基于ARINC661的DF文件设计平台研究与实现

摘 要：随着电子技术的发展，航空机载设备越来越多,也越来越复杂，座舱显示仪表日趋电子化和综合化。为此，ARINC公司制订的ARINC661规范，对座舱显示系统(CDS)和用户应用系统(UA)之间的通信接口进行了定义。通过对ARINC661规范的分析，研究了窗体部件的概念，重点对CDS与UA之间图形用户的接口定义文件(DF)展开了研究，研制开发了一套基于ARINC661规范的DF文件生成软件，为国内飞机座舱显示系统的开发提供了便利。

关键词：ARINC661； DF文件； XML； 图形用户接口

中图分类号：

TN873-34; V241

文献标识码：A

文章编号：1004-373X(2012)05

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Research and implementation of definition file designer based on ARINC Specification 661

YUAN Lei1, SUN Yong-rong1, ZHOU Xiao-da2, XU Gang2, CAO Meng1

(1.College of Automation Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China;

2.Shengyang Aircraft Design &Research Institute, AVIC, Shenyang 110035, China)

Abstract：

With the rapid development of electronic technique, more and more avionics are developed. To standardize the interface between CDS (Cockpit Display System) and UA (User Application), the ARINC Company drew up ARINC 661 specification. The concept of widget is studied by analyzing the principle of the ARINC 661 specification. The definition file that is the definition of graphical interface between CDS and UA is researched. On this basis, a DF designer software system based on the specification was developed for providing great convenience to the research of cockpit display system in our country.

Keywords： ARINC661； definition file； XML； graphical interface

收稿日期：2011-10-21

0 引 言

飞机座舱是飞行员在空中活动的工作场所,飞行员靠座舱中各种显示器获得飞机信息，进而做出决策进行飞机的操纵和控制。因此，座舱的显示与控制系统在飞机的人机界面中占有非常重要的地位。

随着电子技术的飞速发展，航空电子的综合化程度和人机交互的要求都越来越高。但是由于缺乏行业规范，不同厂家生产的航空电子器件接口各不相同，给飞机座舱显示系统(Cockpit Display System，CDS)的开发带来了不便。为此，ARINC公司针对座舱显示系统到用户系统(User Application，UA)的接口制订了ARINC661规范 ［1］，经过近几年的修订与增补，该规范已相继为波音、空客等公司采用，逐步发展成为行业标准［2］。

ARINC661独特之处在于将画图代码和管理可见元素的逻辑、位置及状态等代码分离，并为此定义了二者之间的接口(窗体部件Widget)库和二者之间的通信协议。在具体实现方式上，利用定义文件(Definition File,DF)描述CDS的界面显示和维护CDS与UA之间的通信等。对于DF的生成，目前市场上支持的软件有VAPS XT 661和SCADE等［5］，但是由于与自主CDS内核不完全兼容等问题，有针对性地开发ARINC661 DF设计软件显得尤为需要。

本文首先对基于ARINC661规范的CDS系统进行分析，研究DF文件的结构，在此基础上建立一个基于该规范的DF文件生成软件系统，为飞机座舱显示系统的开发提供一个软件平台。

1 基于ARINC661的DF文件结构分析

ARINC661规范为CDS的设计引入了一个基本的GUI集合：窗体部件库(Widget Library)并为每种Widget给出了详细的定义。使用该窗体部件库，CDS的主体设计过程可简单地描述为Widget结构及属性的设置。而UA(航空电子设备仿真程序)与CDS主要的信息交互过程也可简单地描述为Widget属性值的传输。这实质上为CDS的设计引入了一个开放的模式，即随着窗体部件配置的不同，CDS可以呈现出不一样的功能。ARINC661标准通过一个DF定义文件，定义并确定CDS上所有的显示信息。

