航空电子仿真测试平台UI管理子系统

摘要

本发明公开的一种航空电子仿真测试平台UI管理子系统，旨在提供一种具有较强仿真和测试能力的UI管理系统。本发明通过下述技术方案实现：ICD信号解析器将xml格式接口控制文档ICD文件解析后得到的ICD信号组及信号，界面控件自动生成器根据ICD信号组及信号，按照属性对应关系自动生成不同类型的控件及控件组；按照一列或多列方式组织在一个提供了标题的组合框窗口控件中，按照栅格布局方式组织在Qt设计师窗口文件中，输出可视化的UI文件；ICD数据组包与解包器通过ICD单元属性关系映射到相应控件的用户界面UI文件上，自动实现接口控制文件ICD数据的自动组包与解包，实现用户界面UI的数据发送、接收显示和数据存储。

说明书

技术领域

本发明涉及一种主要用于支撑仿真测试平台的仿真测试平台软件设计，应用于航空电子仿真测试平台的UI管理子系统。

背景技术

系统仿真是建立在控制理论、相似理论、信息处理技术和计算技术等理论基础之上的，以计算机和其它专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实或假想的系统进行试验，并借助于专家经验知识、统计数据和信息资料对试验结果进行分析研究，进而做出决策的一门综合性的和试验性的学科。在没有计算机以前，仿真都是利用实物或者它的模型来进行研究的。实物模型仿真形象直观，逼真度高，但代价高，周期长。面向对象仿真技术基于面向对象的仿真在理论上突破了传统仿真方法的概念，它根据组成系统的对象及其相互作用关系来构造仿真模型，模型的对象通常表示实际系统中相应的实体，从而弥补了模型与实际系统之间的差距，由于认识客观世界的自然思维方式极为一致，因而增强了仿真研究的直观性和易理解性。面向对象的仿真具有内在的可扩充性和重复性，为仿真大规模的复杂系统提供了极为方便的手段。面向对象仿真容易实现与计算机图形学、人工智能/专家系统和管理决策科学的结合，从而可以形成新一代的面向对象仿真建模环境，更便于在决策支持和辅助管理中推广和普及仿真决策技术。为了给被测软件提供运行所需的外围环境，仿真的系统提供给被测软件等效于实际外围环境的输入。根据仿真系统结构和实现手段不同可以分为物理仿真、半实物仿真、数学仿真、人在回路仿真和软件在回路仿真。按照实际系统的物理性质构造系统的物理模型，并在物理模型上进行试验研究。一部分以数学模型描述，一部分以实物方式引入仿真回路。针对存在建立数学模型困难的子系统的情况，必须使用此类仿真，如航空航天领域。数学仿真即计算机仿真。首先建立系统的数学模型，并将数学模型转化为仿真计算模型，通过仿真模型的运行达到对系统运行的目的。现代计算机仿真由仿真系统的软件/硬件环境，动画与图形显示、输入/输出等设备组成。根据相似的基本水平来看，系统仿真有结构相似和行为相似两个层面。在系统设计优化开发阶段，系统仿真注重的是结构和行为两方面的相似：在软件测试中，主要注重行为相似。这主要是由研究对象不同引起的差异。前者研究系统本身的性能；后者是为了给被测软件提供运行所需的外围环境。基于ICD的航空电子仿真测试平台系统研究中包括视觉、听觉、动感、力反馈等仿真环境。典型的人在回路仿真是可视化的仿真。软件是实物上的专用软件。这类仿真又称为嵌入式仿真。根据以上仿真分类的概念，本系统仿真属于数学仿真，即由计算机仿真系统的软、硬件环境，动画与图形显示，输入/输出等设备。电子学仿真测试系统是航空电子仿真测试平台研制过程中在进行桌面电性能联试及软件测试时，用于航空电子仿真测试平台管理的大部分功能，包括数据收集、数据派发、指令控制、通信等，以及电子学系统与姿轨控、能源、热控、测控、有效载荷等分系统桌面电性能联试时的接口环境。因此，电子学系统仿真是航空电子学系统研制过程中不可或缺的重要组成部分，按照要求建立可扩展、易配置的电子学系统仿真测试平台是一体化航空电子仿真测试平台形成的关键。具有统一接口的完善的电子学仿真测试平台能够使航空电子综合仿真系统达到有效互联、扩展、配置，提高航空电子系统研制效率和研制质量的目的。航空电子学仿真设备能够解决方案设计时各分系统之间的协调问题，有利于航空电子设计时机载软件的开发、调试并减少测试时间。不但航空电子学系统的研制离不开仿真环节，航空设备其它系统研制在一定程度上也必须首先建立仿真测试平台，所以，为了能缩短这一环节的时间，并提高其它系统仿真测试的效率，希望在建立电子学仿真测试平台的同时能够提供具有良好通用性的实现仿真测试平台的方法，以提高其它系统仿真测试的效率和可靠性，为整个研制开发工作取得事半功倍的效果奠定基础。传统意义上，仿真测试平台软件系统主要采用定制化开发模式，需要绘制界面显示的用户界面(UserInterface，简称UI，亦称使用者界面)。UI是指对软件的人机交互、操作逻辑、界面美观的整体设计，是系统和用户之间进行交互和信息交换的介质。目的在使得用户能够方便有效率地去操作硬件以达成双向之交互，完成所希望借助硬件完成之工作，用户界面定义广泛，包含了人机交互与图形用户界面，凡参与人类与机械的信息交流的领域都存在着用户界面。UI设计是指对软件的人机交互、操作逻辑、组织业务逻辑、配置总线驱动等界面美观的整体设计。好的UI设计不仅是让软件变得有个性有品味，还要让软件的操作变得舒适、简单、自由，充分体现软件的定位和特点。由于UI设计涉及学科交广，作为UI设计的主体，设计公司的专业程度及规模是决定作品质量的重要条件。一个产品如果没有UI或者UI做的不好，没有友好的操作性，无法满足用户的需求。

