基于Android車(chē)載虛擬儀表人機(jī)界面設(shè)計(jì)

摘要 提出了利用Google的Android作為車(chē)載虛擬儀表人機(jī)界面的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。在Android系統(tǒng)框架上實(shí)現(xiàn)虛擬儀表的人機(jī)界面，闡述了如何對(duì)Android現(xiàn)有系統(tǒng)框架進(jìn)行裁剪和調(diào)整，使系統(tǒng)更加符合車(chē)載虛擬儀表人機(jī)界面的要求，利用Android提供的組件設(shè)計(jì)虛擬儀表人機(jī)界面的各個(gè)功能邏輯模塊，使得模塊設(shè)計(jì)更加合理．模塊之間的耦合性更小。設(shè)計(jì)了基于REAL210車(chē)載儀表人機(jī)界面，結(jié)果表明，基于Android的虛擬儀表人機(jī)界面功能更加豐富、操作更加友好、易于升級(jí)和維護(hù)，能較好地滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。
關(guān)鍵詞 虛擬儀表；Android；人機(jī)界面；架構(gòu)；APK

    車(chē)載虛擬儀表人機(jī)界面，是駕駛員獲取汽車(chē)工況數(shù)據(jù)的主要界面，便于駕駛員實(shí)時(shí)全面地掌握汽車(chē)工作狀態(tài)，有效地與汽車(chē)進(jìn)行人機(jī)交互，對(duì)保障汽車(chē)安全穩(wěn)定的行駛有著重要意義，目前普遍使用的是Windows CE和Linux操作系統(tǒng)。Windows CE操作系統(tǒng)功能穩(wěn)定，有完善的技術(shù)支持，但價(jià)格昂貴、源代碼封閉、網(wǎng)絡(luò)可利用資源較少；Linux操作系統(tǒng)的最大優(yōu)勢(shì)在于免費(fèi)和開(kāi)源，是車(chē)載信息顯示系統(tǒng)的主流操作系統(tǒng)，但其并不是基于移動(dòng)設(shè)備開(kāi)發(fā)的，不能完全滿(mǎn)足移動(dòng)設(shè)備的需求。
    Android是Google開(kāi)發(fā)的一款基于開(kāi)源操作系統(tǒng)Linux的開(kāi)放、開(kāi)源移動(dòng)平臺(tái)，對(duì)于目前主流的嵌入式平臺(tái)支持良好，Android系統(tǒng)的優(yōu)越性能己在多款移動(dòng)設(shè)備上得到驗(yàn)證。它包括操作系統(tǒng)用戶(hù)界面和應(yīng)用程序而且不存在任何以往阻礙移動(dòng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的專(zhuān)有權(quán)障礙。文中提出利用Android作為車(chē)載虛擬儀表軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，在Android提供的應(yīng)用程序框架上來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬儀表的人機(jī)界面。

1 系統(tǒng)硬件體系
    雖然Android是作為一款手機(jī)軟件平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序框架和應(yīng)用程序但其本質(zhì)是一個(gè)嵌入式軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。若將Android用于車(chē)載虛擬儀表系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，需要對(duì)儀表系統(tǒng)應(yīng)用的特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，系統(tǒng)采用的硬件平臺(tái)是REAL210，CPU處理速度600 MHz～1 GHz，基于Cortex—A8架構(gòu)。系統(tǒng)中主要的硬件模塊有音頻模塊、CAN模塊、液晶顯示模塊、串口和以太網(wǎng)通信模塊，如圖1所示。

2 Android軟件系統(tǒng)的定制
    由于Android最初是基于手機(jī)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，而且其中大部分模塊都是為手機(jī)通信所設(shè)計(jì)，為節(jié)約開(kāi)發(fā)板資源，需要將Android系統(tǒng)中不必要的組件剪裁掉，保留必要的最小系統(tǒng)。因此必須對(duì)框架進(jìn)行修改，將與電話(huà)、短信等相關(guān)的模塊移除。僅留下必需的Android的核心模塊，包括Package Manager、System Service、Input Service、Hardware SerVice和System Server等。通過(guò)修改System Server的加載過(guò)程可以去掉不需要的服務(wù)和模塊，另外還要實(shí)現(xiàn)底層硬件的驅(qū)動(dòng)程序，重新交叉編譯Linux 2．6內(nèi)核，并在驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)的基礎(chǔ)上封裝函數(shù)庫(kù)，以便Android的應(yīng)用程序通過(guò)JNI的方式訪問(wèn)底層驅(qū)動(dòng)。經(jīng)過(guò)定制和修改過(guò)的Android系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

