飞行器中的人机接口体系结构的制作方法

1.本发明的技术领域是飞行器中的人机接口。更具体而言，本发明涉及一种用于将航空应用程序链接到旨在用于飞行器驾驶员的控制和显示仪表的体系结构。


背景技术：

2.在飞行器中，驾驶舱包括一定数量的控制和显示仪表。其中包括使得能够显示来自航空应用程序(特别是由飞行器航空电子设备的服务器实现的飞行辅助应用程序)的数据的显示器。控制台还使得能够输入命令(例如专用键)或字符串(例如键盘)，特别是为了参数化这些应用程序或更改屏幕或显示器上显示的上下文。例如，可以参考玻璃驾驶舱，通常使用缩写cds(驾驶舱显示系统)表示，也可以参考多功能控制和显示单元(使用缩写mcdu表示)，或者也可以参考cpdlc(管制员
‑
飞行员数据链通信)，诸如dlcdu(数据链控制和显示单元)。
3.目前，航空应用程序专用于与所述航空应用程序交互的控制和显示仪表。控制和显示仪表以及航空应用程序通常因飞行器系列和/或飞行器制造商而异。这种方法涉及许多开发，即使执行的功能基本相同。此外，增加新的航空应用程序功能和/或新的控制和显示仪表在开发、集成和验证方面是复杂且昂贵的操作。
4.因此，需要提供一种将航空应用程序与控制和显示仪表相链接的体系结构，其提供更大的灵活性、可移植性和可重用性以及扩展和可伸缩性机会。


技术实现要素：

5.为此，提出了一种人机接口系统，其被适配成经由人机接口系统来启用航空应用程序与飞行器控制和显示仪表之间的交互，并且包括：接口服务器，航空应用程序与控制和显示管理器在其中相连接，每一控制和显示管理器与控制和显示仪表相关联并且执行相关联的控制和显示仪表的抽象，接口服务器使用共用核心协议与每一航空应用程序和每一控制和显示管理器通信；应用程序扩展库，该应用程序扩展库由接口服务器调用(call up)以获得专用于每一航空应用程序的共用核心协议的实现以及显示窗定义，该显示窗定义专用于每一航空应用程序且具有与任何显示技术无关的部分和因显示技术而异的另一部分；以及至少一个控制和显示实用程序扩展库，其由接口服务器调用以获得专用于控制和显示管理器的共用核心协议的实现。作为结果，由于这种体系结构，提供了更大的灵活性、可移植性和可重用性，以及扩展和可伸缩性机会。事实上，当需要支持新的航空应用程序时，由于接口服务器和共用核心协议，保证了与任何现有控制和显示仪表的交互。然后所需要的就是提供应用程序扩展库，其被适配到由这个新的航空应用程序生成的数据/信息。同样，当需要支持新的控制和显示仪表时，由于接口服务器和共用核心协议，也保证了与任何现有航空应用程序的交互。然后所需要的就是关联控制和显示管理器，其执行被适配到新的控制和显示仪表的抽象。如果需要，如果这个新的控制和显示仪表的功能不能被建模在已经存在的那些库上，则还可以添加控制和显示实用程序扩展库。
6.根据特定实施例，接口服务器包括资源管理器，资源使得能够在因由航空应用程序处置和供应的数据而异的域和因显示器而异的域之间进行转移，所述资源使用专用于该航空应用程序的显示窗定义来实现这一点。
7.根据特定实施例，接口服务器包括专用于与航空应用程序进行交换的第一队列的召回和专用于与控制和显示管理器进行交换的第二队列的召回的管理器，召回管理器被配置成通过调用应用程序扩展库和所述至少一个控制和显示实用程序扩展库来处理在第一和第二队列中接收和存储的请求和事件，以更新所述资源来作为结果，召回管理器被配置成当所述资源被更新时将显示更新事件插入第二队列中，并且召回管理器被配置成当所述资源在事件处理之后被更新时将事件插入第一队列中。
8.还提出了包括电子电路系统的航空电子设备，该电子电路系统包括电子电路系统形式的这种人机接口。还提出了一种包含这种航空电子设备的飞行器。
9.还提出了一种人机接口方法，该方法被适配成启用航空应用程序与飞行器控制和显示仪表之间的交互，所述方法由人机接口系统执行，该人机接口系统包括：接口服务器，航空应用程序与控制和显示管理器在其中相连接，每一控制和显示管理器与控制和显示仪表相关联并且执行相关联的控制和显示仪表的抽象；应用程序扩展库；以及至少一个控制和显示实用程序扩展库。该方法包括由接口服务器执行的以下步骤：使用共用核心协议与每一航空应用程序和每一控制和显示管理器进行通信；