在飞控系统检查时，由试验平台给各飞控系统部件供电，平台检查各飞控部件的自检信息，在上电自检工作正常的情况下，由激励单元模拟航电、控制增稳和襟翼控制等系统的信号给飞控计算机，并控制加载台给舵机和配平系统加载，再结合仿真激励信号和加载情况在操作各飞控操纵台和手柄上设置飞控工作状态，飞控系统进入相应的工作模式正常工作，试验平台采集飞控系统的工作数据，接口控制文件ICD反映一个综合系统的数据流结构,对于复杂系统,ICD设计通常需要多次的验证、评价和修正,反映了这个过程。经ICD解析后输出到试验平台的软件界面，试验人员可在EFIS/EICAS仿真界面和数据监控界面上观察飞控系统工作是否正常，也可由测试软件判断各测试项测试结论，最后把所有测试数据保存到数据库。ICD数据管理设计ICD指的是航空电子接口控制文件，定义了设备之间输入、输出的数据格式。由于航空电子设备繁多，数据量庞大，ICD通常是十分庞杂的，为查询和使用带来困难。所以，设计使用数据库来对ICD数据进行存储，并构建ICD管理软件对所有的ICD数据进行管理。使用数据库管理各类机载电子设备的ICD定义。该数据库中的ICD定义，应能与平台硬件相映射。即录入相应ICD后，测试平台能够通过访问数据库，调用ICD相关信息，完成数据的组包和解析等功能。ICD文件的制定是航空电子综合化系统设计的一项重要内容。人工绘制界面显示中，由于被测设备(UUT)信号复杂多样，连接接口类型千变万化。一个模拟器中总线控制文件(ICD)数量多达上百条，且单条ICD(接口控制文档)中包含众多数据项，每个数据项对应一个控件，需绘制成千上万的控件，占模拟器开发时间的一半以上；同时绘制控件属于重复性工作，每个人绘制界面的风格不同，由于是定制化人工绘制，在模拟器后期维护、升级造成困难，并消耗大量的人力和财力。

