件层；

所述通信管理模块用于实现与外部系统的交联，以及与中间层软件交联；

所述BSP软件层为板级支持包软件，为整个综合显示控制系统软件提供硬件驱动支持和VxWorks操作系统运行环境；

所述数字地图软件层主要用于根据中间层软件层提供的外部系统的数据完成机载数字地图相关功能，包括将外界地形数据转化为显示画面、将地理位置数据转化为屏幕坐标；

所述中间层软件层用于从通信管理模块处采集外部各个交联设备的信息，同时为OFP软件层提供底层驱动；

所述OFP软件层用于实现基本飞行参数信息显示功能、辅助导航信息显示功能、发动机参数信息显示功能、系统管理信息显示功能，同时，OFP软件层提供飞行员控制输入功能，响应飞行员控制指令，实现对整个飞机显示系统的控制和交联系统的管理控制，并通过中间层软件对整个飞机显示系统的硬件资源进行应用和管理。

优选地，所述中间层软件层包含初始化软件模块，所述初始化软件模块包括IOM接口初始化单元、OFP接口初始化单元、向OFP上报初始化状态单元、创建运行任务单元四个部分，其中，

所述IOM接口初始化单元用于初始化主处理模块中各软件层和通信管理模块之间的控制命令字和RS422数据交互区的控制字；

所述OFP接口初始化单元用于初始化OFP软件层和中间层软件层之间的数据交互区控制字；

所述向OFP上报初始化单元状态用以向OFP软件层汇报所述IOM接口初始化单元和所述OFP接口初始化单元的结果；

所述创建运行任务单元用以在向OFP层上报初始化单元完成汇报工作后，在OPF软件层创建主处理器模块硬件平台上供中间层软件层和OFP软件层运行所需要的实时任务。

优选地，所述通信管理模块包含系统软件、FPGA逻辑固件；

所述系统软件用于提供与外部系统和中间层软件层交联的接口；

所述FPGA逻辑固件用于实现系统软件的底层驱动。

优选地，所述系统软件通过ARINC429接口、RS422接口、离散量信号、模拟量信号、视频信号与外系统通信，通过CPCI总线接口与中间层软件层通信。

优选地，所述中间层软件层包含BIT软件模块，所述BIT软件模块负责在测试设备未接、主处理模块处于运行状态下对通信管理模块及主处理模块进行BIT检测，检测结果向OFP软件层报告，所述BIT软件模块包括上电自检测、人工维护自检测和周期自检测三个部分。

优选地，所述中间层软件包含ARINC429数据通讯处理软件模块、RS422数据通讯处理软件模块、离散量输入输出模块、模拟量采集处理模块和视频切换处理模块；所述ARINC429数据通讯处理软件模块用于通过通信管理模块向外部系统发送和接收ARINC429数据；

所述RS422数据通讯处理软件模块用于通过通信管理模块向外部系统发送和接收RS422数据；

所述模拟量采集处理模块用于通过通信管理模块定时周期采集HOCAS杆的游标模拟量，然后根据公式进行坐标转换；最后将坐标值上报给OFP软件层；

所述离散量输入输出模块用于根据定时周期采集通信管理模块的离散量输入并设置到OFP软件层的离散量中，根据定时周期采集OFP软件层的离散量输出并设置到通信管理模块的离散量中。

本发明的有益效果是：本发明供了提供了一种小型直升机综合显示控制系统软件架构，针对飞机小型化综合显示控制系统设计，该软件架构可使座舱显示系统、控制系统的功能集成与一体，软件采用模块化设计，可提高航空综合显示控制系统软件的重用性和开发效率，降低系统的开发、验证成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的系统软件的接口关系图；

图3为本发明的中间层软件层交互关系图；

图4为本发明的初始化软件模块程序结构图；

图5为本发明的BIT软件模块程序结构图；

图6为本发明的ARINC429数据通讯处理软件模块程序结构图；

图7为本发明的RS422数据通讯处理软件模块程序结构图；

图8为本发明的通信管理模块与外部系统的交联接口图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参图1，本发明提供了一种小型直升机综合显示控制系统软件架构，包括主处理模块(以下简称IPDM模块)和通信管理模块(以下简称IOM模块)，所述主处理模块包括BSP软件层、数字地图软件层、中间层软件(以下简称MLS)层和OFP软件层。

