автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Разработка моделей, методов и инструментальных средств для автоматизированного проектирования специализированных бортовых систем электронной индикации и сигнализации авиационного применения

На правах рукописи

Ларин Кирилл Валентинович

РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ, МЕТОДОВ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ БОРТОВЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОННОЙ ИНДИКАЦИИ И СИГНАЛИЗАЦИИ АВИАЦИОННОГО ПРИМЕНЕНИЯ

Специальность 05 13 12 - «Системы автоматизации проектирования

(промышленность)»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1гигэо

Ульяновск - 2008

003170290

Работа выполнена на кафедре «Измерительно-вычислительные комплексы» Ульяновского государственного технического университета

Научный руководитель. Кандидат технических наук,

доцент Шишкин Вадим Викторинович Официальные оппоненты - Доктор технических наук,

профессор Негода Виктор Николаевич - Кандидат технических наук Дятлов Андрей Юрьевич Ведущая организация Открытое акционерное общество «Московский

институт электромеханики и автоматики» (ОАО «МИЭА»), г.Москва

Защита состоится 18 июня 2008г. в 12-00 на заседании диссертационного совета Д212 277 01 при Ульяновском государственном техническом университете по адресу. 432027, г.Ульяновск, ул.Северный Венец, 32, ауд.211

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Ульяновского государственного технического университета.

Автореферат разослан /ию,Я 200

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

М К. Казаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность Для последних лет характерно бурное развитие приложений компьютерной графики, реализованных как на графических станциях, на персональных компьютерах, так и на мобильных устройствах сотовых телефонах, смартфонах, коммуникаторах и СРЗ-навигаторах Становится общепринятым использование в сложных системах контроля и управления многооконных графических интерфейсов, электронных карт (ГИС), трехмерной анимации, обработки нескольких потоков видеоинформации и т д Это приводит к тому, что производители авиационной техники стараются перенести такие функциональные возможности на сферу специальных встраиваемых систем бортового авиационного применения С другой стороны, наблюдается практически ежегодная сменяемость поколений аппаратного обеспечения, которые отличаются от своих предшественников не только новыми функциями, но и временными, надежностными и массо-габаритными характеристиками, что дает возможность существенно расширять функциональные возможности бортовых систем авиационной техники

Эти две тенденции породили большое разнообразие технических заданий (ТЗ) на разработку бортовых комплексов визуализации полетной и системной информации, называемых комплексные системы электронной индикации и сигнализации (КСЭИС), и широкий спектр аппаратных платформ реализации КСЭИС Современные технические задания на комплексные системы электронной индикации и сигнализации содержат требования, все более подчеркивающие сложность объекта проектирования В ТЗ определяются задачи решаемые комплексом в жестком реальном времени, расширяется функциональное назначение элементов комплекса, вводятся сложные объекты синтезированной визуализации, относящиеся к 20- и ЗО- представлениям и их смешению с потоками видео-, метео- данных и данными системы предупреждения сближения с землей, повышаются требования качества представления информации при визуализации, вводятся ограничения по массо-габаритным характеристикам

Кроме того, сохраняется тенденция ко все большей минимизации времени, отводимого на разработку, отладку и сопровождение проектируемых систем, что определяется высокой конкуренцией на рынке производителей встраиваемых систем. Это заставляет проектировщиков КСЭИС строить системы на базе типовых компьютерных плат бортового применения, обеспечивая проблемную ориентацию проектируемых систем соответствующим программным обеспечением

Интенсивные исследования в области приложений компьютерной графики проводились с конца 70-х годов прошлого века Основные результаты отражены в работах Созерленда И Е., Освальда Э, Брезенхема Дж Е и др В них обсуждались вопросы человеко-машинного интерфейса, построения примитивов, обрезки линий и примитивов, сглаживания и заливки, структуры и ядра графических систем Остались нерешенными вопросы компенсации

искажений геометрии фигуры в результате построений в дискретной плоскости, производительности алгоритма сглаживания синтезированного изображения, взаимодействия аппаратных и программных исполнительных механизмов, проектирования объектно-ориентированных структур описательных данных для исполнительных механизмов Кроме того, в них не затрагивались вопросы автоматизации проектирования программного обеспечения для реализации разработанных моделей и методов

Исследованием аспектов проектирования специального программного обеспечения бортовых систем занимались Джанджгава Г И, Бражник В М, Рогалев А.П, Никулин А С и др Данным работам характерна сильная привязка к проблемной области авиационного приборостроения В то же время, процессы разработки безопасного программного обеспечения для критических условий применения рассматривали Девис Н, Хамфри У, Редвайн С , Фаулер М иЛипаевВВ

Задачам автоматизации проектирования программного обеспечения и программных систем посвящены работы Буча Г и Рамбо Дж, связанные с разработкой унифицированного языка моделирования (UML —Unified Modeling Language) - основой продуктов компании Rational Software, и работы Международного союза электросвязи (ITU-T), связанные с языком графических описаний и спецификаций SDL (Specification and Description Language), который входит в Рекомендации ITU-T серии Z 100 и является основой программных продуктов фирмы Telelogic

В развитии объектно-ориентированного программирования можно выделить исследования Буча Г, Элиенса А, Кнута Д, Ахо А, Шалыто А А. и др Однако, в них не учитывается специфика современных КСЭИС, которая оказывает существенное влияние на эффективность методов и средств автоматизации проектирования

Таким образом, все вышеизложенное определяет актуальность разработки подходов к автоматизации проектирования специального программного обеспечения комплексных систем электронной индикации и сигнализации, обеспечивающих проектирование КСЭИС в минимальные сроки с требуемыми характеристиками качества

Целью диссертационной работы является разработка методики автоматизированного проектирования программного обеспечения КСЭИС, опирающейся на комплекс новых моделей, методов и инструментальных средств и обеспечивающей разработку ПО с требуемыми характеристиками качества в сжатые сроки.

Следуя цели, в диссертационной работе были поставлены и решены следующие задачи.

1. Анализ современных моделей и методов визуализации графической информации, требований, предъявляемых к специализированным встраиваемым системам авиационного применения, и подходов к автоматизированному созданию программного обеспечения.

2 Разработка функционально-структурной модели процесса автоматизированного проектирования программного обеспечения специализированных бортовых систем авиационного применения

3 Разработка методики автоматизации проектирования СПО КСЭИС

4 Разработка инструментальных средств автоматизации проектирования СПО КСЭИС

5 Разработка методов визуализации, обеспечивающих требуемые характеристики качества визуализации и функционирования КСЭИС

Объектом исследования в работе является автоматизация проектирования КСЭИС, предметом исследования служат применяемые для этого модели и методы

Методы исследования базируются на теории алгоритмов, алгебраических методах компьютерной графики и строятся на сочетании формальных и содержательных методов

Научная новизна работы состоит в следующем

1 Разработана новая функционально-структурная модель процесса автоматизированного проектирования программного обеспечения специализированных бортовых систем авиационного применения и методика автоматизации проектирования СПО КСЭИС

2 Предложена новая методика реализации объектно-ориентированного подхода к программированию функциональных задач ввода-вывода и визуализации

3. Предложен новый метод сглаживания синтезируемых образов для растровых устройств визуализации

Практическая ценность работы состоит в-

1 Разработанном комплексе инструментальных средств автоматизации проектирования СПО КСЭИС, применяемом при выполнении реальных проектов на независимых РМ, назначение которых соответствует функциям, определенным в функционально-структурной модели,

2 Разработанном и реализованном методе сглаживания синтезируемой линии в процессе ее построения, который внедрен в графическую библиотеку САПР КСЭИС, применяемую во всех проектах выполняемых ОАО УКБП, обеспечивая совместно с расчетными методами и палитрой качественное отображение входных параметров.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена непротиворечивостью применяемых моделей и методов, результатами экспериментальных исследований и результатами успешной эксплуатации разработанных систем КСЭИС

Апробация работы проведена на конференциях 1 Системы искусственного интеллекта и нейроинформатика Международная конференция «Континуальные логико-алгебраические исчисления и нейроматематика в науке, технике и экономике -КЛИН-2003, 2004, 2005, 2007 гг ».

