用于航空电子设计中HMI开发的数据驱动设计

从事玻璃驾驶舱显示器工作的工程师和设计师继续寻找与他们想要控制的无生命物体进行交互的有效方法。使用类似于视频游戏中使用的数据驱动方法，可以创建一个结构，通过该结构部署高级人机界面（HMI）应用程序以满足航空电子设备开发人员的需求。

数据驱动模型和基于模型的设计是航空电子工程师和设计师以及标准指导委员会讨论中更频繁出现的两个术语。所有这些都集中在人类与他们希望控制的无生命物体互动的最有效方式上。HMI可以意味着人类可以用来与设备交互的任何方法。因此，无轨电车上的制动杆是一种HMI设备。出于讨论的目的，HMI的定义将仅限于飞行员或无人机系统（UAS）地面站操作员与玻璃显示器交互以有效控制和监控飞行器的定义。

人与飞机系统之间的交互需要复杂的行动和决策，并在瞬间计时。例如，拥有350万个零件的航天飞机过去由四名或更多宇航员控制，具有指挥官，飞行员和任务专家的等级。然而，考虑一下F-22猛禽战斗机/武器系统：它有数百万个零件，被许多人誉为人类开发的最复杂的系统之一，但它是由一个人控制的 - 飞行员。需要注意的是，这种复杂的武器系统具有玻璃多功能显示器（MFD），可以控制系统的大部分功能。

有许多方法可以创建图形显示。软件开发人员可以使用应用程序编程接口 （API） 的图形集（如 Open GL）或无数工具，使开发人员能够创建交互式动态图形，以便通过交互式玻璃显示器与需要控制系统的用户进行通信。许多工具采用集成开发环境 （IDE），该环境以本机格式存储动画控件图形，然后使用代码生成器创建可编译为可执行文件的源代码文件。在某些情况下，使用的代码生成器将优化本机格式文件。然后，生成的文件被编译成可执行程序，在许多情况下，由优化编译器编译，该编译器会进一步更改可执行文件。这将是最坏的情况，因为大多数代码生成器都有允许用户控制优化程度的设置，优化编译器也是如此。

这种设计方法的缺点是，通常很难（如果不是不可能的话）确定后续代码文件的基线，并准确跟踪这些文件中微小更改的影响。例如，如果在框架中绘制一个简单的形状，然后向左或向右移动几个像素，则该操作可能会导致优化代码生成器创建完全不同的输出文件，从而使该微小更改无法基线或跟踪。当目标显示器发生变化时，这个问题可能会进一步加剧，这需要改变显示布局，需要重新开发以适应新目标。

数据驱动型方法

长期以来，游戏行业一直面临着开发需要在多个平台上运行的视频游戏。面对来来去去的游戏机数量，以及许多游戏相对较短的生命周期，业界需要开发一种方法，让游戏开发人员专注于游戏玩法和游戏环境，而不是不断调整游戏设计以适应给定的游戏机。解决方案是针对游戏引擎进行设计，例如“虚幻4引擎”。根据定义，任何支持虚幻4引擎的游戏机都将支持原始游戏设计。游戏设计师现在可以专注于游戏设计和可玩性，而不必担心目标游戏平台。

假设在玻璃HMI显示器的设计中使用相同的方法。图形引擎将位于目标平台（嵌入式显示系统）上，并处理数据以创建动态图形显示及其相关行为。HMI设计师将专注于显示器的外观和感觉，而不关心目标系统。事实上，该显示器可用于嵌入式驾驶舱、飞行模拟器，甚至是用于培训或营销相关活动的图形输入板。图形引擎会将下载到目标系统的命令流作为文件或数据数组进行处理。由于它是纯数据，因此无需将其编译或链接到目标系统上的可执行代码库中。数据不会因显示器而异，从而创建一个稳定、一致的显示系统。由于基于目标的引擎只是处理数据，因此动态地将这些数据与新数据叠加起来是一项简单的任务。

这种方法意味着可以在目标系统运行时改变显示器的外观和感觉，并实现所谓的人机界面HMI玻璃显示器实时设计。可以实时测量、更改和评估激励和响应时间，从而节省许多工程设计时间和返工。

数据驱动的示例

数据驱动架构的一个很好的例子是 Aeronautical Radio， Inc. （ARINC） 661 规范，其中 HMI 由数据格式或模型表示。此外，该用例与前面描述的游戏案例非常相似，因为许多不同的用户应用程序 （UA） 可以将命令发送到通用驾驶舱显示系统 （CDS），并让这些命令驱动 CDS 传达 UA 组件的状态，从而有效地向 UA 提供控制输入。从理论上讲，任何按照ARINC 661规范编写的UA都可以连接到ARINC 661 CDS，其方式与早期的理论游戏开发人员将游戏软件写入游戏引擎的方式大致相同。

然而，这就是相似之处的结束。在游戏世界中，软件游戏被定义为引擎一次，然后生成到许多游戏机执行。ARINC 661 系统的情况正好相反：单个 CDS 与几乎所有飞机系统中的许多 UA 通信。这样看：单个CDS可以用作飞行员-飞机接口。由于单个CDS由许多UA控制，因此通信结构的明确定义是ARINC 661定义的重要组成部分。此外，UA 可以同时在多个 CDS 上通信和控制其数据表示。这种方法正在许多飞机上部署，最著名的是波音787梦想飞机。

审核编辑：郭婷