CN107215479B - 一种飞行模拟器通用数据处理框架及其构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于飞行模拟器的通用数据处理框架和方法，包括：数据采集模块、数据处理模块、配置管理模块、模式选择模块、网络通信模块。所述数据处理模块用于提供数据处理基类且已具备模拟量、数字量、组合开关数据处理类，开发人员通过继承所述数据处理基类实现其他类型信号的处理；所述配置管理模块用于通过图形界面实现对数据按照不同类型解析和打包的参数配置。本发明可用于飞行模拟器各个机型各类采集卡数据的解析、处理、打包，本发明的数据处理框架结构层次分明，高效稳定，具有良好的可扩展性，本发明可提高开发效率和简化开发人员工作。
Description
技术领域
本发明属于飞行模拟器技术领域，具体涉及一种飞行模拟器通用数据处理框架。
背景技术
随着飞机的复杂性提高，飞行模拟器也变得更加复杂，需要实时采集与处理的数据越来越多，种类也越来越繁杂。数据采集与处理作为飞行模拟器正常运行的基本保证，通过提供实时、准确、稳定的采集并处理座舱设备数据，为飞机其他仿真系统提供数据源。数据采集与处理系统主要完成座舱设备硬件跟其他系统的数据交互，一方面采集硬件的模拟信号、数字信号、ARINC429、RS-422等总线信号，将采集到的信号经过数据处理，通过网络发送给飞行仿真、航电仿真、综合控制管理系统等；另一方面飞行仿真、航电仿真系统通过网络将数据发送给数据采集与处理系统，系统再经过数据处理驱动硬件设备。
在以往飞行模拟器设计过程中，数据采集与处理系统的设计与板卡的采集方式密不可分，针对不同实际需求，板卡往往采取不同的设计方式，导致处理系统总需要量身定做，这样开发的程序可能存在以下问题：
1、重用性低，耗费重复劳动力。各定制程序除了设备数量不同，其他部分存在很大的相似性，如常用的数字量、模拟量、组合开关处理等，这将导致大量不必要的重复开发工作。
2、可扩展性，维护性差。后期经常需要增加设备或者改变设备接线问题或增加一种或几种总线信号；模拟量由于机构变形会出现零漂问题；模拟量需要按照协议进行线性变换，变换目标值会根据工程实验需求会有变化。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种飞行模拟器的通用数据处理框架以及一种飞行模拟器的通用数据处理框架构建方法。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种飞行模拟器通用数据处理框架，包括：数据采集模块、数据处理模块、配置管理模块、网络通信模块、模式选择模块；其中，所述数据采集模块，用于对应板卡供应商提供的驱动软件进行数据采集及读取/写入；所述数据处理模块，用于提供数据处理基类，开发人员通过继承所述数据处理基类实现各个类型信号数据的处理；所述配置管理模块，用于录入配置信息，并提供对配置信息的增、删、改、查功能，最终配合数据处理模块对采集数据进行解析和打包处理；所述网络通信模块，用于将处理完成的数据发送给模拟器其他仿真系统并接收其他仿真系统的数据；所述模式选择模块，用于通过图形用户界面提供系统的两种工作模式：监视模式和调试模式。
优选的是，所述数据采集模块、数据处理模块、配置管理模块、网络通讯模块以及模式选择模块通过集成开发工具分别建立成独立的文件夹。
优选的是，所述数据采集模块中，封装有板卡驱动的API函数。
优选的是，所述配置管理模块和模式选择模块中，分别构造有图形界面，通过按钮实现参数的配置管理和系统工作模式的切换。
优选的是，所述数据处理模块中，提供数据处理的基类，继承该基类，并重写其接口函数bindCfgfile、readSignal、writeSignal，所述bindCfgfile用于绑定指定类型信号的配置文件，readSignal根据配置文件解析并处理采集数据，writeSignal根据配置文件解析并处理其他仿真系统数据，通过实现所述的三个函数扩展数据处理模块，并封装成DLL库以通用接口方式供使用；目前数据处理模块已提供对模拟量、数字量、组合开关处理的类；开发人员可在此基础上继续扩展，实现譬如422，429，AFDX的解析，最终形成通用数据处理库。
优选的是，所述网络通信模块，通过按照实际需要通过UDP或者TCP实现数据通信。
一种飞行模拟器通用数据处理框架的构建方法，包括如下步骤：
步骤1）：利用集成开发工具分别为数据采集模块、数据处理模块、配置管理模块、网络通讯模块以及模式选择模块建立独立的文件夹；
步骤2）：在数据采集模块中重新封装板卡驱动的API函数，用于满足实际需要；
步骤3）：在配置管理模块和模式选择模块中分别构造图形界面，通过按钮实现参数的配置管理和系统工作模式的切换；
步骤4）：在数据处理模块中提供数据处理的基类，继承该基类，并重写其接口函数bindCfgfile、readSignal、writeSignal，所述bindCfgfile用于绑定指定类型信号的配置文件，readSignal根据配置文件解析并处理采集数据，writeSignal根据配置文件解析并处理其他仿真系统数据，通过实现所述的三个函数扩展数据处理模块，并封装成DLL库以通用接口方式供使用；目前数据处理模块已提供对模拟量、数字量、组合开关处理的类；开发人员可在此基础上继续扩展，实现譬如422，429，AFDX的解析，最终形成通用数据处理库；
