汽車虛擬儀表平臺(tái)的設(shè)計(jì)

王維斌

摘要：汽車是人們交通出行中普遍應(yīng)用的交通工具，其發(fā)展勢(shì)頭迅猛，不斷有先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用到汽車當(dāng)中，完善和豐富汽車的功能，更好的滿足消費(fèi)者的需求。虛擬儀表是汽車的重要設(shè)施，能夠?yàn)轳{駛員提供重要的指示信息，幫助駕駛員了解汽車的運(yùn)行狀態(tài)，使其獲得舒適的駕駛體驗(yàn)，并保障汽車的運(yùn)行安全。根據(jù)，汽車虛擬儀表逐漸朝著電子化和可視化的方向發(fā)展，并不斷予以改進(jìn)和創(chuàng)新，使其功能更加豐富。本文圍繞汽車虛擬儀表平臺(tái)的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究討論。

【關(guān)鍵詞】汽車 虛擬儀表 設(shè)計(jì)

虛擬儀表是汽車的重要組成部分，根據(jù)現(xiàn)代汽車的發(fā)展需求，要求虛擬儀表所顯示和處理的信息更加全面、豐富，需要對(duì)汽車虛擬儀表平臺(tái)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，以提高其集成化程度，加快其數(shù)字化的發(fā)展進(jìn)程。設(shè)計(jì)多功能、集成化的汽車虛擬儀表平臺(tái)，能夠?qū)④囕v的運(yùn)行信息更加全面、精準(zhǔn)的提供給駕駛員，能夠更加高效的予以處理，為汽車的安全運(yùn)行給予保障。

1 方案設(shè)計(jì)

在汽車虛擬儀表平臺(tái)的設(shè)計(jì)，需要制定科學(xué)、可行的方案，具體包括硬件架構(gòu)、嵌入式處理器、模塊設(shè)計(jì)以及整體硬件電路等方面。

1.1 汽車虛擬儀表平臺(tái)的硬件架構(gòu)

選用QNX作為操作系統(tǒng)，工作溫度為-40-85℃，在不同環(huán)境條件下，汽車虛擬儀表平臺(tái)均能夠保持良好的運(yùn)行性能。該平臺(tái)的控制核心為ARM處理器，為i.MX53ARM Cortex A8架構(gòu)， 主頻為800MHz，GPU為OpenGL E2.0或OpenVG l.1，RAM最大為2GB，ROM最大為16G，分辨率為1920x720，顯示接口為LVDS，視頻輸入為CVBS接口，視頻輸出為LVDS輸出，能夠顯示3600全景泊車影像，CAN為2ch。在此基礎(chǔ)上，對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。將LCD顯示器（顯示所有的信號(hào)）、CAN數(shù)據(jù)采集模塊（接收其他儀表相關(guān)信號(hào)）、開關(guān)量采集、攝像頭（采集視頻信號(hào)）、USB接口（接收攝像頭采集的視頻信號(hào)）、電源、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、NAND Flash電路以及SDRAM電路等模塊與ARM形成完整的系統(tǒng)框架。

1.2 嵌入式處理器

在嵌入式處理器的選擇上，需要確保其功能全面、性能優(yōu)良，并滿足成本投入低，開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)小的需求，進(jìn)而選擇體積小、功耗低、集成程度高的S3CS2440A作為嵌入式微處理器，其對(duì)于汽車內(nèi)多個(gè)設(shè)施的控制與管理提供了重要的支持。作為嵌入式系統(tǒng)的重要組成部分，F(xiàn)lash Memory的選型十分關(guān)鍵，既要保障數(shù)據(jù)和程序存放的安全性.同時(shí)還要得到嵌入式微處理器的支持。該平臺(tái)系統(tǒng)當(dāng)中，S3CS2440A嵌入式微處理器支持NAND接口，進(jìn)而選擇NAND Flash作為Flash Memory。

1.3 模塊設(shè)計(jì)

在CAN數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)當(dāng)中，選擇SJA1000和TJA1040作為控制器和收發(fā)器，SJA1000的控制模塊包括接口管理邏輯、發(fā)送緩沖器、接收緩沖器、驗(yàn)收濾波器、位流處理器、位時(shí)序邏輯以及錯(cuò)誤管理邏輯等內(nèi)容，分別在Basic CAN模式與Peli CAN模式下工作。而TJA1040主要為物理總線和CAN控制器分別提供差動(dòng)的發(fā)送功能和接收功能，并具有良好的無源性能。