10.调用应用程序扩展库以获得专用于每一航空应用程序的共用核心协议的实现以及显示窗定义，该显示窗定义专用于每一航空应用程序且具有与任何显示技术无关的部分和因显示技术而异的另一部分；以及
11.调用所述至少一个控制和显示实用程序扩展库，以获得专用于控制和显示管理器的共用核心协议的实现。还提出了一种计算机程序产品，其包括当指令由处理器执行时实现这种方法的指令。还提出了一种存储这种计算机程序产品的信息存储介质。
附图说明
12.通过阅读下面对示例性实施例的描述，上面提到的本发明的特征以及其他特征将变得更清楚，所述描述是相关于附图来提供的，附图中：
13.图1在平面图中示意性地解说了可以在其中实现本发明的飞行器；
14.图2示意性地解说了飞行器中的人机接口系统的逻辑布置；
15.图3示意性地解说了人机接口系统的示例性硬件布置；
16.图4示意性地解说了人机接口系统的功能布置；
17.图5示意性地解说了人机接口系统的电子电路系统的硬件布置；
18.图6示意性地解说了在人机接口系统中发生的交换的第一示例；以及
19.图7示意性地解说了在人机接口系统中发生的交换的第二示例。
具体实施方式
20.图1在平面图中示意性地解说了飞行器100。飞行器100包括设计成容纳至少一名飞行员来操作飞行器100的驾驶舱。在驾驶舱内，一个或多个飞行员具有诸如驾驶舱显示系统cds、多功能控制和显示单元mcdu、管制员
‑
飞行员数据链通信单元cpdlc或电子飞行包型
便携式装备efb等控制和显示仪表。此外，飞行器100配备有实现航空应用程序的航空电子服务器101，为一个或多个飞行员操作飞行器100提供帮助。例如，这些航空应用程序与飞行管理或管制员
‑
飞行员通信有关。
21.为了保证航空应用程序与控制和显示仪表之间的交互，飞行器100包括人机接口系统，其逻辑布置在图2中示意性地示出。
22.人机接口系统包括接口服务器hmi_s 200，其被配置成使航空应用程序能够与飞行器100的控制和显示仪表进行交互。三个航空应用程序app1 201a、app2 201b、app3 201c在图2中作为说明来表示。每一控制和显示仪表集成地或外部连接地(参见下面的图3)配有控制和显示管理器cdm。两个控制和显示管理器cdm1 202a、cdm2 202b在图2中通过解说来表示。每一航空应用程序和每一控制和显示管理器cdm都连接到接口服务器hmi_s 200，并且是接口服务器hmi_s 200的抽象功能的客户端。为了实现这一点，每一航空应用程序和每一控制和显示管理器cdm使用共用核心协议与接口服务器hmi_s 200通信；以这种方式，在航空应用程序app1 201a、app2 201b、app3 201c和接口服务器hmi_s 200之间以及在接口服务器hmi_s 200和控制和显示管理器cdm1 202a、cdm2 202b之间交换相同格式的消息。通常，这些消息是请求(可能后伴有响应)和事件(也可能后伴有响应)(例如，出错代码传输，在适当的情况下)。
23.根据一个实施例，来自核心协议的每一消息遵循共用格式，其包括客户端标识字段clientid(其标识相关的客户端)、长度字段l(其指示消息的长度)、操作码字段opcode和有效载荷数据字段pld(其取决于操作码字段opcode的值)。可以在该共用格式中预定义其他字段。
24.航空应用程序app1 201a、app2 201b、app3 201c产生数据，诸如举例而言飞行数据(例如，高度)，或更一般的信息，诸如举例而言警报，以显示在控制和显示仪表中的一者或多者上。航空应用程序不负责将该信息实际提供给飞行器100的一个或多个飞行员的方式。
25.此外，人机接口系统包括应用程序扩展库，每一应用程序扩展库都与航空应用程序相关联。在这一方面，图2通过解说描绘了三个应用程序扩展库aext1 203a、aext2 203b、aext3 203c。应用程序扩展库aext1 203a、aext2203b、aext3 203c定义了接口服务器hmi_s 200与相应航空应用程序app1201a、app2 201b、app3 201c之间交换协议的细节，尤其是可以使用的不同操作码opcode、适用于每一操作码opcode的每一数据结构(在其中包括请求(数据供应或信息更新、警报信号的生成、
