基于嵌入式Linux與QT的汽車虛擬儀表設(shè)計(jì)

摘要：為了簡(jiǎn)化汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)，降低汽車制造成本，提高人車交互界面的友好度，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種新型的汽車虛擬儀表。采用以ARM處理器S3C6410為核心的硬件平臺(tái)和以嵌入式Linux系統(tǒng)為核心的軟件平臺(tái)，并在此基礎(chǔ)上采用開放源代碼的圖形界面庫(kù)QT開發(fā)儀表終端應(yīng)用程序。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，虛擬儀表系統(tǒng)具有成本較低、界面友好、反應(yīng)靈敏等特點(diǎn)，并在跨平臺(tái)性、可擴(kuò)展性等方面得到了顯著改善。
關(guān)鍵詞：汽車；虛擬儀表；嵌入式Linux；QT；ARM

0 引言
儀表作為汽車整個(gè)系統(tǒng)中十分重要的部分，是提高汽車綜合性能的重要方面之一。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、總線技術(shù)、電子技術(shù)等的快速發(fā)展，控制系統(tǒng)臃腫、接線布線復(fù)雜、占用空間大的傳統(tǒng)電磁機(jī)械儀表漸漸被淘汰，虛擬儀表正以傳統(tǒng)機(jī)械儀表無法比擬的速度迅猛發(fā)展。目前虛擬儀表通常包括純數(shù)字儀表和虛擬儀表盤儀表2種：純數(shù)字儀表成本較低，但功能和界面比較簡(jiǎn)單，滿足不了一般駕駛員的需求；而現(xiàn)有的虛擬儀表盤儀表雖然功能和界面比較豐富，但又存在著開發(fā)成本高、可移植性和可重繪性差、可擴(kuò)展性不足等缺點(diǎn)，不利于大范圍的推廣與應(yīng)用。
針對(duì)傳統(tǒng)儀表和現(xiàn)有儀表存在的不足，本文提出了一種新型的車載虛擬儀表設(shè)計(jì)方案，采用ARM處理器S3C6410為核心的硬件平臺(tái)和以嵌入式Linux系統(tǒng)為核心的軟件平臺(tái)，并在此基礎(chǔ)上采用開放源代碼的圖形界面庫(kù)QT開發(fā)儀表終端應(yīng)用程序。該虛擬儀表可讀性好，讀數(shù)精度高，在可移植性、可維護(hù)性和成本方面都得到了良好的改善，具有較大的科研價(jià)值和商業(yè)使用價(jià)值。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
本文所介紹的車載虛擬儀表的基本設(shè)計(jì)思想是將汽車上安裝的各種傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化的處理，然后在運(yùn)行于嵌入式Linux系統(tǒng)的使用QT設(shè)計(jì)的虛擬儀表盤上進(jìn)行顯示，以便于監(jiān)測(cè)汽車各系統(tǒng)的工作狀況，如剩余油量、當(dāng)前車速、行駛里程等，并在某狀態(tài)出現(xiàn)異常或存在危險(xiǎn)時(shí)向駕駛員提示報(bào)警。
如圖1所示，本車載虛擬儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)總體由3個(gè)部分組成：

(1)信號(hào)采集：對(duì)汽車上安裝的的各種傳感器采集的速度、剩余油量等汽車狀態(tài)信息，經(jīng)過處理轉(zhuǎn)換后，將其轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字量；
(2)數(shù)據(jù)處理：將“信號(hào)采集”過程傳輸來的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理，將有用的數(shù)據(jù)保存，以便于顯示和報(bào)警，本過程主要由嵌入式處理器完成；
(3)人機(jī)交互：將“數(shù)據(jù)處理”過程處理完成的數(shù)據(jù)，在使用QT設(shè)計(jì)的虛擬儀表盤上動(dòng)態(tài)顯示，主要顯示內(nèi)容有：當(dāng)前速度、燃油箱的存油量、時(shí)間日期、行駛里程、報(bào)警燈等；在某項(xiàng)狀態(tài)出現(xiàn)異常時(shí)，通過報(bào)警模塊向駕駛員提示報(bào)警。

2 虛擬儀表硬件設(shè)計(jì)
虛擬儀表的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。虛擬儀表的核心處理器采用ARM1176JZF-S核的S3C6410芯片，其主頻最高可達(dá)到667 MHz，內(nèi)部繼承了強(qiáng)大的多媒體處理單元，帶有3D圖形硬件加速器，并支持2D圖形圖像的平滑縮放等操作，有利于為用戶提供高靈敏度的汽車狀態(tài)動(dòng)態(tài)顯示；外接256MB SDRAM和2GBNANDFLASH；串口連接信號(hào)轉(zhuǎn)換處理模塊，轉(zhuǎn)換處理模塊內(nèi)部集成CAN-RS232轉(zhuǎn)換器及24位的A／D轉(zhuǎn)換器LTC2414，接收相關(guān)傳感器采集的各種汽車狀態(tài)信號(hào)，并經(jīng)過處理后，將處理完成的數(shù)據(jù)上傳至處理器；外接LCD模塊采用8寸TFT液晶顯示屏，處理器內(nèi)部集成的LCD控制器信號(hào)線經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路后即可連接LCD模塊，為虛擬儀表顯示提供了硬件平臺(tái)；外接由語音芯片組成的報(bào)警模塊，在必要的時(shí)候可以由處理器驅(qū)動(dòng)報(bào)警模塊以語音的形式向駕駛員提示報(bào)警。