嵌入式處理器的設(shè)備接口主要用于支持PC即與開發(fā)平臺(tái)之間的通訊，并將USB攝像頭和USB鼠標(biāo)設(shè)備接入嵌入式處理器的主機(jī)接口上。由于兩個(gè)主機(jī)設(shè)備所訪問的是同一個(gè)接口，可應(yīng)用一個(gè)5端口的USB hub芯片，為多路的信號(hào)輸出提供支持。該系統(tǒng)平臺(tái)中所應(yīng)用的是AT43301-AC芯片。完成了對(duì)汽車虛擬儀表平臺(tái)器件的選擇以及相關(guān)電路的設(shè)計(jì)，汽車虛擬儀表平臺(tái)的設(shè)計(jì)得以完成。

2 構(gòu)建軟件環(huán)境

2.1 操作系統(tǒng)的選擇與開發(fā)

從性能、功能以及經(jīng)濟(jì)性等多個(gè)方面進(jìn)行考慮分析，一般選擇Linux操作系統(tǒng)作為嵌入式操作系統(tǒng)，嵌入式處理器無需改動(dòng)或稍作改動(dòng)即可應(yīng)用于操作系統(tǒng)當(dāng)中，代碼執(zhí)行效率高，適用于多種環(huán)境下，其可靠性顯著由于常規(guī)的PC機(jī)，并能夠根據(jù)應(yīng)用的需求，為其提供所需的功能支持。同時(shí)能夠降低能源消耗，進(jìn)而達(dá)到節(jié)約成本的目的。另外，Linux操作系統(tǒng)還具有強(qiáng)大的硬件支持和網(wǎng)絡(luò)支持優(yōu)勢(shì)。如果對(duì)于安全性和穩(wěn)定性有著很高的要求，則會(huì)選擇Windows CE作為操作系統(tǒng)。

在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程中，由于受到處理器能力和自身資源的限制，需要采用交叉開發(fā)的方式。建立NFS服務(wù)，并安裝Minicom和交叉編譯工作鏈，進(jìn)而建立完善的主機(jī)開發(fā)環(huán)境。先后使用匯編語言和C語言，來實(shí)現(xiàn)對(duì)Boot Loader的啟動(dòng)。然后對(duì)Linux內(nèi)核進(jìn)行移植，并建立嵌入式文件系統(tǒng)

2.2 驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)

在CAN設(shè)備驅(qū)動(dòng)開發(fā)的過程中，采用總站技術(shù)，并注意數(shù)據(jù)幀的格式和和結(jié)構(gòu)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)硬件的要求，分析網(wǎng)絡(luò)報(bào)文結(jié)構(gòu)圖、網(wǎng)絡(luò)地址分配表、數(shù)據(jù)格式定義以及網(wǎng)絡(luò)報(bào)文協(xié)議，顯示系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，該協(xié)議可以是汽車通用協(xié)議，也可以采用某款汽車的自制協(xié)議，通訊協(xié)議、數(shù)據(jù)幀、以及通訊波特率均需要滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)汽車虛擬儀表平臺(tái)的設(shè)計(jì)要求，經(jīng)讀寫函數(shù)、接收數(shù)據(jù)函數(shù)、中斷服務(wù)程序等方面的設(shè)計(jì)，完成對(duì)SJA1000驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)。

在USB接口攝像頭驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)的過程中，選擇網(wǎng)眼2000數(shù)字?jǐn)z像頭，OV511控制芯片。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和設(shè)備文件的打開、關(guān)閉、讀寫和控制等操作，需要調(diào)用接口函數(shù)。完成USB接口攝像頭驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)后，使用攝像頭采集圖像，并將命令動(dòng)態(tài)加載于該驅(qū)動(dòng)模塊，支持?jǐn)z像頭的正常工作。

另外，通過對(duì)MiniGUT的安裝和移植，儀表的圖形化顯示、USB攝像頭視頻的采集與顯示等方面的設(shè)計(jì)，進(jìn)而完成汽車虛擬儀表平臺(tái)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。

3 結(jié)論

根據(jù)汽車發(fā)展與應(yīng)用的實(shí)際需要，對(duì)汽車虛擬儀表平臺(tái)進(jìn)行科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)，并逐漸朝著智能化和自動(dòng)化的方向發(fā)展，進(jìn)一步完善汽車虛擬儀表的功能，提供給駕駛員更加全面的信息，為安全、穩(wěn)定的駕駛給予重要的保障，其對(duì)于汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著積極的推動(dòng)作用。

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