DF文档的引入，使得CDS的图形显示设计与功能逻辑设计彻底分离，其中CDS负责图形的显示，UA负责功能逻辑的设计，其功能划分示意图如图1所示。

DF是CDS可加载的标准格式文件，它指定了UA接口页面中所有窗体部件的属性参数与层次结构。包括在CDS中加载和解释DF文件，其主要是创建(实例化并对所有参数进行初始设置)窗体部件的过程。采用这种CDS预先加载DF文件，将确定的窗体部件存储在CDS存储器中，可降低内存的占用率，减小运行阶段对系统总线带宽的需求。

DF文件的内容可划分为三个模块，分别为“符号图形定义块”、“图像定义块” 和“窗体定义块”，即Symbol块、Picture块和Layer块。Symbol块的定义位于DF刚开始的位置，在UA图层定义之前，DF中的任意的UA图层都能引用该DF中定义的符号；Picture块主要是引入一个外部PNG图像，将其定义保存到Picture库中，它们可以被各种各样的窗体部件引用；Layer块是DF文件作为图形接口软件的主体部分，主要用来描述窗体的布局内容，每个块包括一个图层的完整定义，Layer块描述了图层中的UA窗体部件以及这些窗体部件属性参数和层次结构。DF的结构设计如图2所示。

从图2可以看出，在DF中，Picture及Symbol的定义放在文件头描述之后，Widget定义之前，且文档的主体部分还是Widget定义。由于DF文档描述了CDS大量的信息，其结构化设计可以提高信息存取的效率。

DF最终以二进制的形式应用于实际CDS，但是在CDS的设计过程中，尤其是在模拟开发阶段，为了减轻设计人员的负担，DF的描述语言应具备很好的可读性。ARINC661规范中推荐XML作为DF的设计语言。

2 DF文件设计软件开发与实现

2.1 软件整体结构

本文基于ARINC661规范开发的DF文件设计软件，软件操作者在本软件界面上根据需求调用Widget库设计界面，配置相应属性，并根据设计的具体需求选用通用Symbols或自定义Symbol，设计完成后可生成XML-DF文件。如果需修改已存在的XML-DF，可利用XML解释器导入该DF文件，从而再次进入DF的设计过程。XML-DF设计完成后，可利用XML转二进制DF模块，从而生成二进制DF文件，从而可直接应用于工程实际。利用本文中开发完成的软件设计DF的流程图，如图3所示。

2.2 主要功能模块

DF设计软件主要实现窗体部件树形结构的设计、符号图形设计、外部PNG图像定义、XML格式DF文件生成与解释、XML格式DF文件到二进制DF文件的转换等五个方面的功能。

(1) 窗体部件树形结构设计模块：包括窗体部件树形结构图的创建、与树形结构图对应的窗体部件外观预览、以及窗体部件节点的新建、复制、剪切、粘贴、删除、属性修改等操作，方便用户直观地分析DF文件的整体布局。

(2) Symbol设计模块：包括新的Symbol图形的创建、加载并修改库中已有的Symbol图形、保存Symbol图形至Symbol库以供Layer块引用。

(3) Picture定义模块：检测并加载路径PNG图像，读取PNG图像像素点信息，保存PNG图像至Picture库以供相关窗体部件引用。

(4) XML格式DF文件生成与解释模块：包括由窗体部件树形结构生成符合ARINC661规范的XML格式DF文件，加载XML格式DF文件，以实现对DF文件的复用。

(5) XML格式DF文件到二进制DF文件转换模块：将设计好的XML定义文件转化成二进制DF定义文件，这是整个软件系统的最终目标。

3 DF文件设计软件关键技术研究

3.1 XML格式DF文件生成技术研究

XML格式DF文件需符合文档类型定义(DTD)规范，为此，本文中引用一个外部的DTD文件，用以规范DF文件的结构，如图4所示。其中，根元素节点“a661_df”中包括以下内容：

(1) Model元素是用来指定其父元素特性，是a661_df,a661_layer以及a661_widget等元素必须包含的子元素。

(2) SymbolTable元素用于定义一个存储在DF中的符号图形定义的列表，其中可包含多个Symboldefn元素，每个Symboldefn元素定义一个符号的图形化显示实体。