所述BSP软件层为板级支持包软件，为整个综合显示控制系统软件提供硬件驱动支持和VxWorks操作系统运行环境。

所述数字地图软件层主要用于完成机载数字地图相关功能，包括将外界地形数据转化为显示画面、将地理位置数据(经纬度)转化为屏幕坐标等。

所述数字地图软件层主要功能如下：

a)具有跟随高速和机动飞行时对任意幅面的二维矢量数据、俯视地形数据的快速生成和平滑显示功能。

b)具有跟随高速和机动飞行时对任意幅面的二维矢量数据、俯视地形数据的快速生成和平滑显示功能。

c)具有正态标注地标名称和北向指示功能。支持字符图形叠加、点线面生成、图层叠加等图形处理功能。

d)具有叠加显示用户自定义图层的功能

e)具有接收外部命令，将屏幕坐标数据转换为地理位置数据的功能；或者将地理位置数据(经纬度)转化为屏幕坐标的功能。

f)具有接收外部命令，进行二维矢量地图、地形地图显示比例尺的缩放和比例尺缩放时地图要素自动增减功能。

g)具有接收外部命令、显示二维矢量背景地图、地形俯视背景地图、二维矢量与地形俯视地图叠加合成的背景地图功能；支持在地图背景上实时显示飞机的位置。

h)具有接收外部命令，进行俯视地形彩带的地形告警显示。

i)具有接收外部命令，进行地图漫游显示的功能。

j)具有根据用户提供的航路点信息绘制航线的功能。

所述OFP软件层是飞行操作程序，是指上层应用软件，具有基本飞行参数信息显示功能、辅助导航信息显示功能、发参信息显示功能、系统管理信息显示功能，主要包括：

a)姿态显示；

b)高度显示；

c)空速显示；

d)航向显示；

e)垂直速度显示；

f)侧滑显示；

g)时间显示；

h)位置显示；

i)方位显示；

j)航路点显示；

k)航线显示；

l)飞行计划显示；

m)数字地图显示；

n)发动机参数显示；

o)旋翼转速显示；

p)滑油和燃油参数显示；

q)电源系统参数显示；

r)无线电设备频率、工作模式显示；

s)IPDU自检和故障信息显示；

t)外部交联系统自检和故障信息显示

同时，所述OFP软件层提供飞行员控制输入功能，响应飞行员控制指令，实现对IDS的控制和交联系统的管理控制，主要有：

a)IPDU亮度对比度调节控制功能；

b)IPDU画面切换功能；

c)基本参数设置功能；

d)无线电设备参数设置功能；

e)无线电设备工作模式控制功能；

f)IPDU自检控制功能；

g)外部交联系统自检控制功能；

h)航路点、航线、飞行计划编辑功能。

所述中间层软件(MLS)层是所述OFP软件层的底层驱动软件，所述OFP软件层通过MLS软件层对整个飞机显示系统的硬件资源进行应用和管理，所述MLS软件层采集外部各个交联设备的信息。主要有以下功能：

a)实现IPDM模块的各软件层初始化功能；

b)实现ARICN429数据通讯功能；

c)实现RS422数据通讯功能；

d)实现离散量输入采集和输出功能、模拟量输入采集功能；

e)实现以太网接口数据加载功能；

f)实现双层光电编码器数据的采集和输出功能；

g)实现数字地图模块的数据管理功能；

h)视频输入输出和切换处理功能；

i)视频输入输出和切换处理功能；

所述通信管理模块用于实现与外部系统的交联。通信管理模块包括系统软件和FPGA逻辑固件

参图4，所述中间层软件(MLS)层中的初始化软件模块包括IOM接口初始化单元、OPF接口初始化单元、向OFP上报初始化状态单元、创建运行任务单元四个部分，其中：

所述IOM接口初始化单元用于初始化主处理模块的各软件层和IOM模块之间的控制命令字、RS422数据交互区的控制字，数据内容可以不用清零；

所述OFP接口初始化单元用于初始化OFP软件层和中间层软件(MLS)层之间的数据交互区控制字，其中包括RS422、ARINC429，所有的控制字由MLS进行初始化；

