汽車儀表是駕駛員與車輛進行信息交流的重要接口和界面，它是安全行駛和經濟行駛不可缺少的裝置。早期，汽車上裝備的儀表均是通過機械結構模擬顯示，它們存在精度低、響應慢、顯示信息量少、信息顯示方式單一等缺點。隨著計算機技術的日漸成熟、汽車電子的發(fā)展、和嵌入式技術的廣泛應用，對儀表的數字化和多信息綜合顯示已成一種重要的發(fā)展趨勢。 本文將嵌入式計算機技術， 虛擬儀器技術和CAN總線數據傳輸技術引入到車載儀表中，設計、研制了嵌入式車載虛擬儀表。該儀表通過下位機各智能節(jié)點實時采集車況信息并通過 CAN 總線將各節(jié)點連接和進行數據傳輸。上位機將獲得的車況信息處理后，將常規(guī)信息顯示與異常信息顯示相結合，并充分發(fā)揮虛擬儀器功能與參數能自動定義、動態(tài)畫面可視性強的特點，采用模擬、數字等多種方式對工況信息進行綜合顯示，并對超限工況報警和自動記憶存儲，對汽車出現的各種異常情況給出緊急處理建議。
1 系統(tǒng)軟硬件平臺的選擇
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)運行隨機存儲器;256 MB NAND Flash程序存儲器;MCP2515 CAN控制器負責CAN報文的接收與發(fā)送;8英寸640×480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進行應用程序界面的編寫。運用ZLG/BOOT啟動Jflashmm、Flash FXP軟件進行內核的燒寫與移植。軟件編制調試完畢后，進行操作系統(tǒng)內核定制，裁減出最小操作系統(tǒng)，并將應用程序與最小系統(tǒng)在仿真環(huán)境下進行聯(lián)合調試。虛擬儀表系統(tǒng)結構如圖1所示。
2 MiniGUI的程序開發(fā)和移植
MiniGUI是由北京飛漫軟件技術有限公司創(chuàng)辦的開源Linux圖形用戶界面支持系統(tǒng)，經過近些年的發(fā)展，MiniGUI已經發(fā)展成為比較成熟的性能優(yōu)良的、功能豐富的跨操作系統(tǒng)的嵌入式圖形界面支持系統(tǒng)。"小"是MiniGUI的特色，它目前已經廣泛應用于通訊、醫(yī)療、工控、電子、機頂盒、多媒體等領域。
將MiniGUI及應用程序移植到目標機上需要經歷編寫相應的驅動程序、交叉編譯MiniGUI及應用程序、安裝MiniGUI到目標系統(tǒng)、在目標系統(tǒng)上運行MiniGUI應用程序等幾個步驟。
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，并通過調用ANSIC庫以及MiniGUI自身提供的API函數來實現。MiniGUI程序的入口點： int MiniGUIMain(int argc,const cha r * argv [ ]) .其風格類似于Win32 ,也是基于窗口、事件驅動編程。事件通過消息機制傳遞，當事件發(fā)生時，MiniGUI將事件轉換為一個消息，并將消息發(fā)送到MiniGUI應用程序的消息隊列之中。窗口過程函數是MiniGUI應用程序必不可少的函數，用于接收和處理消息，是一個回調函數，由MiniGUI調用，在應用程序中不能直接調用，其函數原型如下：static int WindowProc (HWND hWnd, int message, WPARAM wParam,LPARAM lParam)。每個MiniGUI應用程序的初始界面一般都是MiniGUI主窗口，然后在主窗口的基礎上再建立子窗口或對話框等。主窗口使用 CreateMainWindow函數實現，在這個函數里可以設置主窗口的風格、大小、句柄、標題以及窗口過程函數等[6,8-9].