……
)和事件(用户信息输入、
……
)的定义)。此外，应用程序扩展库aext1 203a、aext2 203b、aext3 203c提供了接口服务器hmi_s 200与相应航空应用程序app1 201a、app2 201b、app3 201c之间的交换协议的实现，换言之，接口服务器hmi_s 200在处理请求、生成事件和对请求的任何响应、
……
时与相应的航空应用程序app1 201a、app2 201b、app3 201c交换时的行为。此外，应用程序扩展库aext1 203a、aext2 203b、aext3 203c将其各自的航空应用程序app1 201a、app2 201b、app3 201c产生的数据和信息的显示上下文化。
26.控制和显示管理器cdm1 202a、cdm2 202b是控制和显示仪表的抽象模块，并且因此被用于在与接口服务器hmi_s 200交换的消息和与控制和显示仪表的实际交互指令或信号之间进行转换。由此，控制和显示管理器cdm1 202a、cdm2 202b使得能够基于核心协议的
格式与任何类型的控制和显示仪表进行交互。
27.人机接口系统还包括至少一个控制和显示实用程序扩展库cdext 204。人机接口系统优选地包括独特的控制和显示实用程序扩展库cdext 204，因为与不同的控制和显示仪表的交互是相似的(按下按钮、请求显示更新、
……
)。控制和显示实用程序扩展库cdext 204定义了接口服务器hmi_s 200与控制和显示管理器cdm1 202a、cdm2 202b之间的交换协议的细节，尤其是可以使用的不同操作码opcode、适用于每一操作码opcode的每一数据结构(其中包括请求(显示请求、更新请求或显示刷新请求、
……
)和事件(字符输入、按下按钮或图标、表盘调整、
……
)的定义)。控制和显示实用程序扩展库cdext204进一步提供接口服务器hmi_s 200与控制和显示管理器cdm1 202a、cdm2202b之间的交换协议的实现，换言之，接口服务器hmi_s 200在生成请求、处理事件、
……
时与控制和显示管理器cdm1 202a、cdm2 202b交换时的行为。
28.这种人机接口系统的体系结构使得涉及数据/信息本身的域的功能与涉及显示域的功能之间能够存在隔离。下面相关于图4提供这一方面的细节。
29.图3示意性地示出了聚焦于航空应用程序app1 201a、app2 201b、app3201c以及控制和显示管理器cdm1 202a、cdm2 202b的可能位置的人机接口系统的示例性硬件布置。
30.接口服务器hmi_s 200由电子电路系统310实现。例如，如图3所示，电子电路系统310是飞行器100的航空电子设备300的电子电路系统，其也实现航空应用程序app1 201a、app2 201b。电子电路系统310例如是服务器设备或服务器设备的集合。控制和显示管理器cdm1 202a也由航空电子设备300的电子电路系统实现。控制和显示管理器cdm1 202a经由一组输入/输出连接到控制和显示仪表hmi1 330，诸如多功能控制和显示单元mcdu。控制和显示管理器cdm2 202b和航空应用程序app3 201c嵌入在电子飞行包efb 320中。
31.例如，在图3的布置中，航空应用程序app1 201a生成由控制和显示仪表hmi1 330经由控制和显示管理器cdm1 202a显示的数据/信息，航空应用程序app2 201b生成由电子飞行包efb 320经由控制和显示管理器cdm2 202b显示的数据/信息。航空应用程序app3 201c生成由电子飞行包efb 320经由控制和显示管理器cdm2 202b显示的数据/信息。航空应用程序app3 201c生成的数据/信息也可以由控制和显示仪表hmi1 330经由控制和显示管理器cdm1 202a来显示。
32.应用程序扩展库aext1 203a、aext2 203b、aext3 203c以及所述至少一个控制和显示实用程序扩展库cdext 204也由航空电子设备300的电子电路系统实现，例如由电子电路系统310实现。
