基于ARM和QNX的全數字式儀表設計

章敏鳳

（安徽信息工程學院，安徽蕪湖241000）

1 引言

隨著汽車產業向智能制造的轉型與升級，智能互聯必將成為現代汽車產業發展的趨勢之一。互聯網汽車將逐步向人機交互、多屏互聯以及智能安全方向發展，儀表在汽車智能化的進程中起到了極其重要的作用。本文設計了一種以飛思卡爾公司推出的低功耗ARM芯片i.MX6Q為硬件核心，基于QNX+KANZI的全數字式儀表，正常行駛時能實時顯示車輛數據，緊急情況時能顯示車聯網終端發送的信息。相對于傳統的汽車儀表，本設計接口更加豐富、人機交互方式更加友好，不僅實現了汽車儀表的實時美觀，更極大地保障駕駛人員的安全。

2 系統硬件電路方案設計

全數字式儀表采用兩塊12.3英寸彩屏（分辨率為1920*720）、一個揚聲器、導光支架、背光模組及前框和后殼等構成，以圖形化的顯示形式把車輛基本狀態數據及報警提示等綜合顯示出來[1]。主控制單元i.MX6Q基于NXP(Freescale)ARM Cortex-A9架構，最高運行頻率可達1.2GHz，處理器內部為64/32位總線結構，可實現12000DMIPS的高性能運算能力，自帶2D圖形加速，3D圖形加速引擎，最大可支持4096*4096 pixels分辨率，視頻解碼支持MPEG-4/H.263/H.264達到1080P@30fps，解碼MPEG2/VC1/Xvid視頻達到1080P@30fps，動畫運行流暢、圖片處理速度快。顯示屏采用10.1寸TFT屏，分辨率為1366*768，可清晰顯示以虛擬指針形式顯示的車輛主要運行數據，也能清晰顯示報警圖片、文字、視頻信號等。系統總體硬件框圖如圖1所示。

i.MX6Q具有2路CAN控制器，本設計采用MCP2551作為CAN協議控制器和物理總線接口，MCP2551是一個可容錯的高速CAN器件，基于MCP2551的CAN接口電路如圖2所示。用于采集CAN總線上的報文信息。

來自硬線的模擬信號如燃油信號通過ADC采集。車輛與車聯網指揮終端采用WIFI和GPRS兩種通信模式[2]。

3 QT虛擬儀表軟件設計

本設計采用QNX操作系統，QNX由于其支持多任務、多用戶、多線程被大多數嵌入式開發者所青睞，它可以高效的管理各任務的調度，組織分配資源，使得程序開發更加的方便快捷，更利于后期維護，擁有強大的穩定性與安全性。GUI工具Qt一個跨平臺的用于創建精彩用戶界面和強大原生應用的框架。它包括一套平臺的類庫，一整套整合的開發工具和跨平臺的集成開發環境。Qt具有優良的跨平臺性、面向對象、豐富的API、詳盡的輔助文檔以及多線程管理和網絡支持等功能。開發者使用Qt可以選擇適合自己的開發方式，即可選擇直觀的C++編碼方式，也可以使用適用于初學者的 Qt標記性語言QML。當然更可以活用二者，后端應用邏輯和業務邏輯采用Qt C++，界面動畫的開發使用QML。Qt的代碼可重用資源是相當龐大的，開發者可以使用一個代碼庫就可以配置嵌入式和移動平臺，這對嵌入式開發工程師和移動設備開發者來講是相當的便利的。Qt也提供企業版的工具、支持、服務確保實現開發目的[3]。所構建的開發平臺采用模塊化的設計方法，將虛擬儀表軟件分為通信初始化模塊、OBD數據解析模塊、計算與顯示模塊。為充分利用Qt的已有功能，進行程序設計時，遵循如下原則:

圖1 系統總體硬件框圖

圖2 CAN接口電路

圖3 系統整體效果圖

①根據Qt已有的類庫找到合適的類，并利用其所提供的方法建立對象彼此間的聯系;

②當 Qt庫中沒有合適的類可以調用時，則利用第三方的類庫或者根據項目的需要，自己定義相應的類。

圖形顯示模塊的設計關鍵在于虛擬儀表指針動態顯示效果的實現。在實際實現時，采用Qt第三方圖標庫Qwt中的 Qwt Dial類構成儀表。Qwt庫采用 LGPL版權協議的開源項目，先通過源代碼本地編譯生成運行庫，再以動態鏈接庫(dll)的方式使用。

系統整體效果圖如圖3所示。

4 總結

本設計能夠提高人機交互圖形界面的研發效率，降低研發成本。本文根據車載儀表顯示器的設計需求，提供了一種針對大屏幕、高分辨率顯示器的汽車儀表圖形解決方案。采用QT進行圖形界面的設計開發，軟件對圖形進行反走樣等優化處理，在i.MX6Q的硬件平臺中獲得良好的顯示效果。