2 Вторая международная конференция "Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности" 07-09 02 2006, Санкт-Петербург, Россия

3 Information Technologies Proceeding of Russian-German scientific conference devoted to 10-years cooperation of Ulyanovsk State Techical University and Darmstadt University of Applied Science - Ulyanovsk, U1STU, 2007

Публикации результатов работы По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе одна в журнале списка ВАК, получены два свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ №2006612257 и №2006612397

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении рассмотрена актуальность темы диссертации, степень ее научной разработанности, указаны цели и задачи работы, объект, предмет и методы исследования, обоснована достоверность научных положений, выводов и рекомендаций

Первая глава содержит обзор архитектур и функций бортовых систем визуализации (БСВ), анализ архитектуры и требований, предъявляемых к специальному программному обеспечению (СПО) БСВ, анализ требований предъявляемых к процессу разработки СПО БСВ, а также требования качества функционирования программ, выдвигаемые заказчиками по характеристикам входных параметров, полю изображения, по элементам изображения и надежности функционирования

На основе анализа показана ограниченность характеристик видеоконтроллеров, применяемых для встраиваемых систем типа КСЭИС и ограниченность типовых решений синтеза изображения и управления видеоконтроллерами

Представлен анализ моделей и методов визуализации в условиях растровой модели отображения синтезированной информации Обоснованы недостатки векторной и растровой моделей, проведен анализ яркостных и геометрических искажений синтезируемого изображения.

Приведен анализ графического наполнения различных приборных панелей (рис 1,), и показана связь графического наполнения с множеством методов его синтеза

Проанализированы методы проектирования графического программного обеспечения встраиваемых систем бортового применения, и показана их связь со средствами автоматизации процесса проектирования

Результат анализа показывает необходимость предложить методику разработки СПО КСЭИС, включающую инструментальные средства автоматизированного получения описания входных параметров и синтезируемых изображений, а также методы визуализации, обеспечивающие требуемые характеристики качества визуализации и функционигювания КСЭИС

Рис.1. Пример наполнения кадров КСЭИС

Во второй главе предложена методика разработки программной системы на основе функционально-структурной модели процесса проектирования, при которой исходными данными для проектирования выступает техническое задание (ТЗ), представляющее собой набор функциональных задач (ФЗ), которые необходимо реализовать, т.е. множество:

ТЗ = {F¡}, где F, — i-я функциональная задача, i е 0,1,2... Под ФЗ понимается законченная последовательность действий, которая на основе входных данных приводит к требуемому результату.

Анализ более 15-ти ТЗ на разработку КСЭИС показал, что ФЗ связаны через общие данные, готовность которых определяется тегами.

Модель ФЗ уровня определения спецификаций представляется в виде: Fjn={V„R,}, где V¡ - спецификация входных данных задачи, R, - спецификация требуемого результата.

Накопленный . опыт разработок СПО КСЭИС определяется некими артефактами успешно реализованных проектов и пригоден для целей автоматизации процесса разработки, что позволяет говорить о проектном образе ФЗ Fj, определяемом множествами реализованных в нем артефактов D¡, которые представляются через 6 множеств:

D¡ = {H¡, U¡, Rc¡, G¡, L¡, A¡}, где {H¡} - множество характеристик устройств ввода-вывода (УВВ) и методов взаимодействия СПО с ними,

{Щ - множество систем-источников, характеризуемых транспортными словами, единицами информации, методами выделения единиц информации из транспортных слов,

{Rc¡} - множество реконфигураций информации систем-источников, характеризуемых единицами информации по каналам, методами взаимного контроля единиц информации, методами выбора действующей информации,

{в,} - множество типовых изображений, характеристик элементов, объектов, фигур, кадров и методов их синтеза,

{Ь,} - множество типовых логических сигналов, характеристики описаний форм представления,

{А,} - множество типовых алгоритмов, характеристик, описаний областей применения

Тогда проектный образ ФЗ Б, будет складываться из артефактов ранее реализованных проектов Дг, релевантных спецификациям ФЗ Р„ и требующих определенной модификации Р, и артефактов, требующих новой разработки БД т е

Д = { Д". Р| (Цг)}

Результатом проектной деятельности разработки СПО КСЭИС станет такое множество {О,} , при котором для любой реализованной ФЗ Б,13 будет справедливо равенство требуемого результата и результата применения алгоритма к данным проекта и входным данным задачи V,

Проектные данные типовых алгоритмов А, представляются множествами А, = {А, , А|р, А, , А,, А,, А,, А,, А, }, где {А,1"} - множество методов связи с УВВ,

{А,ир} - множество методов контроля качества транспортных слов, {А,т} - множество методов контроля качества информации в словах, {А,3} - множество методов выделения аналогового сигнала, {А,11} - множество методов выделения дискретного сигнала, {А,ь} - множество методов контроля значения аналогового сигнала, {АЛ - множество методов реконфигурации сигнала, {А,1} - множество методов логических вычислений Результат функционирования СПО КСЭИС - это множество типовых изображений экранов в,, которое является подмножеством п-ой степени множества параметризованных графических примитивов

О, с вР", ОР = {СР, = {1Р, кХ, к¥, {Рг8,} } }, где вР, - графический примитив,

1Р - имя примитива,

кХ,кУ - координаты,

{Рг8,} - множество параметризируемых признаков примитива Таким образом, каждый артефакт Б, характеризуется набором признаков -РгД' , по этим признакам артефакт помещается в Базу Данных (БД;, а при условии их соответствия признакам ТЗ РгБ,11, данные извлекаются (отбираются) в БД нового проекта Следовательно, получаем операцию соответствия РгБ/ == РгЦ13 для условия отбора артефактов Б,' в БД нового проекта системы, которая и определяет возможность автоматизации такого отбора Степень соответствия определяет объем и способ последующей доработки этих данных

Согласно спецификации ТЗ определенная ФЗ F, программного комплекса СПО КСЭИС должна обеспечивать преобразование множества входных данных задачи V, во множество выходных данных R, в соответствии с алгоритмом А, Поскольку в нашем случае R, = G,, те возможна некая функция f, которая обеспечивает

V.-^-MG,}

Таким образом, алгоритмы, которые необходимо реализовать, есть ничто иное, как последовательность таких функций А,= Ш

Реализованные функции {f,} из разработанных ПК могут быть выделены для формирования библиотеки функций РТ', которые характеризуются названиями и признаками PrD,', по которым для D, возможно проведение отбора функций с последующей модификацией, такое что

РТ, = Р, (РТ1,, D,) - становится результатом отбора и модификации При этом, под операцией модификации Р, понимаются операции перемещения, удаления примитивов или размещение новых примитивов

Наличие классификационных признаков позволяет автоматизировать процесс отбора Основой классификации может служить состав множеств типовых алгоритмов А,.

Получаемые в результате отбора файлы данных вновь разрабатываемого проекта содержат в себе списки задействованных функций из состава библиотечных файлов

Для целей согласования данных проекта, входных и выходных параметров, модификации и параметризации реализованных функций, а также реализации новых функций проекта применяется автономная модель КСЭИС на базе среды программирования Borland С++ Builder в форме типового проекта Основой типового проекта являются файлы, содержащие интерфейсы и процедуры имитации взаимодействия с аппаратурой ввода-вывода целевого индикатора (RW), интерфейсы и процедуры визуализации (G), однозначно повторяющие алгоритмы и способы визуализации целевого индикатора, интерфейсы и процедуры, имитирующие вызовы и интерфейсы целевой операционной системы (OS)-

M = {{IRW,},{IG1},{I0S1}}

В модель подключаются файлы библиотек, содержащие отобранные функции Файлы подвергаются трансляции и компоновке Исполнение файла ПК позволяет проконтролировать алгоритмы ФЗ, алгоритмы управления, соответствие синтезируемого изображения требованиям проекта

ФЗ ПК независимы друг от друга по управлению и связаны общим полем памяти (01111), тогда для одного проекта возможно создание нескольких автономных моделей В каждую из моделей включены файлы ОПП и файлы определенного подмножества ФЗ ПК - это модели ФЗ ввода-вывода, сигнальной обработки, предупреждения критических режимов, управления,

синтеза кадров изображений, которые могут быть разделены на самостоятельные рабочие места (РМ)

Положительный результат автономного моделирования ФЗ позволяет перенести файлы, принадлежащие ФЗ, в проект сборки исполняемого модуля для целевой платформы Любые неувязки в трансляции или компоновке ведут к дополнительному анализу и доработкам на автономной модели, после чего целевая сборка повторяется

Для обеспечения сохранности результатов проекта, все множество данных подвергают регламентной архивации, позволяющей восстановить данные проекта при недостатках или модернизации в эксплуатации, при разрушении среды разработки, для обучения персонала

Итоговые файлы целевой сборки направляются на комплексную проверку в целевой аппаратуре, размещенной в среде полунагурного стенда Стенд посредством аппаратуры имитации внешней информации позволяет задать любое состояние входной информации целевой системы и оценить результат работы программы по выходным результирующим данным, в том числе, и визуально

Соответствие входных данных {V,} и результата {И.,} требованиям ТЗ, такое что, {II,} = А,(У,), позволяет принять решение о фиксации рабочей версии проектного образа в виде отобранных, модифицированных и создаваемых заново артефактов {Б,}, автономных моделей ПК проекта, результатов целевой сборки Формат реализации проектного образа КСЭИС является БД новой системы.