33.因此，图3示出了所提出的体系结构在实现方面提供了极大的灵活性。
34.图4示意性地解说了人机接口系统的功能布置。更具体而言，图4解说了接口服务器hmi_s 200的在航空应用程序app1 201a与控制和显示管理器cdm1 202a之间的链接的上下文中的布置。
35.接口服务器hmi_s 200包括专用于与航空应用程序app1 201a、app2201b、app3 201c交换的第一队列appq 440。第一队列appq 440被配置成临时存储使用共用核心协议格式化并与航空应用程序app1 201a、app2 201b、app3 201c交换的消息。第一队列appq 440优选地包括用于每一航空应用程序的传输队列和接收队列。
36.接口服务器hmi_s 200包括专用于与控制和显示管理器cdm1 202a、cdm2 202b的
交换的第二队列cdmq 450。第二队列cdmq 450被配置成临时存储根据共用核心协议格式化并与控制和显示管理器cdm1 202a、cdm2 202b交换的消息。第二队列cdmq 450优选地包括用于每一控制和显示管理器cdm的传输队列和接收队列。
37.接口服务器hmi_s 200包括负责执行接口服务器hmi_s 200的主进程的回调管理器cb_mgr 430。
38.主进程负责处理在第一队列appq 440中接收的消息，并因此调用应用程序扩展库aext1 203a、aext2 203b、aext3 203c。如已提及的，应用程序扩展库aext1 203a、aext2 203b、aext3 203c提供了接口服务器hmi_s 200和相应的航空应用程序app1 201a、app2 201b、app3 201c之间的交换协议的定义和实现(在图4中标记为prot)。应用程序扩展库aext1 203a、aext2203b、aext3 203c还提供由各个航空应用程序app1 201a、app2 201b、app3201c潜在提供的数据/信息结构的定义(在图4中标记为dref)。
39.主进程还负责处理在第二队列cdmq 450中接收的消息，并因此调用所述至少一个控制和显示实用程序扩展库cdext 204。如已提及的，所述至少一个控制和显示实用程序扩展库cdext 204提供接口服务器hmi_s 200与控制和显示管理器cdm1 202a、cdm2 202b之间的交换协议的定义和实现(在图4中标记为prot)。
40.由于由应用程序扩展库aext1 203a、aext2 203b、aext3 203c提供的显示窗定义(图4中标记为wdw)，主进程还负责用控制和显示管理器cdm1202a、cdm2 202b来保证显示更新。显示窗wdw的定义具有与任何显示技术无关的部分和因显示而异的部分。这使得能够通过添加新的控制和显示仪表来为潜在的演变提供灵活性，因为只有因显示而异的部分必须被适配，其余部分能够被先前设计重用。对于因显示而异的部分，显示窗的定义优选地按上下文、页面、实体和原子元素(例如，小部件)来分类。原子元素是可以显示的最小元素。一个或多个实体显示在同一页面上，并且它们各自包含一个或多个原子元素。上下文由与同一显示主题相关联的一个或多个页面组成，例如通过等效于标准arinc 661的用户应用程序页面层(uapl)，有时也称为表示用户应用程序层的简化首字母缩写ual。
41.主要过程还负责确保存储在第一队列appq 440中的消息(例如，事件、应答)的传输以引起航空应用程序app1 201a、app2 201b、app3 201c的注意，和存储在第二队列cdmq 450中的消息的传输(例如，用于显示更新)以引起控制和显示管理器cdm1 202a、cdm2 202b的注意。
42.下面相关于图6和图7呈现由主进程执行的一些执行示例。
43.以此方式，所提出的体系结构在因数据/信息而异的域470(诸如，由航空应用程序app1 201a、app2 201b、app3 201c处置和供应的域470)和因显示而异的域460之间进行转移。为了管理该转移，接口服务器hmi_s 200实现由资源管理器res_mgr 410管理的资源，其使用显示窗wdw的定义以创建因(诸如由航空应用程序app1 201a、app2 201b、app3 201c处置和供应的)数据/信息而异的域470和因显示而异的域460之间的链接。例如，在图4中，资源res1 420在航空应用程序app1 210a的数据的域470与控制和显示管理器cdm1 202a的数据的域460之间进行转移。每一资源定义所涉及的数据的类型(字符串、整型、日期、
