采用ARM+Linux架構(gòu)的基于CAN總線和MiniGUI的虛擬儀表設(shè)計(jì)

1、采用ARM+Linux架構(gòu)的基于CAN總線和MiniGUI的虛擬儀表設(shè)計(jì)當(dāng)今發(fā)達(dá)國家普遍使用全數(shù)字式汽車儀表,且絕大部分是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式汽車儀表，并準(zhǔn)備向更高方向發(fā)展。由于受到成本的限制，目前國內(nèi)顯示汽車儀表只能選用字段顯示方式的顯示屏，無法選用顯示分辨率更高的點(diǎn)陣式顯示屏，因此其視覺效果和顯示精度還不能令人滿意。ECU性能不斷提高，抗強(qiáng)電磁干擾、工作溫度范圍和對(duì)工作電源穩(wěn)定性要求等方面得到較大的改善，同時(shí)價(jià)格大幅度降低，因而目前有條件在汽車儀表上使用ECU控制的全數(shù)字儀表，國內(nèi)汽車儀表界一致看好全數(shù)字式汽車儀表1。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，要求汽車儀表與汽車上其他裝置交換數(shù)據(jù)，即要求接入到汽車的

2、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線上，因此本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于嵌入式系統(tǒng)、CAN總線技術(shù)和TFT LCD液晶顯示技術(shù)的全數(shù)字式汽車儀表系統(tǒng)。1 系統(tǒng)軟硬件平臺(tái)的選擇 本文選取Intel公司的PXA270為微處理器,選配MiniARM270核心板；64 MB SDRAM為系統(tǒng)運(yùn)行隨機(jī)存儲(chǔ)器；256 MB NAND Flash程序存儲(chǔ)器；MCP2515 CAN控制器負(fù)責(zé)CAN報(bào)文的接收與發(fā)送;8英寸640480真彩TFT液晶屏顯示GUI圖形界面；Linux為嵌入式操作系統(tǒng)2。選用目前較為流行的嵌入式GUI系統(tǒng)MiniGUI進(jìn)行應(yīng)用程序界面的編寫。運(yùn)用ZLG/BOOT啟動(dòng)Jflashmm、Flash FXP軟件進(jìn)行內(nèi)核的

3、燒寫與移植。軟件編制調(diào)試完畢后，進(jìn)行操作系統(tǒng)內(nèi)核定制，裁減出最小操作系統(tǒng)，并將應(yīng)用程序與最小系統(tǒng)在仿真環(huán)境下進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。虛擬儀表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。 2 MiniGUI的程序開發(fā)和移植 將MiniGUI及應(yīng)用程序移植到目標(biāo)機(jī)上需要經(jīng)歷編寫相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序、交叉編譯MiniGUI及應(yīng)用程序、安裝MiniGUI到目標(biāo)系統(tǒng)、在目標(biāo)系統(tǒng)上運(yùn)行MiniGUI應(yīng)用程序等幾個(gè)步驟。 MiniGUI程序是建立在MiniGUI和ANSIC庫之上，所以程序的編寫要按照MiniGUI的程序框架來定，并通過調(diào)用ANSIC庫以及MiniGUI自身提供的API函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。MiniGUI程序的入口點(diǎn): int MiniGU

4、IMain(int argc,const cha r * argv ) 。其風(fēng)格類似于Win32 ,也是基于窗口、事件驅(qū)動(dòng)編程。事件通過消息機(jī)制傳遞,當(dāng)事件發(fā)生時(shí)，MiniGUI將事件轉(zhuǎn)換為一個(gè)消息，并將消息發(fā)送到MiniGUI應(yīng)用程序的消息隊(duì)列之中。窗口過程函數(shù)是MiniGUI應(yīng)用程序必不可少的函數(shù)，用于接收和處理消息，是一個(gè)回調(diào)函數(shù)，由MiniGUI調(diào)用，在應(yīng)用程序中不能直接調(diào)用，其函數(shù)原型如下：static int WindowProc (HWND hWnd, int message, WPARAM wParam,LPARAM lParam)。每個(gè)MiniGUI應(yīng)用程序的初始界面一般都是

5、MiniGUI主窗口，然后在主窗口的基礎(chǔ)上再建立子窗口或?qū)υ捒虻取Ｖ鞔翱谑褂肅reateMainWindow函數(shù)實(shí)現(xiàn)，在這個(gè)函數(shù)里可以設(shè)置主窗口的風(fēng)格、大小、句柄、標(biāo)題以及窗口過程函數(shù)等6，8-9。 本文有兩個(gè)顯示界面，分別對(duì)應(yīng)流程圖里面的子程序1和子程序2。應(yīng)用程序流程圖如圖2所示。 本文采用arm-linux-gcc-3.4.3交叉編譯器對(duì)驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序進(jìn)行編譯。安裝交叉編譯器步驟：將交叉編譯器安裝包arm-linux-3.4.3.tar.bz2復(fù)制到當(dāng)前目錄下，進(jìn)行解壓安裝并指定安裝路徑：#tar xjvf arm-linux-3.4.3.tar.bz2 C /usr/local/a