Движение файлов проекта в соответствии с разработанной методикой проектирования СПО приводит к сложной диаграмме управления потоками данных на уровне исходных файлов данных, методов обработки, методов синтеза графики, шаблонов графических элементов, шаблонов управления обработкой потоков данных, шаблонов трансляции и компоновки

Диаграмма управления потоками данных представлена на рис.2 Эта диаграмма отражает совокупную модель этапов разработки и сопровождения СПО проекта КСЭИС в перечне разработанных и разрабатываемых проектов, на основе модели Б,13 Диаграмма позволяет формализовать процесс автоматизации проектирования СПО КСЭИС, выделив основные объекты и операции

Определение множества типовых изображений экранов в, задает тип описания для элемента и применяется для описания элемента в базовом (\Ъ), рабочем (УгЬ) и визуальном (Уг) состоянии

Описание элемента при объектно-ориентированном подходе можно представить в виде следующего определения множества. вЕ, = {вЬо, вгЬ,, вг,, §Ап, ёАы, gAs},

где {вЬ о} —-' {бгЬ,} - установка рабочего состояния,

{ вгЬ,} —~—^ {вг,} - установка текущего состояния,

{вг,} — —т {в,} - визуализация

Файлы типовых ПК

Графика 20

Логическая обработка

СПКР/TCAS/BCC

Прием-выдача параметров

Система архивации

Borland С++ Builder

БД новой системы

Файлы данных —►

Файлы кода

Файлы типовых ПК

Автономная модель системы

■ Сборка,

■ отладка,

» автономная проверка модулей

Компоновщики

х86 bcc32/tasmAlink

TMS320 СЗх/С 4х Code Generaton Tools

Рис 2 Модель разработки СПО систем типа КСЭИС

Для объединения элементов в группы (объекты) создадим следующее множество1

вС^ = {{ВР}, {вЕ,} j ,CpJ, С1;, VJ, оАп;, oAWj, oAsJ}, где С1 з - цвет объекта,

VJ - признак видимости,

{ вЬ о} ^ {ОгЬ;} - установка рабочего состояния,

{ ОгЬ^-—-т { } - установка текущего состояния,

{ }- -т { GJ} = GOj - визуализация рабочего

состояния

Описание фигуры как группы объектов представляется множеством ОР, = {{ВР}, {00,}, ,СР), С1,, V,, , fAsJ},

где - цвет объекта,

- признак видимости, ^ - признак инициированности,

{ ОЬ о }- -7 { СгЬ)} - установка рабочего состояния,

{ вгЬ 1}---г {} - установка текущего состояния,

{ } т { GJ } = 0J - визуализация рабочего

состояния

В итоге, алгоритмы синтеза выражаются обобщенной формулой

где Р! - функциональная доработка алгоритма, зависящая от ТЗ

Обобщенное формульное описание можно представить в виде структурно-функциональной схемы (рис.3 ) Из которой следует, что

• Графический объект как список характеристик данных и методов работы с ними, может быть реализован в терминах языка «С»,

• В терминах языка «С» могут быть подготовлены шаблоны проектирования и описания синтеза графической информации,

• Множества как набор данных могут быть представлены в виде связанных таблиц, образующих БД,

• Для заполнения таблиц БД возможно разработать среду визуального программирования;

• Шаблоны описания и синтеза могут быть помещены в БД,

• БД служит источником информации для синтеза списка объектов в терминах языка «С»,

• Аналогичный подход к объектному представлению данных может быть применен к множествам и и Ь, с целью синтеза описания объектов приема информации и решения логических функций

:|ХУП XV, | ХУг | |ХУ„ |

ХУп XV, |ХЪ 1 |ХУ0 |

1 ХУо XV, |ХУ2 1 |ХУ„ |

езиП ВР, [ {ОЕ,Г( Ср [а, ) V, [ оАя, ВР, ■ {ОЕл1 ; ср, ■ а, ; ЬАЛ,

оМ ОАБ,

IВР, I <<к^ [ср, \аг ВР, • {ао/.ср, .а,

V,

вР,

Рис 3 Взаимодействие алгоритмов и данных в иерархии объектов

При реализации графических примитивов предлагается для целочисленного подхода ввести вместо угла понятие код угла При этом, код угла соответствует выражению со<1е (а) = а° * 2048 / 180°, т е 180° = 2П

Разряд (212) позволяет трактовать число в зависимости от применения

• как угол в диапазоне -180° - +180°, т е знаковое целое число;

• как угол в диапазоне 0° - 360°, т е знаковое целое число при наложении на код угла маски равной ГТРЬ

Младший разряд кода при такой трактовке угла равен. а° =сойе(а)* 180 "/2048= 180° /2048 = 0,087890625° =5,2734375' Ступенчатость при таком коде может наступить на радиусе: К = 1 / 0,087890625 ) = 652 пикселя, что для плоскости 1024*768 содержащей, как правило, две и более зон формирования изображения является хорошим результатом

Для получения производных от угловых значений результатов, пригодных для целочисленных расчетов и для скорости получения значений вш и соб угла, предлагается применять табличный способ При этом, код угла выступает индексом к таблице, по которому в таблице содержится соответствующее значение синуса

Учитывая, что для кодов углов от 0° до 90° значения бш лежат в диапазоне от 0 до 1, а требуются целочисленные значения, то предлагается с учетом симметричности расположить 1024 значений для кодов углов от 0° до 90° в последовательности

Т51П, = In[ 10000 * sin ( i * 180° / 2048 ) ] и TC0SJ = Tsm,024-, = In[ 10000 * sin (( 1024 -1 ) * 180° / 2048 ) ] Множитель 10000 нормирует величину до целого состояния и учитывается в последующих алгоритмических расчетах таких, как расчет конечной точки вектора

Для векторного задания фигур, обусловленного совместимостью с кодами систем первого поколения, имеющего несходимость в конечной точке в связанной фигуре, предлагается

• выполнить сначала расчет конечной точки, определив X k, Y к и dX k, dYk,

• дробную часть координат конечных точек изменить с учетом предыдущего состояния dXk+I = dXk-i + dXk и dYk+i = dYk i + dYk,

• скорректировать целочисленную часть при переполнении дробной части, если

dXk+i > 10000 => Х2 = Х2+1, dXk+t = Xk+i - 10000, dYk+i > 10000 => Y2 = Y2+1, dYk+, = Yk+, - 10000,

• использовать целую часть при построении,

• дробную часть сбросить в 0 при задании начальной точки для следующей фигуры

Для действующих систем КСЭИС с учетом аппаратуры синтеза предложена индексная палитра на 256 цветов байтовой размерности индекса При этом, предложено, что младшие 3 бита байта индекса отвечают за основной цвет, а старшие 5 бит отвечают за яркость цвета, где 0 в яркости означает максимальное значение цвета Тогда цвета в палитре распределяются с учетом яркостной составляющей 0 - черный, 1 - красный на черном, 2 -зеленый на черном, 3 - белый на голубом, 4 - желтый на черном, 5 -пурпурный на черном, 6 - голубой на черном, 7 - белый на коричневом, 8 -белый на черном

Для компенсации геометрических искажений формы синтезируемых примитивов, вызванных дискретностью плоскости синтеза, предлагается полевая свертка изображения примитивов в этой плоскости При этом, сглаживающая яркостная составляющая цвета рассчитывается по методу By, а усреднение производится по локальному полю 2x2 пикселя изображения по формуле

Lcp = (Loo+Loi + Lio+ Li i ) / 4

Однако подобная свертка приводит к двукратному уменьшению масштаба синтезируемого изображения, для компенсации которого предлагается работать в удвоенной сетке координат Кроме того, полевая свертка по описанному прямоугольнику, в который вписан примитив, подразумевает обработку площадной фигуры, что снижает действующую производительность вычислителя пропорционально площади Для компенсации затрат от площади предлагается при расчете положения средней точки примитива использовать алгоритм Брезенхема, дополняя его сглаживающей

составляющей по методу By При этом, операции расчета яркости точки следует выполнять в промежуточном буфере изображения размерностью 2x2. Свертка и запись сформированного буфера производится при достижении его правой границы и только в размере 2x2 для одного сглаживающего верхнего пикселя Средний пиксель является всегда полным по яркостной составляющей, а нижний - дополнением яркостной составляющей верхнего пикселя до полного значения за счет симметрии относительно центральной группы

