基于Qt的內(nèi)燃機(jī)車司機(jī)顯示單元的研究

【摘 要】列車司機(jī)顯示單元DDU（Driver Display Unit）是駕駛員與車載設(shè)備進(jìn)行信息交互的平臺(tái)，是內(nèi)燃機(jī)車控制管理系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，隨著鐵路的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的司機(jī)顯示單元人機(jī)界面已不能滿足未來鐵路的需求，因此迫切需要設(shè)計(jì)出一種能顯示多樣信息并且人性化的人機(jī)界面，從而為駕駛員提供有效信息、為行車過程中的突發(fā)故障提供有效、安全的操作指導(dǎo)。本文提出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并通過實(shí)際設(shè)計(jì)論證了該方案的有效性，此DDU（Driver DisPlay Unit）采用貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車專用的司機(jī)顯示屏，操作系統(tǒng)采用CLFS Linux系統(tǒng)，該系統(tǒng)是PIXY公司在2.6.17.13一Linux內(nèi)核的基礎(chǔ)上針對(duì)DDU的特殊應(yīng)用裁減出來的、DDU人機(jī)界面開發(fā)軟件采用挪威Trolltech公司出品的Qtopiaeore4.2.2商業(yè)版本。

【關(guān)鍵詞】內(nèi)燃機(jī)車；DDU；CLFS Linux；Qtopia core

伴隨著國際上貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車的日趨先進(jìn)與便捷，其機(jī)車的司機(jī)顯示屏也由原來的儀表顯示發(fā)展成為液晶屏顯示、中國國內(nèi)的貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車的用戶界面也早已不采用過去的儀表顯示，而采用了更友好更簡單，既能實(shí)時(shí)的顯示司乘人員需要的各種參數(shù)又能減輕司乘人員的疲勞度的液晶屏顯示，但是目前國內(nèi)貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車大都是從國外進(jìn)口，其司機(jī)顯示屏等相關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)也是隨整車一起買進(jìn)的，這不僅使我們?cè)诩夹g(shù)上要依賴國外公司，國家的大量資金也流入到了國外公司、國外對(duì)貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車技術(shù)的壟斷，嚴(yán)重阻礙了中國貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車事業(yè)的發(fā)展，為了盡快趕上國際貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)在國內(nèi)己經(jīng)開始自主開發(fā)國產(chǎn)貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車。

貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車的接口通信協(xié)議已經(jīng)很成熟，又加之此DDU（DriverDisPlayunit）采用瑞士PIXY公司提供的貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車專用的司機(jī)顯示屏，操作系統(tǒng)是CLFSLiux系統(tǒng)，該系統(tǒng)是PIXY公司在2.6.17.13一Linux內(nèi)核的基礎(chǔ)上針對(duì)DDU的特殊應(yīng)用裁減出來的、DDU人機(jī)界面開發(fā)軟件采用挪威Trolltech公司出品的Qtopia-core4.2.2。 Qtopia core是面向嵌入式系統(tǒng)的Qt版本，是Qt的嵌入式Linux，是完整的包含C++GUI和基于Linux的嵌入式平臺(tái)開發(fā)工具。Qtopia core API可用于多種項(xiàng)目的開發(fā)。Qtopia core內(nèi)部對(duì)于字符集的處理采用UNICODE的編碼標(biāo)準(zhǔn)。這使得許多基于Qt的X windows程序可以方便的移植到嵌入式版本。因?yàn)镼topia程序的可跨平臺(tái)移植的特性，此項(xiàng)目的完成將為以后其他平臺(tái)下顯示屏控制系統(tǒng)的開發(fā)奠定軟件基礎(chǔ)，可以對(duì)此系統(tǒng)軟件只進(jìn)行區(qū)別性改動(dòng)就能在WinCE、WindowsXP系統(tǒng)下使用，因此將為公司以后項(xiàng)目的開發(fā)節(jié)省大量時(shí)間。

1 內(nèi)燃機(jī)車顯示屏需求分析

內(nèi)燃機(jī)車顯示單元向司機(jī)提供列車運(yùn)行狀態(tài)、車載設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)以及故障信息，對(duì)司機(jī)的駕駛操作起決定性作用，因此顯示單元設(shè)計(jì)性能的優(yōu)劣直接影響司機(jī)的駕駛質(zhì)量。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子設(shè)備被更多的應(yīng)用于高速運(yùn)行的列車司機(jī)室內(nèi)，導(dǎo)致人機(jī)之間信息交流量劇增，智能司機(jī)顯示單元因其信息容量大，圖形顯示方便，界面友好，可讓司機(jī)專注于重要信息從而提高工作效率，同時(shí)司機(jī)顯示單元的使用簡化了司機(jī)室內(nèi)器件的布置，有利于司機(jī)室簡潔化的發(fā)展。