……
)，并且还定义是否可以从域460(例如，用户输入)或者从域470(所涉及的航空应用程序推送的数据)实现资源的更新。当航空应用程序app1 201a推送数据更新时，作为结果，通过经由域470写入来更新资源res1 420，并且通过读取该资源res1 420来经由域460更新控制和显
示管理器cdm1 202a对该数据的显示。例如，当经由由控制和显示仪表cdm1 202a管理的控制和显示仪表执行字符输入时，经由资源res1 420从域460到域470的转移也是可能的。
44.图5示意性地示出了人机接口系统的电子电路系统的硬件布置，诸如举例而言电子电路系统310。
45.因此，所讨论的电子电路系统包括：处理器或cpu(中央处理单元)501；ram(随机存取存储器)502；rom(只读存储器)或eeprom(电可擦除可编程rom)503；存储单元504，诸如hdd(硬盘驱动器)，或存储卡读取器，诸如sd(安全数字)存储卡；输入/输出管理器或通信接口管理器com 505，它们由通信总线510相链接。
46.处理器501能够执行从只读存储器303、从外部存储器、从存储卡(诸如sd卡)或从通信网络加载到随机存取存储器502的指令。当向电子电路系统施加电压时，处理器501能够从随机存取存储器502读取指令并执行它们。这些指令形成计算机程序，使得处理器501实现在此描述的与电子电路系统有关的全部或部分模块、步骤和操作。
47.因此，通过由可编程机器(例如dsp(数字信号处理器)或处理器)执行指令集，可以以软件形式实现本文中相关于电子电路系统描述的所有或部分模块、步骤和操作，或者它们可以通过机器或专用芯片(例如fpga(现场可编程门阵列)或asic(专用集成电路)芯片)以硬件形式实现。
48.应注意，航空应用程序app、接口服务器hmi_s以及控制和显示管理器cdm可以部署在分开的机器上，或在同一机器上，而无需对图2中所示的体系结构进行结构修改。
49.图6示意性地解说了在人机接口系统中发生的交换的第一示例。
50.在步骤601中，回调管理器cb_mgr 430检查来自航空应用程序app1201a、app2 201b、app3 201c的消息是否被存储而在第一队列appq 440中等待。如果情况如此，则在步骤602中，回调管理器cb_mgr 430具有对第一队列appq 440的只读访问(图6中的rd)。可以按照在第一队列appq 440中等待的消息的处理次序来使优先级管理就位。为了说明，考虑回调管理器cb_mgr 430获得由航空应用程序app1 201a提交的请求，并且航空应用程序app1 201已经为其供应了要显示的数据的更新。
51.在步骤603中，回调管理器cb_mgr 430处理在步骤602中获得的请求。回调管理器cb_mgr 430通过在步骤604中访问与航空应用程序app1 201a相关联的应用程序扩展库aext1 203a来启动与包含在请求中的操作码opcode相对应的处理的执行(图6中的exec)。在步骤605中，执行由应用程序扩展库aext1 203a的协议实现所定义的处理。在该处理期间，在步骤606中，根据由航空应用程序app1 201a提交的请求，将资源res1的更新指令(图6中的st)传送到资源管理器res_mgr 410，其在步骤607中执行更新。
52.在步骤608中，回调管理器cb_mgr 430检查是否必须执行显示更新。在资源res1已经在航空应用程序app1 201a提交的请求之后被更新的情况下，回调管理器cb_mgr 430在步骤609中借助资源管理器res_mgr 410获得(图6中的gt)相应数据的新值，使用应用程序扩展库aext1 203a定义的显示窗定义。