В третьей главе показана реализация БД системы типа КСЭИС Информация о структуре системы, параметрах и методах их обработки в таблицах реляционной БД служит источником информации для наполнения информационно-управляющих структур объектной модели обработки потоков ввода-вывода типа CMENEL_SYSTYPENAME, ANALOG, DIGIT, PARAMJDESC, STAT_SETUP, CUJHOBDSJYSTYPENAME, SB0R2JDES, BOUND, STRIM_DESC, STAT_DESC Информационно-управляющие структуры сосредоточены в файлах данных datamfo h, data с, klsinfo h, klsdata с, kadrdata h, kadrdata с Методы обработки этих данных, описанные в справочниках БД, содержатся в соответствующих файлах param h, sborl h,sborl с, readKLS h, readKLS с, matrix h, matrix c, mWords h, mWords c, normAC h, normAC.c, normDC h, normDC c, bound h, bound c, rcnf h, rcnf с

Для введения отличий внутренней реализации методов, в зависимости от общей цели метода и его конкретной цели в системе, внутренние алгоритмы параметризируются по внешнему параметру, который отражает как привязанность к целевому проекту, так и может иметь конкретное целевое назначение Такие параметры собраны в файл системных определений sys_conf h для каждого реализуемого проекта

Показана реализация реляционной БД графических объектов системы типа КСЭИС, информация в таблицах которой служит источником информации для наполнения информационно-управляющих структур объектной модели синтеза графических изображений типа G_ELEMENT, G_OBJECT, FIGURE

Методы обработки этих данных, описанные в справочниках БД, содержатся в файлах gobj h, gobj с, а методы визуализации - в файлах graph2d h и graph2d с, представляющих собой библиотеки методов

Для целочисленных методов синтеза изображений показана реализация целочисленной таблицы синусов вида

mt t_sin[]={ 0, 15,31, 46,61, 77, 92,107, , 9999, 10000}, Таблица применяется для метода расчета конечной точки вектора void vect_0( mt 1, mt alfa) и в методе void fSinCos(sSinCos* d, mt alfa) расчета синусной и косинусной составляющих для целей афинных преобразований

Для построительных методов синтеза графических примитивов показана реализация алгоритма гладкой линии в дискретной плоскости Процедура сглаживания линии выполняется в процессе построительных процедур за счет введения методов обслуживания четной/нечетной горизонтали и ступеньки,

которые в результате вызывают метод свертки промежуточного буфера при достижении его края.

Для РМ автономной отладки ФЗ проектов показан состав, структура и правила организации автономной модели системы на базе среды разработки программ Borland С++ 5.5.1 for Win32 (Copyright (с) 1993, 2000 Borland). Внешний вид и результат работы модели изображены на рис. 4.

'* ...м

„. ... ..........3 *

19- п .-и 1 2

Рис. 4. Внешний вид модели

Для окончательной целевой сборки ФЗ показан состав разделов проекта, размещение файлов и библиотек по разделам, состав интерфейсов и методов по библиотекам, состав функциональных файлов проекта, состав управляющих файлов сборки проекта.

В четвертой главе показана эффективность предложенной методики автоматизированного проектирования на примере 21-го современного проекта (Табл.1.), для которых потребовалось 10 РМ на временном интервале в 7 лет с наращиванием по годам против 23-х РМ для реализации первых 3-х проектов КСЭИС.

Эффективность объектного подхода в реализации ФЗ проектов показана на примере реализации задачи сигнализации КСЭИС в части задачи обслуживания списков сигнализации (ОСС) и задачи кадра состояния устройств источников информации (БЛОКИ). Для задачи ОСС показано уменьшение времени работы 2-х задач по 31,5 мс, до 1-й задачи ОСС с временем работы 11,459 мс, что означает повышение производительности в 5,5 раз. Для задачи БЛОКИ показано уменьшение времени работы 4-х задач по 12,349 мс, до 1-й задачи БЛОКИ с временем работы 6,181 мс, что означает повышение производительности в 8 раз.

Таблица 1

Общие сведения о реализованных проектах и группах исполнителей

Система Целевое назначение Начало 1"-полет РМ

ИМ-8 Замена ИМ-3 1998 2002 1,2,3

ИМ-8-17 Для КСЭИС-100 1998 2001 1,2,3

ИМ-14 БИСК, вертолет Ансат 1999 2001 1,2,3

ИМ-12 Для СЭИ-226 2000 2003 1,2,3

ИМ-16 КСЭИС-148, СЭИ-32 2000 2003 1,2,3

БВУ-15 КСЭИС-100/148 2000 2003 4

СЭИ-226 вертолет Ка-22б 2000 2003 1,2

КСЭИС-100 Для самолета Ту-334 2001 09 2003 1-5,8-9

КСЭИС-148 Для самолета АН-148 2004 2005 1-5,8-9

СЭИ-А Для вертолета Ансат 01 2005 03 2006 2,3,6

СЭИ-32 Для вертолета КА-32 09 2006 11 2007 2,3,6

КСЭИС-76-В Для самолета Ил-76В 04 2007 06 2007 4,8-10

КСЭИС-76-М Для самолета Ил-76М 04 2007 07 2007 4,8-10

КСЭИС-76-Е Для самолета Ил-76Е 08 2007 12 2007 4,8-10

ИСРП-2 Индикатор резервный 05 2005 09 2005 1,7

ИСРП-3 Индикатор резервный 01 2007 04 2007 1,7

СИМС Индикатор скоростей 05 2007 05 2007 1,7

СЭИ-85,204/96 Замена ИМ на ЭЛТ 102002 11 2003 5

КИСС-1-х,204/96 Замена ИМ на ЭЛТ 112002 11 2003 8,9,10

Для гладкой линии показаны временные затраты на ее построение в сравнении с классическим алгоритмом Брезенхэма и алгоритмом сглаживания Ву (рис 5 ) Из графика видно, что скорость построения гладкой линии (линия «УКБП, 11512») в среднем в 7,62 раза медленнее обычной (линия «Брезенхем, К512») Однако, действующей производительности достаточно для удовлетворения текущих требований к скорости визуализации изображений Кроме того, показано, что время построения линии с Я = 512 и углом наклона а = 22,5° методом Ву с последующей сверткой области построения в 89,8 раза медленнее метода УКБП и в 98,3 раз медленнее самого метода Ву.

Адекватность графической библиотеки индикатора КСЭИС и модели на РМ показана на примере оценки точности построения линии, демонстрирующей качество алгоритма сглаживания (рис 6.) Из графика видно, что конечная точка вектора имеет два видимых состояния в пределах одного пикселя

Кроме того, показано, что малое изменение кода угла при неизменных результирующих координатах вершин линии построения, визуально различимо за счет изменения структуры сглаживания, которая при заданных динамических условиях сдвигается в сторону увеличения угла

На основе анализа точности построения замкнутой векторной фигуры выяснено, что при построении линии вектора методом динамической свертки, предложенного в диссертации, обладающего двухступенчатым распределением

яркости пикселя в конечной вершине, погрешность несходимости группы векторов, образующих замкнутую фигуру, маскируется яркостным состоянием конечной точки и сглаживанием линии, сохраняя общую геометрию фигуры и целостность границ ее контура

Рис 5 Время построения линии Рис 6 Яркость конечной точки

В заключении приведены основные результаты и научная новизна диссертационной работы, сведения об апробации и публикациях, внедрении результатов работы.