所述向OFP上报初始化状态单元用以汇报所述IOM接口初始化单元和所述OFP接口初始化单元的结果；

所述创建运行任务单元用以在系统软硬件初始化完成后，创建综合处理显示模块硬件平台上供MLS和OFP软件层运行所需要的实时任务。

优选的，所述数字地图软件位于所述BSP软件之上，所述中间层软件(MLS)位于所述数字地图软件之上，所述OFP软件位于所述中间层软件(MLS)之上。

参图2，所述通信管理模块通过ARINC429接口、RS422接口、离散量信号、模拟量信号、视频信号与外系统通信，所述通信管理模块软件通过CPCI总线接口与所述主处理模块软件中的中间层软件(MLS)通信。

参图3，所述OFP软件层通过所述中间层软件(MLS)对综合显示控制系统的硬件资源进行应用和管理。

所述中间层软件(MLS)中的BIT软件模块负责在测试设备未接、IPDM处于运行状态下对IPDM(包括IOM及IPDM本身)模块进行BIT检测，其结果向OFP软件层报告。

参图5，所述BIT软件模块包括上电自检测、人工维护自检测和周期自检测三个部分，当系统上电，执行上电BIT，OFP软件层运行期间，启动TEST开关，运行维护BIT程序，它们均对系统做全面的测试，周期自测试则是和OFP程序分时进行，在不影响OFP正常工作的情况下，每200ms执行一次，每次执行只运行一片测试程序，运行时间不超过10ms。

参图6和图7，所述ARINC429数据通讯处理软件模块包括ARINC429数据发送模块和ARINC429数据接收模块，所述ARINC429数据发送模块分别向8个外系统发送数据，所述ARINC429数据接收模块分别接收来自14个外系统的数据，所述RS422数据通讯处理软件模块包括RS422数据发送模块和RS422数据接收模块。所述ARINC429数据接收模块共需要完成3项子功能：一次性从IOM和IPDM交互缓冲区取走所有数据；将所有数据依次写入IPDM和OFP的数据缓冲区；将所有数据依次写入IPDM内部的DTD记录数据区。所述ARINC429数据发送模块共需要完成3项子功能：一次性从IPDM和OFP交互缓冲区取走所有数据；将所有数据依次写入IPDM和IOM的数据缓冲区；将所有数据依次写入IPDM内部的DTD记录数据区。

所述模拟量采集处理模块，所述模拟量采集模块主要采集HOCAS杆的游标模拟量，具体功能如下：根据定时周期采集IOM模块的模拟量；根据公式进行坐标转换；将坐标值上报给OFP软件层。

所述离散量输入输出模块包括离散量输入功能和离散量输出功能，所述离散量输入功能根据定时周期采集IOM模块的离散量输入并设置到OFP软件层的离散量中，所述离散量输出功能根据定时周期采集OFP软件层的离散量输出并设置到IOM模块的离散量中。

图8为所述通信管理模块与外部系统的交联接口图，IOM模块通过PCI总线与IPDM模块软件通信，完成与外部分系统的ARINC429数据、RS422数据、模拟量信号、离散量信号交互，其中，有5路RS422接口分别用于与对侧IPDU、发动机参数采集器、音频控制器通信以及预留；有14路外部ARINC429输入接口，分别用于接受大气数据系统、无线电高度表、组合导航系统等外部系统数据以及预留；有8路外部ARINC429输出接口，分别用于发送数据至大气数据系统、无线电高度表、组合导航系统等外部系统以及预留；有9路离散量输入接口，用于IPDU标识、中英文飞行操作程序切换、轮载信号等；有2路离散量输出接口；有1路模拟量输入接口，用于采集HOCAS杆信号。IPDM模块的中层间软件接收到数据后交与OFP软件与数字地图软件处理。其中图8中的POP软件是飞行员操作程序软件，属于OFP软件的一部分