步骤5）：在网络通信模块通过按照实际需要通过UDP或者TCP实现数据通信。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的数据处理框架结构层次分明，高效稳定，具有良好的可扩展性。开发人员通过使用本框架进行二次开发，可以将精力集中在信号解析协议上，避免了底层的重复代码开发，大大提高了开发效率。
2、本发明的配置管理模块通过用户界面实现配置文件的录入包括excel和xml文件的录入，以及实现配置信息的增加、删除、修改、查找功能，以解决开发后期增减设备、改变设备接线以及模拟器由于结构变形引起的零漂问题。
3、本发明通过界面提供监视模式和调试模式两种工作模式供用户选择，其中调试模式用于解决模拟器开发过程中设备迟迟不到，而各仿真系统需要提前联调的问题。
4、本发明的通用性好，使用效果好，便于推广使用。
综上所述，本发明架构简单，可扩展性强，工作可靠性和稳定性高，使用维护方便，通用性好，便于推广使用。
附图说明
图1为本发明一种飞行模拟器通用数据处理框架架构图。
图2为本发明一种飞行模拟器通用数据处理框架的构件方法流程图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示，本发明一种飞行模拟器通用数据处理框架，包括：数据采集模块、数据处理模块、配置管理模块、网络通信模块、模式选择模块；其中，所述数据采集模块，用于对应板卡供应商提供的驱动软件进行数据采集及读取/写入；所述数据处理模块，用于提供数据处理基类，开发人员通过继承所述数据处理基类实现各个类型信号数据的处理；所述配置管理模块，用于录入配置信息，并提供对配置信息的增、删、改、查功能，最终配合数据处理模块对采集数据进行解析和打包处理；所述网络通信模块，用于将处理完成的数据发送给模拟器其他仿真系统并接收其他仿真系统的数据；所述模式选择模块，用于通过图形用户界面提供系统的两种工作模式：监视模式和调试模式。
优选的是，所述数据采集模块、数据处理模块、配置管理模块、网络通讯模块以及模式选择模块通过集成开发工具分别建立成独立的文件夹。
优选的是，所述数据采集模块中，封装有板卡驱动的API函数。
优选的是，所述配置管理模块和模式选择模块中，分别构造有图形界面，通过按钮实现参数的配置管理和系统工作模式的切换。
优选的是，所述数据处理模块中，提供数据处理的基类，继承该基类，并重写其接口函数bindCfgfile、readSignal、writeSignal，所述bindCfgfile用于绑定指定类型信号的配置文件，readSignal根据配置文件解析并处理采集数据，writeSignal根据配置文件解析并处理其他仿真系统数据，通过实现所述的三个函数扩展数据处理模块，并封装成DLL库以通用接口方式供使用；目前数据处理模块已提供对模拟量、数字量、组合开关处理的类；开发人员可在此基础上继续扩展，实现譬如422，429，AFDX的解析，最终形成通用数据处理库。
优选的是，所述网络通信模块，通过按照实际需要通过UDP或者TCP实现数据通信。
如图1给出了各个模块之间的关系，本发明一种飞行模拟器通用数据处理框架通过数据处理模块整合了读取数据、解析数据、转换数据、打包数据、写入数据等多种数据处理基础功能，并提供了公共基类接口。基于本发明的数据处理框架，开发人员仅需要关注和开发对应信号的解析方式及配置信息，通过二次开发和参数配置即可快速地新建或扩展数据处理程序。本发明具有较高的可扩展性和易维护性。
下面将结合附图2对本发明一种飞行模拟器通用数据处理框架的构建方法做进一步说明。
步骤一：利用集成开发工具分别为数据采集模块、数据处理模块、配置管理模块、网络通讯模块以及模式选择模块建立独立的文件夹。可使用Visual Studio2010等集成开发工具进行框架构建，分别针对各个模块建立独立的文件夹，各模块之间存在依赖关系。
步骤二：在数据采集模块中重新封装板卡驱动的API函数，相应板卡的读取和写入数据接口，用于满足实际需要。
步骤三：在配置管理模块和模式选择模块中分别构造图形界面，通过按钮实现系统工作模式的切换和参数的配置管理。其中配置管理的配置信息要与数据处理的各信号属性一致，能够提供增加、删除、修改、查找各信号信息类型，此外在设备较多的情况下，为提高录入效率，提供录入excel和xml文件格式的信息。
步骤四：在数据处理模块中提供数据处理的基类，继承该基类，并重写其接口函数bindCfgfile、readSignal、writeSignal，所述bindCfgfile用于绑定指定类型信号的配置文件，readSignal根据配置文件解析并处理采集数据，writeSignal根据配置文件解析并处理其他仿真系统数据，通过实现所述的三个函数扩展数据处理模块，并封装成DLL库以通用接口方式供使用；目前数据处理模块已提供对模拟量、数字量、组合开关处理的类；开发人员可在此基础上继续扩展，实现譬如422，429，AFDX的解析，最终形成通用数据处理库；