В приложении содержится акт о внедрении результатов работы

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ Итогом работы является разработка методики автоматизированного проектирования программного обеспечения КСЭИС, опирающейся на комплекс моделей, методов и инструментальных средств и обеспечивающей разработку ПО с требуемыми характеристиками качества в сжатые сроки

К основным результатам относятся 1 Разработанная новая функционально-структурная модель процесса автоматизированного проектирования программного обеспечения специализированных бортовых систем авиационного применения и методика автоматизации проектирования СПО КСЭИС через описания структуры системы, входных данных и графических изображений специализированных кадров, через моделирование ФЗ, обеспечивающие требуемые характеристики качества визуализации КСЭИС 2. Предложенная новая методика реализации объектно-ориентированного

подхода к программированию для ФЗ ввода-вывода и визуализации 3 Предложенный новый метод сглаживания синтезируемых образов для растровых устройств визуализации

4 Разработанный комплекс инструментальных средств автоматизации проектирования СПО КСЭИС, приметаемый при выполнении реальных проектов на независимых РМ, назначение которых соответствует функциям, определенным в функционально-структурной модели;

5 Разработанный и реализованный метод сглаживания синтезируемой линии в процессе ее построения, который внедрен в графическую библиотеку САПР КСЭИС, которая применяется во всех проектах выполняемых ОАО УКБП, обеспечивая совместно с расчетными методами и палитрой качественное отображение входных параметров

Список публикаций В изданиях, входящих в список ВАК:

1 Ларин К В, Шишкин В В, Елькин С И Автоматизация разработки комплексных систем электронной индикации и сигнализации летательных аппаратов // Датчики и системы M , 2007 №12 (103) с 35-38 В других изданиях

1 Шишкин В В, Ларин К.В Анализ методов визуализации графической информации для встраиваемых систем //Системы искусственного интеллекта и нейроинформатика. Труды международной конференции «Континуальные логико-алгебраические исчисления и нейроматематика в науке, технике и экономике-КЛИН-2003».-Ульяновск УлГТУ, 2003.-Том 3 -с 178

2 Шишкин В В, Ларин К В Подход к оптимальному выбору алгоритмов визуализации графической информации для встраиваемых систем //Системы искусственного интеллекта и нейроинформатика Труды международной конференции «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроматематика в науке и технике -КЛИН-2004» -Ульяновск УлГТУ,

2004 -ТомЗ -с 141

3 Ларин К В, Шишкин В В Разработка алгоритмов визуализации графической информации для встраиваемых систем //Научно-технический калейдоскоп N 2,2004 - с.47-51.

4. Шишкин В В., Ларин К В Структурирование данных и методов визуализации графической информации для встраиваемых систем //Труды международной конференции «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке и технике», Ульяновск, УлГТУ,

2005 Том 2 - с 188

5 Шишкин В В , Ларин К В Об одном подходе к разработке программного обеспечения визуализации для встраиваемых систем //Сборник трудов второй международной конференции "Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности" 07-09.02 2006, Санкт-Петербург, Россия Том5 -с. 193

6 Ларин КВ., Шишкин В В Шаблоны структур данных представления графической информации для САПР программного обеспечения встраиваемых систем синтеза изображений //Труды международной конференции «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке и технике», Ульяновск, УлГТУ, 2006 Том 2 -с 63

%

7 Ларин KB О приемах объектно-ориентированного программирования на языке «С» для встраиваемых систем синтеза изображений //Труды международной конференции «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке и технике», Ульяновск, УлГТУ, 2006. Том 2. - с 60

8 Ларин К В , Шишкин В В Анализ систем управления требованиями //Труды международной «Конференции по логике, информатике, науковедению», Ульяновск, УлГТУ, 17-18 мая 2007 года Том 2 -с 41

9 К Lann, V.Shishkm, S Eljkm. Futures of graphics image CAD-systems for embedded systems of image synthesis //Information Technologies Proceeding of Russian-German scientific conference devoted to 10-years cooperation of Ulyanovsk State Techical University and Darmstadt University of Applied Science - Ulyanovsk, U1STU, 2007 -p35

Получены свидетельства об официальной регистрации программ для

ЭВМ

1 Графическая библиотека для систем электронной индикации //Свидетельство №2006612257, М -Роспатент, 30.06.2006

2 Программа построения гладкой линии для графической библиотеки систем электронной индикации //Свидетельство №2006612397, М Роспатент, 07 07 2006

ЛАРИН КИРИЛЛ ВАЛЕНТИНОВИЧ

РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ, МЕТОДОВ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ БОРТОВЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОННОЙ ИНДИКАЦИИ И СИГНАЛИЗАЦИИ АВИАЦИОННОГО ПРИМЕНЕНИЯ

Автореферат Подписано в печать 14 05 2008 Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная Печать трафаретная Уел печ л 1,16 Тираж 100 экз Заказ й Типография УлГТУ 432027, Ульяновск, ул Северный Венец, 32

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ ВИЗУАЛИЗАЦИИ. АРХИТЕКТУРЫ, МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПРОЕКТИРОВАНИЯ.

1.1. Анализ архитектуры и требований, предъявляемых к встраиваемому программному обеспечению бортовых систем.

1.2. Анализ моделей, методов и инструментальных средств визуализации.

1.2.1. Анализ изображений БСВ.

1.2.2. Анализ моделей и методов визуализации.

1.2.3. Анализ инструментальных средств визуализации.

1.3. Анализ методов проектирования программного обеспечения бортовых систем.

2. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ И МЕТОДИКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КСЭИС.

2.1. Разработка методики автоматизированного проектирования КСЭИС.

2.2. Разработка метода реализации объектно-ориентированного описания.

2.3. Разработка методов обеспечения качества изображения.

3. РАЗРАБОТКА ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ.

3.1. Структура Базы данных параметров.

3.1.1. Функциональный состав БД.

3.1.2. Типы сопрягаемых систем.

3.1.3. Информационные каналы.

3.1.4. Информация в каналах.

3.1.5. Реконфигурация информации.

3.1.6. Описание Логических функций.

3.1.7. Информация кадров.

3.2. Объектная модель обслуживания потоков ввода-вывода.

3.3. БД графических объектов проекта.

3.3.1. Функциональный состав БД графики.

3.3.2. Описание графических элементов.

3.3.3. Описание графических объектов.

3.3.4. Описание графических фигур.

3.4. Объектная модель обслуживания синтеза графических изображений.

3.4.1. Объектная модель графического элемента.

3.4.2. Объектная модель графического объекта.

3.4.3. Объектная модель графической фигуры.

3.5. Реализация методов улучшения изображения.

3.5.1. Реализация применения кода угла. Вектор.

3.5.2. Реализация применения кода угла. Афинные преобразования.

3.5.3. Сглаживание линии при построении.

3.6. Автономная модель системы КСЭИС.

3.7. Проект сборки файлов системы КСЭИС.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СПО КСЭИС И ПРИМЕНЕНИЯ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ.

4.1. Оценка методики автоматизированного проектирования КСЭИС.

4.2. Оценка эффективности объектного подхода на примере информационных кадров СИГН, ДВ СИГН, СОСТ, ВСУ, Блоки.

4.3. Оценка улучшения качества изображения.

4.3.1 Оценка скорости построения.

4.3.2. Оценка точности построения.

4.3.3. Оценка сходимости векторов.

Для последних лет характерно бурное развитие приложений компьютерной графики, реализованных как на графических станциях, на персональных компьютерах, так и на мобильных устройствах - сотовых телефонах, смартфонах, коммуникаторах и GPS-навигаторах. Становится общепринятым использование в сложных системах контроля и управления многооконных графических интерфейсов, электронных карт (ГИС), трехмерной анимации, обработки нескольких потоков видеоинформации и т.д. [1,4]. Это приводит к тому, что производители авиационной техники стараются перенести такие функциональные возможности на сферу специального применения во встраиваемых системах бортового авиационного применения [2,3,4].

С другой стороны, в последние годы очевидно небывалое развитие элементной базы процессоров и специализированных микросхем, используемых, в том числе, и в бортовых системах авиационной техники. Наблюдается практически ежегодная сменяемость поколений аппаратного обеспечения. Новые поколения микросхем отличаются от своих предшественников не только функциональными возможностями, но и временными, надежностными и массо-габаритными характеристиками [5], что дает возможность существенно расширять функциональные возможности бортовых систем авиационной техники.

Эти две тенденции породили большое разнообразие технических заданий (ТЗ) на разработку бортовых комплексов визуализации полетной и системной информации, называемых - комплексные системы электронной индикации и сигнализации (КСЭИС), и большое разнообразие аппаратных платформ реализации КСЭИС. Современные технические задания на комплексные системы электронной индикации и сигнализации содержат требования, все более подчеркивающие сложность объекта проектирования

77]. В ТЗ определяются требования на работу в жестком реальном времени на многие задачи решаемые комплексом; расширяется функциональное назначение элементов комплекса; вводятся сложные объекты синтезированной визуализации, относящиеся к 2D- и 3D- представлениям и их смешению с потоковой информацией реальных видео-, метео- данных и данных системы предупреждения сближения с землей; повышаются требования качества представления информации при визуализации; вводятся ограничения по массо-габаритным характеристикам [6,7,8].

При этом, сохраняется тенденция ко все большей минимизации времени, отводимого на разработку, отладку и сопровождение таких систем, что определяется высокой конкуренцией на рынке производителей подобных систем. Это заставляет проектировщиков КСЭИС строить системы на базе типовых компьютерных плат бортового применения, обеспечивая проблемную ориентацию проектируемых систем соответствующим программным обеспечением [6].