随着航空电子及其装备的机载航空电子设备种类的增多，对航空电子系统的测试要求也越来越高，具有较强的通用性和可扩展性已成为测试系统的主要性能指标。但目前现有的航空电子系统测试设备多为专机专用，即针对不同的机种建立不同的测试平台，从而造成每套测试平台重复设计、加工，并导致设备利用效率低、资源浪费大等问题，已不能满足新时期航电测试的要求。为了提高航空电子系统测试效率，增加通用性，节省科研开支，现有界面自动生成技术，通常采用如下三种实现方式：

基于MFC框架,根据ICD文件生成rc文件，然后在VisualStudio开发平台的资源视图中加载生成的rc文件，软件开发人员在资源视图中以可视化的方式对界面控件进行微调，然后手动完成余下的开发工作。

基于WPF框架，用XAML语言描述ICD对应的控件类型和控件布局，生成XAML文件，然后在VisualStudio开发平台中加载生成的XAML文件，软件开发人员以可视化的方式对界面控件进行微调，然后手动完成余下的开发工作。

基于自定义的界面配置文件，用界面配置文件方式描述ICD对应的控件类型、控件数据项信息和控件布局等，采用特定的界面控件自动生成器对配置文件进行解析，自动生成界面。

在上述三种实现方式中，rc文件和XAML文件都只提供对界面控件的描述，不能描述ICD内部数据项的信息(包括数据类型、数据长度、编码方式等)，仍然需要开发人员手动编码建立ICD内部数据项与界面控件之间的关系，后续工作量较大；界面配置文件包含了ICD内部数据项信息，但界面效果只能在加载界面配置文件后才能看到，无法达到预览的效果，很难实现理想的界面布局效果。以上三种实现方式都只在表面上部分解决了界面控件开发耗时的问题，并没有真正意义上实现界面控件的自动生成。

发明内容

本发明的目的是针对传统仿真测试平台软件定制化开发界面过程中暴露出的人工工作量巨大、后期难以维护升级、缺乏通用性等缺点，提供一种结构简洁，运行轻快，实时性好，可靠性高，具有较强的仿真和测试能力，基于接口控制文档ICD的航空电子仿真测试平台UI管理系统。

本发明的目的可以通过以下措施来达到。一种航空电子仿真测试平台UI管理子系统，包括：ICD信号解析器、界面控件自动生成器、ICD数据组包与解包器，其特征在于：ICD信号解析器将xml格式ICD文件解析后得到的接口控制文档ICD信号组及信号，界面控件自动生成器根据接口控制文件ICD信号组及信号，按照属性对应关系自动生成QT平台下的不同类型的控件及控件组；控件及控件组按照信号组中结构嵌套关系，按照一列或多列方式组织在一个提供了标题的组合框窗口控件QGroupBox中，组合框窗口控件QGroupBox按照栅格布局方式组织在Qt设计师窗口文件中，输出可视化的UI文件；ICD数据组包与解包器通过ICD单元属性关系映射到相应控件的用户界面UI文件上，将用户界面UI数据处理为二进制数据流与UI界面控件参数值交互，由模拟器在运行时，自动根据控件属性进行二进制数据流与UI界面控件参数值的映射和相互转换，自动实现接口控制文件ICD数据的自动组包与解包，把接口控制文件ICD内部数据项的信息和界面控件的信息结合起来，自动建立ICD内部数据项与界面控件之间的数据通道，实现用户界面UI的数据发送、接收显示和数据存储。ICD数据组包与解包器主要在Qt设计师界面类的类文件中以通用代码方式实现。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

结构简洁，运行轻快。本发明采用ICD信号解析器、界面控件自动生成器、ICD数据组包与解包器构成的航空电子仿真测试平台UI管理子系统，界面控件自动生成器根据ICD信号解析器解析XML格式ICD文件得到的ICD信号组及信号，按照属性对应关系自动生成QT平台下的不同类型的控件及控件组，界面控件自动生成器根据仿真测试平台软件，按照ICD定义的数据组织方式发送界面参数、控件及控件组组织在Qt设计师窗口文件中，输出可视化的UI文件，界面参数接口控制文档ICD信号属性，结构简洁，运行轻快。