司機(jī)顯示單元（DDU）通過串口線與機(jī)車網(wǎng)絡(luò)連接，機(jī)車網(wǎng)絡(luò)上的其它控制單元，如牽引控制單元（TCU）、輔助控制單元（ACU）、制動(dòng)控制單元（BCU）、供電控制單元（PSU）等的狀態(tài)信息和故障信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給主處理單元（MPU），這些數(shù)據(jù)經(jīng)過MPU的處理（分類、整理、記錄）后通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到DDU上，通過DDU的不同顯示界面對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行顯示。

2 內(nèi)燃機(jī)車顯示屏總體方案設(shè)計(jì)

2.1 內(nèi)燃機(jī)車顯示屏硬件平臺(tái)

本系統(tǒng)所運(yùn)行的平臺(tái)是一個(gè)獨(dú)立的硬件單元，其生產(chǎn)廠家已經(jīng)為其添加了相應(yīng)的抗干擾電路及防腐蝕設(shè)備，其前面用于顯示及按鍵輸入后面用于連接電源及各種通信端口。此平臺(tái)配有x86兼容的CPU，TFT顯示屏，圖像控制器，RAM和電氣接口。基本的運(yùn)行操作和個(gè)人筆記本電腦類似。另外，車載顯示器安裝了微型控制器，用來執(zhí)行一系列“即時(shí)命令”。

2.2 內(nèi)燃機(jī)車顯示屏系統(tǒng)軟件環(huán)境

應(yīng)用程序工作的軟件環(huán)境是PIXY公司通過對(duì)2.6.17.13-Linux內(nèi)核使用CLFS（Cross一Compiled Linux From Serateh）配置方法并增加了部分硬件驅(qū)動(dòng)和軟件功能實(shí)現(xiàn)的PIXY-Linux版本，通過使用CLFS方法，用戶可以根據(jù)自己的需要定制Linux系統(tǒng)，決定系統(tǒng)的各個(gè)方面，比如文件目錄的分布和啟動(dòng)腳本的設(shè)置，CLFS的另一個(gè)好處就是可以創(chuàng)建一個(gè)非常緊湊的Linux系統(tǒng)，其系統(tǒng)大小可以做到SMB或者更小，這對(duì)于嵌入式應(yīng)用非常有吸引力。由于目標(biāo)平臺(tái)只有1G容量，又預(yù)裝了精簡的Linux系統(tǒng)，用戶可用空間只有不到4OOMB，不能在目標(biāo)平臺(tái)上安裝Qt等軟件實(shí)現(xiàn)編程，所以該公司又提供了一款在PC機(jī)的Linux系統(tǒng)下使用的工作環(huán)境，用于PIXY-Linux2.6的工具鏈，它包含有一個(gè)同目標(biāo)平臺(tái)系統(tǒng)PlXY-Linux相似的Linux系統(tǒng)，用戶的應(yīng)用程序或Qt等程序包可以在這個(gè)小的Linux系統(tǒng)進(jìn)行安裝、調(diào)試及編譯，將其編譯后的二進(jìn)制文件放到目標(biāo)平臺(tái)的相同路徑下在附加與此環(huán)境下相同的庫文件就可以在目標(biāo)平臺(tái)上執(zhí)行用戶程序。用這個(gè)工具鏈的好處就是在PC機(jī)上的工具鏈環(huán)境下安裝軟件、編輯程序不受存儲(chǔ)空間和CPU速度及類型的限制。

DDU系統(tǒng)由人機(jī)交互顯示界面模塊、雙CAN通信模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、微控制器模塊四個(gè)線程同步完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理、顯示及存儲(chǔ)，DDU軟件總體功能模塊結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)束語

該系統(tǒng)通過對(duì)顯示屏系統(tǒng)各個(gè)顯示界面及總體設(shè)計(jì)的介紹，展示出該系統(tǒng)的大部分功能，然后通過機(jī)車顯示屏人機(jī)交互界面的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，CAN通信的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)等的介紹闡述了該系統(tǒng)的各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)。由于該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)需要掌握很多技術(shù)，人手少難度大，在實(shí)現(xiàn)過程中遇到許多問題，但都通過查找資料及咨詢客服一一解決，目前系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，并解決了軟件編程方面的各個(gè)技術(shù)問題，也實(shí)現(xiàn)了一大半的功能，隨著后續(xù)工作的完成，該系統(tǒng)將會(huì)是本公司第一款自主開發(fā)的Linux系統(tǒng)上的非組態(tài)軟件開發(fā)的顯示屏系統(tǒng)，本系統(tǒng)的順利實(shí)現(xiàn)將為后續(xù)的顯示屏軟件開發(fā)降低難度，只需要修改部分功能及實(shí)現(xiàn)移植功能即可。

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[責(zé)任編輯：丁艷]