6、rm。為了便于使用，安裝完畢后，通常都將交叉編譯器的路徑添加到系統(tǒng)的搜索路徑中。這樣要編譯文件時(shí)就很簡(jiǎn)單，不用每次都指定路徑，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)搜索。在這里介紹的一種方法是修改/etc/profile文件：打開/etc/profile文件，在最后一行添加pathmunge /usr/local/arm/3.4.3/sbin，保存退出，在終端輸入執(zhí)行：#. Profile（“點(diǎn)+空格+文件名”）?？赏ㄟ^在終端輸入:arm-linux-gccv 檢驗(yàn)用戶編譯器版本。arm-linux-gcc編譯出來的程序，不能在PC機(jī)上運(yùn)行，必須下載到ARM系統(tǒng)中才能運(yùn)行。 MiniGUI在Linux系統(tǒng)中有兩種運(yùn)行模式

7、：fbcon（Frame Buffer Console）和qvfb（Qt Virtual Frame Buffer）。fbcon在控制臺(tái)下運(yùn)行，這種模式下不能開Linux的X圖形界面。qvfb則是帶幀緩沖的虛擬控制臺(tái)，MiniGUI程序在qvfb中運(yùn)行就像圖形界面下的終端(Terminal)中運(yùn)行命令一樣。通過對(duì)gal_engine賦值來設(shè)置運(yùn)行模式。3 信號(hào)采集電路 CAN總線的智能節(jié)點(diǎn)一般由主控制器、CAN總線控制器、CAN總線驅(qū)動(dòng)器以及具體的功能單元組成。主控制器用來通過訪問CAN總線控制器來實(shí)現(xiàn)對(duì)CAN總線的訪問。CAN總線控制器實(shí)現(xiàn)CAN協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層功能，對(duì)外具有與主控制

8、器和總線驅(qū)動(dòng)器的接口功能。CAN總線驅(qū)動(dòng)器提供CAN總線控制器與物理總線之間的接口。 本文選用Microchip公司生產(chǎn)的MCP2515作為CAN總線控制器。MCP2515是一款獨(dú)立的CAN協(xié)議控制器，完全支持CAN 2.0B技術(shù)規(guī)范。MCP2515與主控制器的連接是通過標(biāo)準(zhǔn)串行外設(shè)接口SPI(Searial Peripheral Interface)實(shí)現(xiàn)的。主控制器選擇了Microchip公司的PIC16F913，該單片機(jī)為高性能的RISC CPU,內(nèi)部具有4 KB的可編程可擦除的Flash存儲(chǔ)器、256 B的RAM、256 B的EEPROM,帶有標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口，也能夠方便地和CAN總線控

9、制器MCP2515進(jìn)行連接。CAN總線驅(qū)動(dòng)器選擇Microchip公司的MCP2551，是一個(gè)可容錯(cuò)的高速CAN器件4,10。數(shù)據(jù)采集用的CAN總線接口電路如圖3所示。 4 CAN總線驅(qū)動(dòng)程序的方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是介于硬件和Linux內(nèi)核之間的軟件接口，是一種低級(jí)的、專用于某一硬件的軟件組件。設(shè)備驅(qū)動(dòng)也可以理解為操作系統(tǒng)的一部分，對(duì)于一個(gè)特定的硬件設(shè)備來說，其對(duì)應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是不同的，比如網(wǎng)卡、鍵盤、鼠標(biāo)、顯卡、電位器、電機(jī)等。操作系統(tǒng)本身沒有對(duì)各種硬件設(shè)備提供持久不變的“驅(qū)動(dòng)設(shè)備”，沒有驅(qū)動(dòng)，操作系統(tǒng)就控制不了底層的設(shè)備，對(duì)于操作系統(tǒng)來說，掛接的設(shè)備越多，需要的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序也越多

10、。 在Linux操作系統(tǒng)中，把所有外設(shè)都當(dāng)成文件看待，使用操作文件的方法來操作設(shè)備，通過驅(qū)動(dòng)程序，Linux操作系統(tǒng)才能以文件夾的方式來管理設(shè)備。因此驅(qū)動(dòng)程序的編寫開發(fā)具有十分重要的地位。Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序運(yùn)行在Linux內(nèi)核空間，是Linux內(nèi)核中聯(lián)系硬件設(shè)備和應(yīng)用程序的橋梁。Linux系統(tǒng)硬件、設(shè)備驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用程序的關(guān)系如圖4所示7。 MagicARM270實(shí)驗(yàn)箱采用SJA1000 CAN控制器擴(kuò)展了1路CAN接口，SJA1000是PHILIPS公司經(jīng)典的CAN控制器，支持CAN 2.0 A、B協(xié)議。結(jié)合應(yīng)用程序、驅(qū)動(dòng)程序、內(nèi)核程序，CAN驅(qū)動(dòng)流程圖如圖5所示。5 測(cè)試結(jié)果與驗(yàn)證 選取廣州致遠(yuǎn)電子有限公司生產(chǎn)的Magic ARM270實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行仿真2。通過CAN總線實(shí)現(xiàn)汽車上各種信息的采集和測(cè)量，并將采集的結(jié)果送到ARM進(jìn)行處理，最后通過TFT顯示出來，設(shè)置CAN總線傳輸速度波特率為125 KB/s，圖6所示為捕捉的一個(gè)界面。