步骤五：在网络通信模块按照实际需要通过UDP或者TCP实现数据通信。可调用Windows系统提供的bind、recvfrom、sendto等接口函数实现网络通信。
在开发、测试或运行阶段，根据需要进行相关参数的配置和调整。本发明基于一种模拟器通用数据处理框架有DeviceInput.xml和DeviceOutput.xml两个配置文件。前者是采集数据的信息，后者是来自仿真系统的数据信息用于驱动设备。可以直接修改配置文件或者通过图形界面编辑配置参数。
开发人员通过继承数据处理基类进行二次开发实现扩展信号类型，在readSignal、writeSignal方法中定义数据处理逻辑。此设计简化了开发流程，降低了开发难度，开发完成后还可以通过界面切换到调试模式、修改配置文件来测试数据处理模块功能。
本发明提出了一种飞行模拟器通用数据处理框架，可用于USB、PXI、PCI等各类采集办卡采集数据的解析、处理。本发明一种飞行模拟器通用数据处理框架架构层次分明、高校稳定、具有良好的可扩展性。开发人员通过使用本发明一种飞行模拟器通用数据处理框架进行二次开发，可以将精力集中在核心功能上，避免了底层的重复代码开发，大大提高了开发效率。
需要说明的是，对于上述方法实施例而言，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。
而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种飞行模拟器通用数据处理框架，其特征在于，包括：数据采集模块、数据处理模块、配置管理模块、网络通信模块、模式选择模块；其中，所述数据采集模块，用于对应板卡供应商提供的驱动软件进行数据采集及读取/写入；所述数据处理模块，用于提供数据处理基类，开发人员通过继承所述数据处理基类实现各个类型信号数据的处理；所述配置管理模块，用于录入配置信息，并提供对配置信息的增、删、改、查功能，最终配合数据处理模块对采集数据进行解析和打包处理；所述网络通信模块，用于将处理完成的数据发送给模拟器其他仿真系统并接收其他仿真系统的数据；所述模式选择模块，用于通过图形用户界面提供系统的两种工作模式：监视模式和调试模式；
所述数据处理模块中，提供数据处理的基类，继承该基类，并重写其接口函数bindCfgfile、readSignal、writeSignal，所述bindCfgfile用于绑定指定类型信号的配置文件，readSignal根据配置文件解析并处理采集数据，writeSignal根据配置文件解析并处理其他仿真系统数据，通过实现三个函数扩展数据处理模块，并封装成DLL库以通用接口方式供使用；目前数据处理模块已提供对模拟量、数字量、组合开关处理的类；开发人员在此基础上继续扩展，实现422，429，AFDX的解析，最终形成通用数据处理库。
2.根据权利要求1所述的飞行模拟器通用数据处理框架，其特征在于，所述数据采集模块、数据处理模块、配置管理模块、网络通讯模块以及模式选择模块通过集成开发工具分别建立成独立的文件夹。
3.根据权利要求1所述的飞行模拟器通用数据处理框架，其特征在于，所述数据采集模块中，封装有板卡驱动的API函数。
4.根据权利要求1所述的飞行模拟器通用数据处理框架，其特征在于，所述配置管理模块和模式选择模块中，分别构造有图形界面，通过按钮实现参数的配置管理和系统工作模式的切换。
5.根据权利要求1所述的飞行模拟器通用数据处理框架，其特征在于，所述网络通信模块，通过按照实际需要通过UDP或者TCP实现数据通信。
6.一种飞行模拟器通用数据处理框架的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1)：利用集成开发工具分别为数据采集模块、数据处理模块、配置管理模块、网络通讯模块以及模式选择模块建立独立的文件夹；
步骤2)：在数据采集模块中重新封装板卡驱动的API函数，用于满足实际需要；
步骤3)：在配置管理模块和模式选择模块中分别构造图形界面，通过按钮实现参数的配置管理和系统工作模式的切换；
步骤4)：在数据处理模块中提供数据处理的基类，继承该基类，并重写其接口函数bindCfgfile、readSignal、writeSignal，所述bindCfgfile用于绑定指定类型信号的配置文件，readSignal根据配置文件解析并处理采集数据，writeSignal根据配置文件解析并处理其他仿真系统数据，通过实现三个函数扩展数据处理模块，并封装成DLL库以通用接口方式供使用；目前数据处理模块已提供对模拟量、数字量、组合开关处理的类；开发人员在此基础上继续扩展，实现422，429，AFDX的解析，最终形成通用数据处理库；
步骤5)：在网络通信模块通过按照实际需要通过UDP或者TCP实现数据通信。
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