实时性好，可靠性高。本发明根据接口控制文档ICD(InterfacedControlDocument)，通过通信端口与总线上的数据进行动态交互，基于ICD文件自动生成UI，将xml格式ICD文件作为输入，输出可视化的UI文件，并可对该UI文件中控件位置进行预布局，达到所见即所得的效果，不再需要手动编写界面绘制代码，大大减少或缩减了软件开发时间；并且通过可视化更新方式实现了UI文件的升级维护，可有效支撑仿真测试平台软件系统的开发与维护工作。通过ICD信号、UI映射和UI数据处理三个基本元素构成一种航空电子仿真测试平台的UI管理子系统，通过将界面控件生成、ICD数据解包与组包、ICD数据解析等过程自动化，大大减少了航空电子仿真测试软件开发过程中重复性的脑力劳动，保证了软件质量，缩短了开发周期，保证系统运行的可靠性与一致性，大大节省系统开发时间；增加了航空电子仿真测试软件在各个型号项目中的复用性。测试表明，实时性好，可靠性高，并且针对不同系统具有很好的扩展性。

具有较强的仿真和测试能力。本发明采用ICD数据组包与解包器，通过ICD单元属性关系映射到UI上为相应的控件，将UI数据处理为二进制数据流与UI界面控件参数值间的转换，实现二进制数据流与UI界面控件参数值的交互，自动对ICD数据组包与解包，完成界面参数与数据之间的相互映射转换和成UI数据处理功能，由模拟器在运行时自动根据控件属性进行二进制数据流与UI界面控件参数值的相互转换，实现ICD数据的自动组包与解包，大大减少了在开发过程中UI数据处理的开发时间，采用通用的数据处理代码，实现UI数据交换的高效率、高可靠性。再通过UI映射将ICD文件转换成UI文件，具有较强的仿真和测试能力，UI管理子系统通过解析XML格式ICD文件获得信号的属性信息，包含信号类型、名称、标识、位域宽度等属性；支持多种控件类型，包括QLineEdit、QTextEdit、QComboBox、QRadioButton、QCheckBox、QTableWidget等，满足各种场景使用需求。

维护性好，扩展性高。本发明各模拟器软件中ICD的UI文件在UI管理系统中统一维护、升级管理。自动生成过程进行系统管理，在ICD文件更新时，只需在UI管理系统中更新相应UI文件即可；增加ICD时，在UI管理系统增加相应的Qt设计师界面类文件即可，使得UI文件便于扩展与维护。把ICD内部数据项的信息和界面控件的信息结合起来，自动建立ICD内部数据项与界面控件之间的数据通道，对界面控件自动生成过程进行系统管理。对生成界面可预览、可重新布局、所见即所得的效果，实现UI的通用化。

相比于现有的三种界面控件自动生成技术，本发明的界面控件自动生成技术通过ICD信号属性存入控件动态属性方式，实现ICD内部数据项与界面控件间的自动关联，数据组包及解绑自动处理；直接生成可视化的用户界面UI文件并进行界面预布局，同时可通过拖拽控件方式对用户界面进行可视化的重新布局以达到不同场景需要。