(3) PictureTable元素是一个可选的子元素，用于定义一个存储在DF中的图片列表，可包含多个Picturedefn元素。在Picturedefn元素指定所定义图片的像素格式、文件路径以及文件名等信息。

(4) Layer元素用以定义一个图层，由一个Model子元素指定其特性，另外可包含一个或多个Widget子元素。由于容器型Widget元素的可嵌套性，Layer元素可以看作Widget窗体部件树的根节点。

利用.NET Framework中提供的类，可以生成XML格式DF文件，具体可有两种实现方法：XmlWriter类的方法；XmlDocument类的方法。其中，第一种方法主要用于创建全新的XML文档，而第二种方法则可用于对已有文档进行编辑、更新和删除操作。

3.2 XML格式DF文件到二进制DF文件转换

3.2.1 DF文件的错误检测

由于BIN格式DF文件的不易读性，定义文件错误检测的主要工作应在XML定义文件中完成，目前主要考虑了三个方面可能出现的错误：

(1) 语法错误：如属性值格式不符合要求因而无法被转化、属性值超出其数据格式范围等问题的检查，并对该异常情况进行报错处理。

(2) 树形结构逻辑错误：如同一个DF文件中出现重复的图层ID或窗体部件ID、出现Widget库中未定义的窗体部件类名或属性名称、父子关系在规范中为非法的等问题，出现这种问题，可跳过该图层或窗体部件的加载，并报错。

(3) 加载Symbol定义文件、Picture定义文件中的错误：如将要加载的Symbol的SymbolReference(PictureReference)与库中已有的SymbolName(PictureID)重复，此时可通过修改SymbolReference(PictureReference)继续加载并报错以提示用户。如出现Picture定义文件中ImageFile属性所指定的路径中不存在相关PNG文件，则只能跳过该元素继续加载，并报错。

3.2.2 XML到BIN二进制文件的转换

XML-DF文件到BIN-DF文件的转换主要涉及XML-DF文件的读取和BIN-DF文件的生成。BIN-DF文件的生成比较简单，按照规范中定义的格式要求，利用二进制文件的输入输出流即可实现。下面介绍XML格式DF文件中Picture、Layer块的读取方法。

Picture定义块在XML-DF和BIN-DF中定义不同：XML-DF中只需要给出外部PNG图片的文件路径名称等信息，而BIN-DF中则必须包含PNG文件的全部像素点信息。故而Picture定义块的转换有很大的工作量在于对PNG文件的像素点读取，这个可以通过Graphics类实现。

Layer块的读取则可采用递归的方法，其算法流程图如图5所示。

4 DF文件设计软件测试

本文中研究开发的DF文件设计软件主界面如图6所示。界面左侧为DF文件树形结构图，中间为XML-DF文件示例，右侧为所选中节点的属性列表。用户可通过工具栏中的按钮添加或删除图层以及窗体部件，可通过右侧属性列表框修改窗体部件属性。

所生成的二进制DF文件如图7所示。

5 结 语

本文主要介绍了通用DF设计平台的设计，通过该软件平台，可生成符合ARINC661规范的XML-DF文档，并转换成二进制的DF文件。该软件实现了一个含有36种窗体部件库，并提供专用的Widget设计界面，设计人员可以方便、高效地设计相关Widget的结构和属性。通过一个自定义Symbol专用设计界面，设计人员可以通过各类Symbol定义命令的组合配置快速地设计出所需Symbol的定义。

实践表明，本文研究开发的DF设计平台，可以使得设计人员准确、方便且高效地设计出规范化的基于XML语言的DF文件，并进一步转成二进制的DF文件，从而为飞机座舱显示系统的开发提供了很大的便利。

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作者简介：

袁 磊 女,1989年出生，江苏南通人,硕士研究生。主要研究领域为精密仪器及机械、计算机应用等。

(上接第152页)

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作者简介：

王瑞华 男,1974年出生,吉林龙井人,工程师。主要研究方向为空调系统节能优化控制。