Наиболее интенсивные исследования в области приложений компьютерной графики проводились, начиная с конца 70-х годов прошлого века. Основные результаты нашли отражение в работах Созерленда, Освальда, Брезенхема и др. [17-31]. В них обсуждались вопросы человеко-машинного интерфейса, построения примитивов, обрезки линий и примитивов, сглаживания и заливки, структуры и ядра графических систем. Остались нерешенными вопросы компенсации искажений геометрии фигуры в результате смещений в дискретной плоскости, производительности алгоритма сглаживания синтезированного изображения, взаимодействия аппаратных и программных исполнительных механизмов, проектирования объектно-ориентированных структур описательных данных для исполнительных механизмов. Кроме того, в них не затрагивались вопросы автоматизации проектирования программного обеспечения для реализации разработанных моделей и методов.

Исследованием аспектов проектирования специального программного обеспечения бортовых систем занимались Джанджгава Г.И., Бражник В.М., Рогалев А.П., Никулин А.С. и др. [12-16]. Данным работам характерна сильная привязка к проблемной области авиационного приборостроения. В то же время, процессы разработки безопасного программного обеспечения для критических условий применения рассматривали Девис Н., Хамфри У., Редвайн С. [46], Фаулер М. [45] и Липаев В.В. [40, 57].

Задачам автоматизации проектирования программного обеспечения и программных систем посвящены работы Буча Г. и Рамбо Дж. [54], связанные с разработкой унифицированного языка моделирования UML (Unified Modeling Language [53]), основой продуктов компании Rational Software [56], и работы Международного союза электросвязи (ITU-T), связанные с языком графических описаний и спецификаций SDL (Specification and Description Language) который входит в Рекомендации ITU-T серии Z.100 и является основой программных продуктов фирмы Telelogic [55].

В последнее время в связи с развитием объектно-ориентированного программирования в данной области можно выделить исследования Буча Г., Элиенса А., Кнута Д., Ахо А., Шалыто А.А. и др. [51, 52, 49, 50, 48]. Однако, в них не учитывается специфика современных КСЭИС, которая оказывает существенное влияние на эффективность методов и средств автоматизации проектирования.

Вопросам операционных систем реального времени во встраиваемых системах посвящены работы Бэкона Дж. и Харриса Т. [43], Таненбаума Э.С. [47], Вудхалл А.С. [42].

Таким образом, все вышеизложенное определяет актуальность разработки подходов к автоматизации проектирования специального программного обеспечения комплексных систем электронной индикации и сигнализации, обеспечивающих проектирование данных систем в минимальные сроки с требуемыми характеристиками качества.

Целью диссертационной работы является разработка методики автоматизированного проектирования программного обеспечения КСЭИС, опирающейся на комплекс новых моделей, методов и инструментальных средств и обеспечивающей разработку ПО с требуемыми характеристиками качества в сжатые сроки.

Следуя цели, в диссертационной работе были поставлены и решены следующие задачи:

1. Анализ современных моделей и методов визуализации графической информации, требований, предъявляемых к специализированным встраиваемым системам авиационного применения, и подходов к автоматизированному созданию программного обеспечения.

2. Разработка функционально-структурной модели процесса автоматизированного проектирования программного обеспечения специализированных бортовых систем авиационного применения.

3. Разработка методики автоматизации проектирования СПО КСЭИС.

4. Разработка инструментальных средств автоматизации проектирования СПО КСЭИС.

5. Разработка методов визуализации, обеспечивающих требуемые характеристики качества визуализации и функционирования КСЭИС.

Объектом исследования в работе является автоматизация проектирования КСЭИС, предметом исследования служат применяемые для этого модели и методы.

Методы исследования базируются на теории алгоритмов, алгебраических методах компьютерной графики и строятся на сочетании формальных и содержательных методов.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена непротиворечивостью применяемых моделей и методов, результатами экспериментальных исследований и результатами успешной эксплуатации разработанных систем КСЭИС.

Апробация работы проведена на конференциях :

1. Системы искусственного интеллекта и нейроинформатика. Международная конференция «Континуальные логико-алгебраические исчисления и нейроматематика в науке, технике и экономике —КЛИН— 2003,2004,2005,2007 гг.».

2. Вторая международная конференция "Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности" 07-09.02.2006, Санкт-Петербург, Россия.

3. Information Technologies: Proceeding of Russian-German scientific conference devoted to 10-years cooperation of Ulyanovsk State Techical University and Darmstadt University of Applied Science. - Ulyanovsk, U1STU, 2007.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итогом работы является разработка методики автоматизированного проектирования программного обеспечения КСЭИС, опирающейся на комплекс моделей, методик и инструментальных средств и обеспечивающей разработку ПО с требуемыми характеристиками качества в сжатые сроки. В данной работе:

1. Разработана новая функционально-структурная модель процесса автоматизированного проектирования программного обеспечения специализированных бортовых систем авиационного применения и методика автоматизации проектирования СПО КСЭИС через описания структуры системы, входных данных и графических изображений специализированных кадров, через автономное моделирование ФЗ, обеспечивающие требуемые характеристики качества визуализации КСЭИС;

2. Предложена новая методика реализации объектно-ориентированного подхода к программированию ФЗ ввода-вывода и визуализации;

3. Предложен новый метод сглаживания синтезируемых образов для растровых устройств визуализации;

4. Разработан комплекс инструментальных средств автоматизации проектирования СПО КСЭИС, применяемый при выполнении реальных проектов на независимых РМ, назначение которых соответствует функциям, определенным в функционально-структурной модели;

5. Разработан и реализован метод сглаживания синтезируемой линии в процессе ее построения, который внедрен в графическую библиотеку САПР КСЭИС, применяемую во всех проектах выполняемых ОАО «УКБП», обеспечивая совместно с расчетными методами и палитрой качественное отображение входных параметров.

Применяемый математический аппарат многосортной алгебры позволил систематизировать информационное содержание и качественное наполнение современной проектируемой системы КСЭИС, что позволило создать описание общего информационного поля системы, систематизировать унифицируемую и наследуемую информацию, методы, алгоритмы и программные коды функциональных задач. Что позволяет сокращать сроки в части получения предварительных результатов проектирования, используя инкрементный метод моделирования на начальном этапе, когда еще не вся совокупность требований определена, и эволюционной метод на окончательном этапе и этапе сопровождения проекта в эксплуатации.

Алгебраические методы компьютерной графики совместно с методом реализации объектно-ориентированного подхода к программированию на не объектно-ориентированном языке позволили разработать и применить новый алгоритм сглаживания примитивов для исполнительных процедур визуализации. Применение многосортной алгебры позволило выстроить иерархию описания графических элементов кадров и механизмов их обслуживания.

Научная новизна работы заключается в:

1. Разработанной новой функционально-структурной модели процесса автоматизированного проектирования программного обеспечения специализированных бортовых систем авиационного применения и методике автоматизации проектирования СПО КСЭИС через описания структуры системы, входных данных и графических изображений специализированных кадров, через автономное моделирование ФЗ, обеспечивающие требуемые характеристики качества визуализации КСЭИС;

2. Предложенной новой методике реализации объектно-ориентированного подхода к программированию ФЗ ввода-вывода и визуализации;

3. Предложенном новом методе сглаживания синтезируемых образов для растровых устройств визуализации.

Практическая ценность работы состоит в:

1. Разработанном комплексе инструментальных средств автоматизации проектирования СПО КСЭИС, применяемом при выполнении реальных проектов на независимых РМ, назначение которых соответствует функциям, определенным в функционально-структурной модели;

2. Разработанном и реализованном методе сглаживания синтезируемой линии в процессе ее построения, который внедрен в графическую библиотеку САПР КСЭИС, которая применяется во всех проектах выполняемых ОАО «УКБП», обеспечивая совместно с расчетными методами и палитрой качественное отображение входных параметров.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы на соискание ученой степени кандидата технических наук обсуждались на конференциях:

1. Системы искусственного интеллекта и нейроинформатика. Международная конференция «Континуальные логико-алгебраические исчисления и нейроматематика в науке, технике и экономике -КЛИН— 2003, 2004, 2005, 2007 гг.».

2. Вторая международная конференция "Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности" 07-09.02.2006, Санкт-Петербург, Россия.

3. Information Technologies: Proceeding of Russian-German scientific conference devoted to 10-years cooperation of Ulyanovsk State Techical University and Darmstadt University of Applied Science. - Ulyanovsk, U1STU, 2007.

Публикация результатов работы. По теме «Разработка моделей, методов и инструментальных средств для автоматизированного проектирования специализированных бортовых систем электронной индикации и сигнализации авиационного применения» опубликовано 12 работ.