53.在步骤610中，回调管理器cb_mgr 430生成用于控制和显示管理器cdm1 202a的事件，以将显示更新纳入考虑。然后，在步骤611中，回调管理器cb_mgr 430具有对第二队列cdmq 450的写访问权(图6中的wr)，以便将相应的事件存储在那里。然后，一旦已经存储在第二队列cdmq 450中的任何消息本身已经被传送，回调管理器cb_mgr 430就将事件传送到
控制和显示管理器cdm1 202a。然而，可以按照在第二队列cdmq 450中等待的消息的传输次序来使优先级管理就位。
54.图7示意性地解说了在人机接口系统中发生的交换的第二示例。
55.在步骤701中，回调管理器cb_mgr 430检查来自控制和显示管理器cdm1 202a、cdm2 202b的消息是否被存储而在第二队列cdmq 450中等待。如果情况如此，则在步骤702中，回调管理器cb_mgr 430得到对第二队列cdmq 450的只读访问(图7中的rd)。可以按照在第二队列cdmq 450中等待的消息的处理次序来使优先级管理就位。作为说明，考虑回调管理器cb_mgr 430获得由控制和显示管理器cdm1 202a提交的事件，控制和显示管理器cdm1 202a为该事件供应要纳入考虑的用户输入。
56.在步骤703中，回调管理器cb_mgr 430处理在步骤702中获得的事件。回调管理器cb_mgr 430通过在步骤704访问所述至少一个控制和显示实用程序扩展库cdext 204来启动与请求中包含的操作码opcode相对应的处理的执行(图7中的exec)。在步骤705中，执行由所述至少一个控制和显示实用程序扩展库cdext 204的协议实现所定义的处理。在该处理期间，在步骤706中，调用附加到应用程序扩展库aext1 203a的显示窗定义(wdw)的事件的处理程序(图7中的hdl)。在步骤707中执行该事件处理程序，在此过程中，在步骤708中，将根据由控制和显示管理器cdm1 202a提交的事件的资源res1的更新指令(图7中的st)传送到在步骤709中执行更新的资源管理器res_mgr 410。
57.来自域460的资源res1的更新必须被通知给航空应用程序app1 201a。为了实现这一点，在步骤710中，资源管理器res_mgr 410调用附加到应用程序扩展库aext1 203a的协议植入的事件处理程序(图7中的hdl)。在步骤711中，该事件处理程序生成旨在用于航空应用程序app1 201a的事件，以将由控制和显示管理器cdm1 202a提交的字符输入纳入考虑。然后，在步骤712中，该事件处理程序获得对第一队列appq 440的写访问权(图7中的wr)，以将相应的事件存储在那里。
58.在步骤713中，回调管理器cb_mgr 430检查是否必须执行显示更新。在资源res1在控制和显示管理器cdm1 202a提交的事件之后已被更新的情况下，回调管理器cb_mgr 430在步骤714中获得(图7中的gt)与字符输入相关的显示更新。借助资源管理器res_mgr 410获得显示更新，使用由应用程序扩展库aext1 203a定义的显示窗定义。
59.在步骤715中，回调管理器cb_mgr 430生成用于控制和显示管理器cdm1 202a的事件，以将显示更新纳入考虑。然后，在步骤716中，回调管理器cb_mgr 430获得对第二队列cdmq 450的写访问权(图7中的wr)，以便将相应的事件存储在那里。然后，一旦已经存储在第二队列cdmq 450中的任何消息本身已经被传送，回调管理器cb_mgr 430就将事件传送到控制和显示管理器cdm1 202a。同样地在此，然而，可以按照在第二队列cdmq 450中等待的消息的传输次序来使优先级管理就位。
60.因此，由于上述体系结构和操作，当需要支持新的航空应用程序时，由于接口服务器hmi_s 200和共用核心协议，保证了与任何现有控制和显示仪表的交互。然后所需要的就是提供应用程序扩展库，其被适配到由这个新的航空应用程序产生的数据/信息。同样，当需要支持新的控制和显示仪表时，由于接口服务器hmi_s 200和共用核心协议，也保证了与任何现有航空应用程序的交互。随后，将控制和显示管理器cdm(其执行被适配到新显示和控制仪表的抽象)进行关联是足够的。所提出的体系结构由此提供了灵活性、可移植性和可
重用性，以及易于扩展和可伸缩性机会。