汽車虛擬儀表平臺的設計

王維斌

摘要：汽車是人們交通出行中普遍應用的交通工具，其發展勢頭迅猛，不斷有先進的技術應用到汽車當中，完善和豐富汽車的功能，更好的滿足消費者的需求。虛擬儀表是汽車的重要設施，能夠為駕駛員提供重要的指示信息，幫助駕駛員了解汽車的運行狀態，使其獲得舒適的駕駛體驗，并保障汽車的運行安全。根據，汽車虛擬儀表逐漸朝著電子化和可視化的方向發展，并不斷予以改進和創新，使其功能更加豐富。本文圍繞汽車虛擬儀表平臺的設計進行研究討論。

【關鍵詞】汽車 虛擬儀表 設計

虛擬儀表是汽車的重要組成部分，根據現代汽車的發展需求，要求虛擬儀表所顯示和處理的信息更加全面、豐富，需要對汽車虛擬儀表平臺進行創新設計，以提高其集成化程度，加快其數字化的發展進程。設計多功能、集成化的汽車虛擬儀表平臺，能夠將車輛的運行信息更加全面、精準的提供給駕駛員，能夠更加高效的予以處理，為汽車的安全運行給予保障。

1 方案設計

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

1.1 汽車虛擬儀表平臺的硬件架構

選用QNX作為操作系統，工作溫度為-40-85℃，在不同環境條件下，汽車虛擬儀表平臺均能夠保持良好的運行性能。該平臺的控制核心為ARM處理器，為i.MX53ARM Cortex A8架構， 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。在此基礎上，對外圍設備進行模塊化設計。將LCD顯示器（顯示所有的信號）、CAN數據采集模塊（接收其他儀表相關信號）、開關量采集、攝像頭（采集視頻信號）、USB接口（接收攝像頭采集的視頻信號）、電源、時鐘電路、復位電路、NAND Flash電路以及SDRAM電路等模塊與ARM形成完整的系統框架。

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、性能優良，并滿足成本投入低，開發風險小的需求，進而選擇體積小、功耗低、集成程度高的S3CS2440A作為嵌入式微處理器，其對于汽車內多個設施的控制與管理提供了重要的支持。作為嵌入式系統的重要組成部分，Flash Memory的選型十分關鍵，既要保障數據和程序存放的安全性.同時還要得到嵌入式微處理器的支持。該平臺系統當中，S3CS2440A嵌入式微處理器支持NAND接口，進而選擇NAND Flash作為Flash Memory。

1.3 模塊設計

在CAN數據采集模塊的設計當中，選擇SJA1000和TJA1040作為控制器和收發器，SJA1000的控制模塊包括接口管理邏輯、發送緩沖器、接收緩沖器、驗收濾波器、位流處理器、位時序邏輯以及錯誤管理邏輯等內容，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的發送功能和接收功能，并具有良好的無源性能。

嵌入式處理器的設備接口主要用于支持PC即與開發平臺之間的通訊，并將USB攝像頭和USB鼠標設備接入嵌入式處理器的主機接口上。由于兩個主機設備所訪問的是同一個接口，可應用一個5端口的USB hub芯片，為多路的信號輸出提供支持。該系統平臺中所應用的是AT43301-AC芯片。完成了對汽車虛擬儀表平臺器件的選擇以及相關電路的設計，汽車虛擬儀表平臺的設計得以完成。

2 構建軟件環境

2.1 操作系統的選擇與開發

從性能、功能以及經濟性等多個方面進行考慮分析，一般選擇Linux操作系統作為嵌入式操作系統，嵌入式處理器無需改動或稍作改動即可應用于操作系統當中，代碼執行效率高，適用于多種環境下，其可靠性顯著由于常規的PC機，并能夠根據應用的需求，為其提供所需的功能支持。同時能夠降低能源消耗，進而達到節約成本的目的。另外，Linux操作系統還具有強大的硬件支持和網絡支持優勢。如果對于安全性和穩定性有著很高的要求，則會選擇Windows CE作為操作系統。

在嵌入式系統的開發過程中，由于受到處理器能力和自身資源的限制，需要采用交叉開發的方式。建立NFS服務，并安裝Minicom和交叉編譯工作鏈，進而建立完善的主機開發環境。先后使用匯編語言和C語言，來實現對Boot Loader的啟動。然后對Linux內核進行移植，并建立嵌入式文件系統

2.2 驅動程序的開發

在CAN設備驅動開發的過程中，采用總站技術，并注意數據幀的格式和和結構。根據網絡硬件的要求，分析網絡報文結構圖、網絡地址分配表、數據格式定義以及網絡報文協議，顯示系統網絡協議，該協議可以是汽車通用協議，也可以采用某款汽車的自制協議，通訊協議、數據幀、以及通訊波特率均需要滿足相關標準。根據汽車虛擬儀表平臺的設計要求，經讀寫函數、接收數據函數、中斷服務程序等方面的設計，完成對SJA1000驅動程序的設計。

在USB接口攝像頭驅動程序開發的過程中，選擇網眼2000數字攝像頭，OV511控制芯片。設備驅動程序和設備文件的打開、關閉、讀寫和控制等操作，需要調用接口函數。完成USB接口攝像頭驅動程序開發后，使用攝像頭采集圖像，并將命令動態加載于該驅動模塊，支持攝像頭的正常工作。

另外，通過對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計，進而完成汽車虛擬儀表平臺應用程序的設計。

3 結論

根據汽車發展與應用的實際需要，對汽車虛擬儀表平臺進行科學、合理的設計，并逐漸朝著智能化和自動化的方向發展，進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、穩定的駕駛給予重要的保障，其對于汽車產業的發展有著積極的推動作用。

參考文獻

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