下面结合附图对本发明专利进一步说明。

附图说明

图1是本发明航空电子仿真测试平台UI管理系统的架构示意图；

图2是图1的工作原理示意图；ICD文件结构图；

图3是图1的CD文件结构图；

图4是本发明的信号属性信息示意图；

图5是UI管理系统的UI映射原理示意图；

图6是图5的ICD文件ICD信号组的UI类型示意图；

图7是UI数据流的收发原理示意图；

图8是UI二进制码流运行示意图；

图9是UI结构组织示意图。

具体实施方式

参阅图1、图2。在以下描述的实施例中，一种航空电子仿真测试平台UI管理子系统，包括：ICD信号解析器、界面控件自动生成器、ICD数据组包与解包器，其中：ICD信号解析器将xml格式ICD文件解析后得到的接口控制文档ICD信号组及信号，界面控件自动生成器根据接口控制文件ICD信号组及信号，按照属性对应关系自动生成QT平台下的不同类型的控件及控件组；控件及控件组按照信号组中结构嵌套关系，按照一列或多列方式组织在一个提供了标题的组合框窗口控件QGroupBox中，组合框窗口控件QGroupBox按照栅格布局方式组织在Qt设计师窗口文件中，输出可视化的UI文件；ICD数据组包与解包器通过ICD单元属性关系映射到相应控件的用户界面UI文件上，将用户界面UI数据处理为二进制数据流与UI界面控件参数值交互，由模拟器在运行时，自动根据控件属性进行二进制数据流与UI界面控件参数值的映射和相互转换，自动实现接口控制文件ICD数据的自动组包与解包，把接口控制文件ICD内部数据项的信息和界面控件的信息结合起来，自动建立ICD内部数据项与界面控件之间的数据通道，实现用户界面UI的数据发送、接收显示和数据存储。ICD数据组包与解包器主要在Qt设计师界面类的类文件中以通用代码方式实现。

ICD信号解析器将系统输入的xml格式ICD文件解析后得到信号类型、名称、标识、位域宽度等的ICD信号、信号组和相关信号属性。CD信号解析器按照属性对应关系自动生成QT平台下的不同类型的行文本框QLineEdit、富文本框QTextEdit、下拉框QComboBox、单选框QRadioButton、复选框QCheckBox、表QTableWidget等控件及包含多个信号的控件组；将映射到UI上的多个不同类型的控件，按照栅格布局方式组织在一个组合框控件QGroupBox中；控件及控件组按照信号组中结构嵌套关系，可选择一列或多列方式组织在组合框控件QGroupBox中，组合框控件QGroupBox按照栅格布局方式组织在Qt设计师窗口文件中，输出可视化的.ui文件。设计师窗口文件一般是一个.ui后缀的文件，简称UI文件。UI文件是QT平台下的设计界面类重要组成部分，Qt设计师界面类还包含相应的类文件(C++头文件和源文件)。ICD数据组包与解包器通过ICD信号属性关系映射到UI文件上为相应的控件，将UI数据处理为二进制数据流与UI界面控件参数值交互。

参阅图3。ICD文件是UI管理系统的XML格式原始输入文件，接口控制文档ICD文件包含interface接口和ICD内容，其中，interface接口为数据总线硬件模块的端口提供了一个标准化的封装方式，用interface来封装接口的信号和功能，包含了作为接口控制文件ICD唯一标识的总线类型、信号源、信号目的和消息ID号，这四个元素组成ICD的名称。ICD内容包括最基本功能元素的信号组与信号，信号组引用若干信号及其他若干信号组，ICD内容引用信号和信号组，ICD引用接口和ICD内容。信号、信号组可通过复用避免重复数据项的多次定义。

参阅图4。信号作为最基本功能元素，信号中包含众多属性信息。信号中包含覆盖应用中的所有数据类型及显示需求的名称(name)、标识(alias)、类型(attribute)、位域宽度(width)、是否显示(visual)、信号个数(array)、分辨率(lsb)、单位(uinit)、进制(radix)、显示类型(display)的属性信息；信号类型按照数据显示类型方式又分为：字符串类型(char)、有符号整型(int)、无符号整型(uint)、无符号整型数组(uintarray)、单精度浮点型(float)、双精度浮点型(double)、枚举类型(enum)、BCD码类型(bcd)。信号类型为无符号整型时，信号包含进制属性(radix)，可按照不同进制需求进行界面显示，进制属性分为十六进制(hex)、十进制(dec)、八进制(oct)和二进制(bin)。