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种小型直升机综合显示控制系统软件架构，其特征在于：包括主处理模块和通信管理模块，所述主处理模块依次包括BSP软件层、数字地图软件层、中间层软件层和OFP软件层；

所述通信管理模块用于实现与外部系统的交联，以及与中间层软件交联；

所述BSP软件层为板级支持包软件，为整个综合显示控制系统软件提供硬件驱动支持和VxWorks操作系统运行环境；

所述数字地图软件层主要用于根据中间层软件层提供的外部系统的数据完成机载数字地图相关功能，包括将外界地形数据转化为显示画面、将地理位置数据转化为屏幕坐标；

所述中间层软件层用于从通信管理模块处采集外部各个交联设备的信息，同时为OFP软件层提供底层驱动；

所述OFP软件层用于实现基本飞行参数信息显示功能、辅助导航信息显示功能、发动机参数信息显示功能、系统管理信息显示功能，同时，OFP软件层提供飞行员控制输入功能，响应飞行员控制指令，实现对整个飞机显示系统的控制和交联系统的管理控制，并通过中间层软件层对整个飞机显示系统的硬件资源进行应用和管理。

2.根据权利要求1所述的一种小型直升机综合显示控制系统软件架构，其特征在于所述中间层软件层包含初始化软件模块，所述初始化软件模块包括IOM接口初始化单元、OFP接口初始化单元、向OFP上报初始化状态单元、创建运行任务单元四个部分，其中，

所述IOM接口初始化单元用于初始化主处理模块中各软件层和通信管理模块之间的控制命令字和RS422数据交互区的控制字；

所述OFP接口初始化单元用于初始化OFP软件层和中间层软件层之间的数据交互区控制字；

所述向OFP上报初始化单元状态用以向OFP软件层汇报所述IOM接口初始化单元和所述OFP接口初始化单元的结果；

所述创建运行任务单元用以在向OFP层上报初始化单元完成汇报工作后，在OPF软件层创建主处理器模块硬件平台上供中间层软件层和OFP软件层运行所需要的实时任务。

3.根据权利要求1所述的一种小型直升机综合显示控制系统软件架构，其特征在于所述通信管理模块包含系统软件、FPGA逻辑固件；

所述系统软件用于提供与外部系统和中间层软件层交联的接口；

所述FPGA逻辑固件用于实现系统软件的底层驱动。

4.根据权利要求3所述的一种小型直升机综合显示控制系统软件架构，其特征在于所述系统软件通过ARINC429接口、RS422接口、离散量信号、模拟量信号、视频信号与外系统通信，通过CPCI总线接口与中间层软件层通信。

5.根据权利要求1所述的一种小型直升机综合显示控制系统软件架构，其特征在于：所述中间层软件层包含BIT软件模块，所述BIT软件模块负责在测试设备未接、主处理模块处于运行状态下对通信管理模块及主处理模块进行BIT检测，检测结果向OFP软件层报告，所述BIT软件模块包括上电自检测、人工维护自检测和周期自检测三个部分。

6.根据权利要求1所述的一种小型直升机综合显示控制系统软件架构，其特征在于所述中间层软件包含ARINC429数据通讯处理软件模块、RS422数据通讯处理软件模块、离散量输入输出模块、模拟量采集处理模块和视频切换处理模块；所述ARINC429数据通讯处理软件模块用于通过通信管理模块向外部系统发送和接收ARINC429数据；

所述RS422数据通讯处理软件模块用于通过通信管理模块向外部系统发送和接收RS422数据；

所述模拟量采集处理模块用于通过通信管理模块定时周期采集HOCAS杆的游标模拟量，然后根据公式进行坐标转换；最后将坐标值上报给OFP软件层；

所述离散量输入输出模块用于根据定时周期采集通信管理模块的离散量输入并设置到OFP软件层的离散量中，根据定时周期采集OFP软件层的离散量输出并设置到通信管理模块的离散量中。