    車(chē)載虛擬儀表人機(jī)界面的應(yīng)用程序需要進(jìn)行重新開(kāi)發(fā)，主要是界面模塊、CAN模塊、數(shù)據(jù)訪問(wèn)模塊和告警模塊。其中CAN模塊設(shè)計(jì)成Service的方式。數(shù)據(jù)訪問(wèn)模塊設(shè)計(jì)為Content Provider。告警模塊采用的通知方式為Broadcast Receiver和Notifica。系統(tǒng)通電后，在Android的System Server中首先啟動(dòng)CAN模塊，然后啟動(dòng)主界面的程序。

3 應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
    應(yīng)用程序的系統(tǒng)架構(gòu)。通過(guò)PackageManager提供的各個(gè)APK的信息以菜單方式對(duì)各個(gè)功能模塊進(jìn)行調(diào)用。
3．1 CAN模塊
    CAN模塊用于數(shù)據(jù)的采集和處理，CAN模塊接到數(shù)據(jù)后，要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，判斷出接收到的數(shù)據(jù)類(lèi)型。最終得到所需要的值。計(jì)算方法為根據(jù)參數(shù)所在數(shù)據(jù)域的字節(jié)位置提取其對(duì)應(yīng)的原始數(shù)，再根據(jù)該參數(shù)對(duì)應(yīng)的分辨率和偏移量得到參數(shù)值，其參數(shù)值的計(jì)算方法為：參數(shù)值=參數(shù)原始數(shù)×分辨率+偏移量。通過(guò)編程計(jì)算出數(shù)據(jù)代表的實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)值，即可準(zhǔn)確地在車(chē)輛實(shí)時(shí)功能模塊中顯示當(dāng)前的車(chē)輛狀態(tài)。
3．2 數(shù)據(jù)訪問(wèn)模塊
    程序的數(shù)據(jù)訪問(wèn)模塊，采用Android系統(tǒng)內(nèi)置的SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)一些重要車(chē)況信息自動(dòng)記憶存儲(chǔ)，便于分析和維修，起到汽車(chē)“黑匣子”的作用。存儲(chǔ)的車(chē)況信息可以通過(guò)點(diǎn)擊回放按鈕直接在儀表界面上回放，真實(shí)再現(xiàn)汽車(chē)行進(jìn)過(guò)程中的狀況。
    首先調(diào)用．openOrCreateDatabase()創(chuàng)建vehicle_database．db數(shù)據(jù)庫(kù)，然后配置SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)屬性通過(guò)。創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)表分別定義：行駛?cè)掌?、出廠信息、車(chē)速、轉(zhuǎn)速信號(hào)、啟動(dòng)、停止時(shí)刻、行使里程、報(bào)警信息等。將黑匣子接收到的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)表定義的格式通過(guò)．insert()向數(shù)據(jù)表中插入數(shù)據(jù)，通過(guò)．delete()指定日期來(lái)刪除過(guò)期的數(shù)據(jù)。顯示歷史數(shù)據(jù)需要先通過(guò)DatePicker獲取用戶(hù)輸入的年、月、日，并將具體日期數(shù)值提取出來(lái)，將條件放入SQL查詢(xún)語(yǔ)句．query()中來(lái)查詢(xún)，定義一個(gè)Cursor返回結(jié)果，然后創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)適配器將Cursor的結(jié)果直接映射到ListView中的對(duì)應(yīng)的TextView上。
3．3 功能模塊
    功能模塊用于測(cè)控車(chē)輛的速度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫和燃油、告警事件的顯示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能模塊界面顯示如圖3所示。

3．4 告警模塊
    告警模塊本身是一個(gè)Broadcast Receiver，它負(fù)責(zé)接收其他模塊的告警事件，超速、油量、水溫、油壓等，并將這些信息寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)調(diào)用告警顯示界面顯示對(duì)應(yīng)的信息或以Notification的方式在狀態(tài)欄進(jìn)行提示。在Android系統(tǒng)中，所有的應(yīng)用程序之間都通過(guò)Binder進(jìn)行通信，這種IPC機(jī)制是基于Linux底層驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，與傳統(tǒng)的進(jìn)程間通信機(jī)制相比，它的執(zhí)行具有更高的效率和更好的擴(kuò)展性。

4 結(jié)束語(yǔ)
    利用Android作為人機(jī)界面所開(kāi)發(fā)的框架通過(guò)對(duì)各個(gè)功能模塊的細(xì)化，可以使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更合理，模塊結(jié)構(gòu)更獨(dú)立，容易進(jìn)行軟件維護(hù)和代碼二次開(kāi)發(fā)，基于Android應(yīng)用程序框架設(shè)計(jì)的各個(gè)模塊，可以進(jìn)行自由修改和替換，提高了系統(tǒng)的可定制性，雖然Android是手機(jī)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，但憑借其優(yōu)秀的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)和理念，會(huì)有越來(lái)越多的車(chē)載虛擬儀表采用Android作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)。