参阅图5。ICD信号解析器将系统输入的xml格式ICD文件解析后得到的ICD的最基本功能元素信号，界面控件自动生成器根据ICD信号的类型属性，自动生成QT平台下的相应类型的控件及控件组，将ICD信号映射到UI上形成为一个包含信号标识的标签控件(Qlable)及变量设置控件，标签控件(Qlable)显示名称为ICD信号的标识(alias)，变量设置控件根据信号的类型(attribute)属性，当类型为：字符串类型(char)、有符号整型(int)、无符号整型(uint)、单精度浮点型(float)和双精度浮点型(double)，变量设置控件为行文本框QLineEdit；当类型为：枚举类型，变量设置控件为下拉框QComboBox；当属性为：无符号整型数组类型(uintarray)，则变量设置控件为富文本框QtextEdit，可进行多行显示。

界面控件自动生成器在生成控件过程中，是按照ICD中信号排列顺序进行从前往后自动生成，对信号的位域宽度(width)做累加处理，获得各信号在该条ICD中的开始字节(byte)及开始bit位(bit),获得在二进制数据流中的位置偏移。在生成控件过程中，将开始字节(byte)、开始bit位(bit)和ICD信号的其他属性：标识(alias)、类型(attribute)、位域宽度(width)、分辨率(lsb)、组数(array)、进制(radix)、单位(uinit)都存入变量设置控件的动态属性中；若信号类型(attribute)为枚举类型，则按照“属性名称：枚举值_枚举项；属性值：枚举项”方式存入下拉框QcomboBox的动态属性中；通过将信号属性存入控件动态属性方式，完成ICD信号与UI控件间的映射，实现ICD与UI间的转换，ICD中的所有信息在UI中均能体现。

参阅图6。ICD内容中包含多个信号与信号组，信号组中又包含多个信号和嵌套形式的信号组。信息组映射到UI上为组合框控件QGroupBox，组合框控件QGroupBox的显示名称为信息组的中文标识(alias)，信号组中的信号映射到UI上为该QGroupBox中的控件组，按照布局方式，可配置为单列形式或多列形式，采用QT提供的栅格布局方式设计布局间隔，满足不同场景的使用需求。一条ICD的所有控件按照栅格布局方式组织在一个组合框控件QGroupBox中，组合框控件QGroupBox按照栅格布局方式组织在Qt设计师窗口文件中，输出可视化的UI文件。

参阅图7。UI分为可进行参数设置、编辑等功能的发送UI和主要用于界面参数显示的接收UI。发送UI与接收UI中所有控件组都组织在一个QGroupBox中。发送UI通过设置在UI界面右下侧的发送按钮进行数据发送，Qt设计师窗口类文件自动完成发送UI的发送按钮响应，由设计师类文件提供的函数UiToStream实现界面参数到二进制数据流的转换，再发送到总线。总线接收到数据后根据ICD名称识别接收UI，通过Qt设计师窗口类文件提供的界面刷新函数StreamToUi实现数据的刷新显示。

参阅图8、图9。ICD数据组包与解包器主要完成UI数据处理，包含UiToStream和StreamToUi。UiToStream完成UI到二进制数据流的转换，先获取控件参数值，再获取控件的动态属性：类型(attribute)、开始字节(byte)、开始bit位(bit)、位域宽度(width)、分辨率(lsb)、组数(array)、进制(radix)，根据类型(attribute)进行分类处理，获得控件的参数数值，通过该控件的动态属性开始字节(byte)、开始bit位(bit)、位域宽度(width)获得控件映射的信号在ICD中的bit位偏移，再将控件参数数值转换为二进制码流中相应bit位的值。StreamToUi完成二进制数据流到UI的转换，通过控件的动态属性：开始字节(byte)、开始bit位(bit)、位域宽度(width)，获取该控件映射的信号在ICD中的bit位偏移，再在ICD的二进制数据流中获取相应bit位的值，得到该控件的参数数值，再按照控件动态属性：类型(attribute)、分辨率(lsb)、组数(array)、进制(radix)等转换为界面显示的控件参数值。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。