本文有兩個顯示界面，分別對應流程圖里面的子程序1和子程序2.應用程序流程圖如圖2所示。
本文采用arm-linux-gcc-3.4.3交叉編譯器對驅動程序和應用程序進行編譯。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復制到當前目錄下，進行解壓安裝并指定安裝路徑：#tar xjvf arm-linux-3.4.3.tar.bz2 –C /usr/local/arm.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。這樣要編譯文件時就很簡單，不用每次都指定路徑，系統(tǒng)會自動搜索。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+空格+文件名")?？赏ㄟ^在終端輸入：arm-linux-gcc–v 檢驗用戶編譯器版本。arm-linux-gcc編譯出來的程序，不能在PC機上運行，必須下載到ARM系統(tǒng)中才能運行。
MiniGUI在Linux系統(tǒng)中有兩種運行模式：fbcon(Frame Buffer Console)和qvfb(Qt Virtual Frame Buffer)。fbcon在控制臺下運行，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，MiniGUI程序在qvfb 中運行就像圖形界面下的終端(Terminal)中運行命令一樣。通過對gal_engine賦值來設置運行模式。
3 信號采集電路
CAN 是Controller Area Network 的縮寫(以下稱為CAN)，是ISO國際標準化的串行通信協(xié)議。在當前的汽車產業(yè)中，出于對安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)了出來。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數據類型及對可靠性的要求不盡相同，由多條總線構成的情況很多，線束的數量也隨之增加。
CAN總線的智能節(jié)點一般由主控制器、CAN總線控制器、CAN總線驅動器以及具體的功能單元組成。主控制器用來通過訪問CAN總線控制器來實現對CAN總線的訪問。CAN總線控制器實現CAN協(xié)議的數據鏈路層和物理層功能，對外具有與主控制器和總線驅動器的接口功能。CAN總線驅動器提供 CAN總線控制器與物理總線之間的接口。
本文選用Microchip公司生產的MCP2515作為CAN總線控制器。MCP2515是一款獨立的CAN協(xié)議控制器，完全支持CAN 2.0B技術規(guī)范。MCP2515與主控制器的連接是通過標準串行外設接口SPI(Searial Peripheral Interface)實現的。主控制器選擇了Microchip公司的PIC16F913,該單片機為高性能的RISC CPU,內部具有4 KB的可編程可擦除的Flash存儲器、256 B的RAM、256 B的EEPROM,帶有標準的SPI接口，也能夠方便地和CAN總線控制器MCP2515進行連接。CAN總線驅動器選擇Microchip公司的 MCP2551,是一個可容錯的高速CAN器件[4,10].數據采集用的CAN總線接口電路如圖3所示。[!--empirenews.page--]
4 CAN總線驅動程序的方案設計與實現
設備驅動程序是介于硬件和Linux內核之間的軟件接口，是一種低級的、專用于某一硬件的軟件組件。設備驅動也可以理解為操作系統(tǒng)的一部分，對于一個特定的硬件設備來說，其對應的設備驅動程序是不同的，比如網卡、鍵盤、鼠標、顯卡、電位器、電機等。操作系統(tǒng)本身沒有對各種硬件設備提供持久不變的"驅動設備",沒有驅動，操作系統(tǒng)就控制不了底層的設備，對于操作系統(tǒng)來說，掛接的設備越多，需要的設備驅動程序也越多。
在Linux操作系統(tǒng)中，把所有外設都當成文件看待，使用操作文件的方法來操作設備，通過驅動程序，Linux操作系統(tǒng)才能以文件夾的方式來管理設備。因此驅動程序的編寫開發(fā)具有十分重要的地位。Linux設備驅動程序運行在Linux內核空間，是Linux內核中聯(lián)系硬件設備和應用程序的橋梁。Linux系統(tǒng)硬件、設備驅動和應用程序的關系如圖4所示[7].
MagicARM270實驗箱采用SJA1000 CAN控制器擴展了1路CAN接口，SJA1000是PHILIPS公司經典的CAN控制器，支持CAN 2.0 A、B協(xié)議。結合應用程序、驅動程序、內核程序，CAN驅動流程圖如圖5所示。
5 測試結果與驗證
選取廣州致遠電子有限公司生產的Magic ARM270實驗箱進行仿真[2].通過CAN總線實現汽車上各種信息的采集和測量，并將采集的結果送到ARM進行處理，最后通過TFT顯示出來，設置 CAN總線傳輸速度波特率為125 KB/s,圖6所示為捕捉的一個界面。
隨著信息技術的快速發(fā)展，現場總線技術在汽車上得到了越來越多的應用。本文在測試系統(tǒng)下采用CAN總線接口提取車速、發(fā)動機轉速、機油壓力、油量、水溫、傳動箱壓力及其他車況等信息。實驗表明采用虛擬儀表技術完全能夠滿足車輛運行參數和狀態(tài)顯示的要求，可擴充性好，配置方便。
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