В работах [87], [88] дан анализ методов визуализации графической информации для встраиваемых систем и описан подход к оптимальному выбору алгоритмов визуализации графической информации для встраиваемых систем. В работе [89] проведен анализ требований к гладкому отрезку и предложен алгоритм применения гладкого отрезка для компенсации артефактов при построении сложных фигур, в том числе, залитых. В работе [90] проведен анализ иерархии описаний элементов изображений, их взаимосвязи и взаимозависимости при визуализации сложных кадров. Работа [91] раскрывает объектный подход к описанию графических данных изображений встраиваемой системы типа КСЭИС, которые в работе [92] описаны как шаблоны структур данных, программная реализация которых продемонстрирована в работе [93]. Обоснование необходимости разработки специального инструмента и метод его реализации для задачи формирования и обслуживания графических объектов предложен в работе [95]. Анализ существующих систем управления требованиями в части обеспечения актуальности информационного поля проектируемой системы, состав которого определен в данной диссертационной работе, проведен в работе [94]. Работа [96] посвящена рассмотрению функционально-структурной модели процесса автоматизированного проектирования программного обеспечения специализированных бортовых систем авиационного применения типа КСЭИС, дан анализ этапов наполнения информационной БД, применения имитирующей среды и окончательной сборки целевого проекта.

При проведении практических работ по формированию графической подсистемы многофункциональных индикаторов, для реализации графических приложений функциональных задач встраиваемых систем типа КСЭИС, получены свидетельства об официальной регистрации: 1. Графическая библиотека для систем электронной индикации // Свидетельство №2006612257, М.:Роспатент, 30.06.2006. [97]

2. Программа построения гладкой линии для графической библиотеки систем электронной индикации // Свидетельство №2006612397, М.:Роспатент, 07.07.2006. [98]

Практическое использование результатов диссертационной работы подтверждено актом о внедрении, приведенном в Приложении А.

1. Александров, А. Трехмерные ландшафты / А. Александров. // Computerworld #14/2006 (http://www.osp.ni/text/302/l 154638/)

2. Алексеев, Э.П. Перспективные интегрированные комплексы авионики гражданских самолетов НИИ АО / Э.П. Алексеев, А.В. Евгенов, М.П. Перчаткин. // г. Жуковский, Россия,-(http://www.niiao.ru/articlemaks2001 .htm)

3. Кучерявый, А.А. Современная интегрированная модульная авионика: состояние и тенденции развития / А.А. Кучерявый // Аналитический обзор. Редакция 08-2006. ОАО «УКБП», г.Ульяновск. Россия.

4. Avionics overview, Smart cockpits, safer skies and doing business in the air // Professional Pilot, Apr p.66

5. Павлов, A.M. Принципы организации бортовых вычислительных систем перспективных летательных аппаратов / A.M. Павлов. // ГосНИИАС, Мир компьютерной автоматизации, 4/2001

6. Ефанов, В.Н. Стеклянная кабина экипажа: тенденции и перспективы / В.Н. Ефанов // Мир авионики. 2001. №1 С.20-26.

7. Третьяков, Д. А. Системы кабинной индикации: мода или необходимость / Д.А. Третьяков // Мир авионики. 2001. №1 С.27-29.

8. Парамонов, П.П. Теория и практика статистического анализа картографических изображений в системах навигации пилотируемых летательных аппаратов / П. П. Парамонов, Ю. А. Ильченко, И. О. Жаринов//Датчики и системы. —М.:, 2001 №8. — С.15-19.

9. Никулин, А.С. Проектирование программного обеспечения компонентной архитектуры для перспективных авиационных комплексов / А.С. Никулин, А.П. Рогалев, Ю.Н. Кофанов // Информационные технологии в проектировании и производстве. 2002. № 2.

10. Липаев, В.В. Технология сборочного программирования / В.В. Липаев, Б.А. Позин, А.А. Штрик // Под ред. В.В. Липаева. -М.: Машиностроение, 1992.

11. Sutherland, I. Е. Sketchpad: A Man-Machine Graphical Communication System / I. E. Sutherland // PhD thesis, Massachusetts Institute of Technology, January 1963.

12. Oswald, E. A Generic 2D Graphics API with Object Framework and Applications / E. Oswald // Diss. ETH Nr. 13778, SWISS FEDERAL INSTITUTE OF TECHNOLOGY ZEURICH (ETH ZEurich)

13. Bresenham, J. E. Algorithm for computer control of a digital plotter / J. E. Bresenham II IBM Systems Journal, 4(1):25~30, 1965.

14. Bresenham, J. E. A linear algorithm for incremental digital display of circular arcs / J. E. Bresenham // Communications of the ACM, 20(2): 100-106, February 1977.

15. Crow, F.C. The aliasing problem in computer-generated shaded images / F.C. Crow // Communications of the ACM, 20(11):799-805, November 1977.

16. Crow, F.C. A comparison of antialiasing techniques / F.C. Crow // Computer Graphics & Applications, 1(1):40—48, January 1981.

17. Newman, W. Principles of Interactive Computer Graphics / W. Newman and R. Sproull // McGraw-Hill, 1973.

18. Sutherland, I. E. Reentrant polygon clipping /1. E. Sutherland and G. W. Hodgman // Communications of the ACM, 17(1):32—42, January 1974.

19. Cyrus, M. Generalized two- and three-dimensional clipping / M. Cyrus and J. Beck// Computers and Graphics, 3:23—37, 1978.

20. Blinn, J.F. A trip down the graphics pipeline: Line clipping / J. F. Blinn, Jim Blinn's Corner // IEEE Computer Graphics and Applications, 11(1):98-105, January 1991.

21. Liang, Y. A new concept and method for line clipping / Y. Liang and B. Barsky // ACM Transactions on Graphics, 3(1): 1— 22, January 1984.

22. Harris, M.A. Line Drawing, Leap Years, and Euclid / M.A. Harris and E.M. Reingold // ACM Computing Surveys, Vol. 36, No. 1, March 2004, pp. 68-80.

23. Boyer, V. Discrete Analysis for Antialiased Lines / V. Boyer and J.J. Bourdin // EUROGRAPHICS 2000 / A. de Sousa, J.C. Torres Short Presentations

24. Jones, T.R. Antialiasing with Line Samples / T.R. Jones, R.N. Perry // Eurographics Workshop on Rendering, June 2000. (http://www.merl.com/reports/TR2000-21/)

25. Fabris, A.E. Antialiasing of Curves by Discrete Pre-filtering / A.E. Fabris, A.R. Forrest // Computer Graphics (SIGGRAPH '97 Proceedings), August 1997.pp 317-326. (http://citeseer.ist.psu.edu/fabris97antialiasing.html)

26. Роджерс, Д. Алгоритмические основы машинной графики / Д. Роджерс // пер. с англ. М.: Мир, 1989. - 512 е., ил.

27. Роджерс, Д. Математические основы машинной графики / Д. Роджерс, Дж. Адаме // М:, из-во "Мир", 2001

28. Джамбруно, М. Трехмерная графика и анимация / Марк Джамбруно // (2-е изд.) Изд-во "Вильяме", 2002г.

29. Шикин, Е.В. Компьютерная графика. Динамика, реалистическое изображение / Е.В. Шикин, А.В. Боресков // Москва. Диалог-МИФИ, 1996

30. Шикин, Е.В. Компьютерная графика. Полигональные модели / Е.В. Шикин, А.В. Боресков // М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2000. - 464 с.

31. Эйнджел, Эдвард Интерактивная компьютерная графика. Вводный курс на базе OpenGL / Эйнджел Эдвард // 2 изд.: Пер. с англ. М.: Издательский дом "Вильяме", 2001. - 592 е.: ил. - парал. тит. англ.

32. Фоли, Дж. Основы интерактивной машинной графики / Дж. Фоли, А. вэн Дэм // В двух книгах. Пер. с англ.-М.Мир, 1985,- 368 с.ил.

33. Липаев, В.В. Функциональная безопасность программных средств / В.В. Липаев // Jet Info, N8(135)/2004. (http://www.jetinfo.rU/2004/8/l/articlel.8.2004.html)

34. Басс, Л. Архитектура программного обеспечения на практике / Л. Басс, П. Клементе, Р. Кацман // 2-е изд. Издательский дом "Питер", 2006.

35. Таненбаум, Э. С. Операционные системы: разработка и реализация (+CD). Классика CS. / Э.С. Таненбаум, А. С. Вудхалл // Издательский дом "Питер", 2005.

36. Бэкон, Дж. Операционные системы / Дж. Бэкон, Т. Харрис // Издательский дом "Питер", 2004.

37. Кент, Б. Экстремальное программирование/ Кент Бек // СПб.: Питер, 2002.

38. Мартин, Ф. Рефакторинг. Улучшение существующего кода / Мартин Фаулер // Пер. с англ. СПб: Симолв-Плюс, 2003.

39. Нупур, Д. Процессы разработки безопасного программного обеспечения / Нупур Дэвис, Уотте Хамфри, Сэмюэл Редвайн, Герлинда Цибульски, Гэри Макгроу // Открытые системы N08/2004, (http://www.osp.ru/os/2004/08/185088/)

40. Таненбаум, Э. Современные операционные системы / Э. Таненбаум // Издательство: Питер, 2002 г.

41. Шалыто, А. А. SWITCH-технология. Алгоритмизация и программирование задач логического управления / А.А. Шалыто // СПб.: Наука, 1998. 628 с.

42. Кнут, Д. Искусство программирования. Т. 1. Основные алгоритмы. / Д. Кнут // М:. Вильяме, 2003.

43. Ахо, А. Структуры данных и алгоритмы / А. Ахо, Д. Хопкрофт, Д. Ульман // М.: Вильяме, 2000.

44. Буч, Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++ / Г. Буч // М.: Бином, СПб.: Невский диалект, 1998.

45. Элиенс, А. Принципы объектно-ориентированной разработки программ / А. Элиенс // М.: Вильяме, 2002. 496 с.

46. UML™ Resource Page (http://www.uml.org/)

47. Буч, Г. UML. Классика CS. / Г. Буч, А. Якобсон, Дж. Рамбо // 2-е изд. / Пер. с англ.; Под общей редакцией проф. С. Орлова СПб.: Питер, 2006. - 736 с. ISBN 5-469-00599-2

48. Telelogic АВ. (http://www.telelogic.com/)

49. Rational Software (http://www-306.ibm.com/software/ru/rational/)

50. Липаев, В.В. Надежность программного обеспечения АСУ / В.В. Липаев//М., Энергоиздат, 1981.

51. Engenuity Techologies (http://www. Engenuitytech.com)

52. National Aerospace Laboratory NLR (http://www.nlr.nl)

53. Esterel Technologies (http://www.esterel-technologies.com)

54. Distributed Simulation, Inc. (DiSTI) (http://www.simulation.com)

55. Wind Rive (http://www.windriver.com/)

56. Тяпченко, Ю.А. Система отображения информации ОК "БУРАН" / Ю.А. Тяпченко // "Авиакосмическая техника и технология" научно-технический журнал "Авиакосмической" секции Российской Инженерной Академии, N4, 1998, 48 стр., ил., тираж 300 экз.

57. Тяпченко, Ю.А. Системы отображения информации типа «Нептун» космических аппаратов "Союз-Т", "Союз-ТМ". / Ю.А. Тяпченко // ЗАО НТЦ «Альфа-М» г. Жуковский, Московская обл.

58. Манушин, В.А. Система формирования цветного растрового индикатора / В.А. Манушин // Отчет о научно-исследовательской работе (Книга 1 и Книга 2). Казанский авиационный институт им. А.Н.Туполева. Казань 1992г.

59. Ефанов, В.Н. Стеклянная кабина экипажа: тенденции и перспективы / Ефанов В.Н. // Мир авионики. 2001. №1 с.20-26.

60. Третьяков, Д.А. Системы кабинной индикации мода или необходимость / Д.А. Третьяков // Мир авионики. 2001. №1 с.27-29.

61. Павлов, A.M. Принципы организации бортовых вычислительных систем перспективных летательных аппаратов / A.M. Павлов // ГосНИИАС, Мир компьютерной автоматизации, 4/2001

62. Бодрунов, С.Д. «Панда» займет нишу многофункциональных БРЛС на период разработки радиолокационных систем пятого поколения / С.Д.Бодрунов, Ю.И.Белый, В.А.Таганцев, Ю.И.Зеленюк // Мир авионики №3, 2003, стр. 19-22

63. Федунов, Б.Е. Бортовые интеллектуальные системы управления и наведения пилотируемых летательных аппаратов / Б.Е. Федунов // ФГУП ГосНИИ авиационных систем, Москва. ISBN 5-7262-0633-9. Научная сессия мифи-2006. Том 3

64. Смелянский, P.JI. Проблемы разработки и анализа функционирования встроенных систем реального времени / P.JI. Смелянский // МГУ им. М.В. Ломоносова, ф-т ВМиК, smel@cs.msu.su

65. Коварцев, А.Н. Автоматизация разработки и тестирования программных средств на основе технологии графо-символического программирования / А.Н. Коварцев // Дис. на соиск. учен. ст. докт. тех. наук. г.Самара, 1999. 284 с.

66. Вечно живая Ada // Computerworld #45/2005 (http://www.osp.ru/text/302/373021/)

67. Опыт создания бортового ПО для истребителя F-22 // 2000 №35 Корпоративные системы. (http://www.pcweek.ru/themes/detail .php?ID=5 5471)

68. Graphics Standards Planning Committee. Status report of the graphics standards planning committee // Computer Graphics, 11, 1977.

69. Graphics Standards Planning Committee. Status report of the graphics standards planning committee // Computer Graphics, 13(3), August 1979.

70. International Organization for Standardization. The graphical kernel system (GKS) // Technical Report 7942, ISO Geneva, 1985.

71. ANSI (American National Standards Institute). American National Standard for Information Processing Systems.Computer Graphics. Graphical Kernel System (GKS) Functional Description. // ANSI, 1985. ANSI X3.124-1985.

72. Вельтмандер, П.В. Машинная графика / П.В. Вельтмандер //(Учебное пособие в 3-х книгах), ISBN 5-230-13583-2, О Новосибирский государственный университет, 1997 (http://ermak.cs.nstu.ru/kgrivs/kg01.htm)

73. Wu, Xiaolin An efficient antialiasing technique / Wu, Xiaolin // Computer Graphics 25 (4): 143-152. ISBN 0-89791-436-8.

74. Requirements Engineering Management. Findings Report Phase 1 // RTCA Special Committee 205 (Software Considerations in Aeronautical Systems), December 20, 2005

75. ARINC-429, ARINC Specification 429, Digital Information Transfer System Parts 1, 2, 3 Special Discount Rate, (http://www.arinc.com/)

76. Ларин, К.В. Разработка алгоритмов визуализации графической информации для встраиваемых систем / К.В. Ларин, В.В. Шишкин // Научно-технический калейдоскоп N 2, 2004.- с.47-51.

77. Ларин, К.В. Анализ систем управления требованиями / К.В. Ларин, В.В. Шишкин // Труды международной «Конференции по логике, информатике, науковедению», Ульяновск, УлГТУ, 17-18 мая 2007 года. Том 2.-С.41.

78. Ларин, К.В. Автоматизация разработки комплексных систем электронной индикации и сигнализации летательных аппаратов / К.В. Ларин, В.В. Шишкин, С.И. Елькин // Датчики и системы. М:, 2007 №12(103). с.35-38.

79. Графическая библиотека для систем электронной индикации / Ларин К.В., Азов С.К., Макаров Н.Н., Хоменко В.И.: заявитель и правообладатель ОАО «УКБП» // Свидетельство №2006612257, М.:Роспатент, 30.06.2006

80. Программа построения гладкой линии для графической библиотеки систем электронной индикации / Ларин К.В., Азов С.К., Макаров Н.Н.: заявитель и правообладатель ОАО «УКБП» // Свидетельство №2006612397, М.:Роспатент, 07.07.2006

81. D0-160(A F), Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment.http://www.rtca.org/downloads/ListofAvailableDocsWebDEC2007.htm)

82. DO-254, Design Assurance Guidance for Airborne Electronic Hardware. (http://www.rtca.org/downloads/ListofAvailableDocsWebDEC2007.htm)

83. ARINC-653, ARINC Report 653 Avionics Application Software Standard Interface, (http://www.arinc.com/)

84. KT-178B. Квалификационные требования. Часть 178В. Требования к программному обеспечению бортовой аппаратуры и систем при сертификации авиационной техники. // Межгосударственный Авиационный Комитет, Авиационный Регистр. 1997.

85. System application program interface (API) С Language. : ISO/IEC 9945-1, ANSI/IEEE Std 1003.1 // New York, NY: IEEE, 1996, ISBN 155937-573-6

86. УТВЕРЖДАЮ» Генеральный директор ОАО «Ульяновское ^^^^i^topGKoe бюро приборостроения», к.т.н.1. Н. Н. Макаров200®г.1. АКТ

87. Об использовании результатов диссертационной работы Ларина Кирилла Валентиновича

88. Главный конструктор 1-го направления, к.т.н.1. В.П. Деревянкин