汽车虚拟仪表平台的设计

王维斌

摘要：汽车是人们交通出行中普遍应用的交通工具，其发展势头迅猛，不断有先进的技术应用到汽车当中，完善和丰富汽车的功能，更好的满足消费者的需求。虚拟仪表是汽车的重要设施，能够为驾驶员提供重要的指示信息，帮助驾驶员了解汽车的运行状态，使其获得舒适的驾驶体验，并保障汽车的运行安全。根据，汽车虚拟仪表逐渐朝着电子化和可视化的方向发展，并不断予以改进和创新，使其功能更加丰富。本文围绕汽车虚拟仪表平台的设计进行研究讨论。

【关键词】汽车 虚拟仪表 设计

虚拟仪表是汽车的重要组成部分，根据现代汽车的发展需求，要求虚拟仪表所显示和处理的信息更加全面、丰富，需要对汽车虚拟仪表平台进行创新设计，以提高其集成化程度，加快其数字化的发展进程。设计多功能、集成化的汽车虚拟仪表平台，能够将车辆的运行信息更加全面、精准的提供给驾驶员，能够更加高效的予以处理，为汽车的安全运行给予保障。

1 方案设计

在汽车虚拟仪表平台的设计，需要制定科学、可行的方案，具体包括硬件架构、嵌入式处理器、模块设计以及整体硬件电路等方面。

1.1 汽车虚拟仪表平台的硬件架构

选用QNX作为操作系统，工作温度为-40-85℃，在不同环境条件下，汽车虚拟仪表平台均能够保持良好的运行性能。该平台的控制核心为ARM处理器，为i.MX53ARM Cortex A8架构， 主频为800MHz，GPU为OpenGL E2.0或OpenVG l.1，RAM最大为2GB，ROM最大为16G，分辨率为1920x720，显示接口为LVDS，视频输入为CVBS接口，视频输出为LVDS输出，能够显示3600全景泊车影像，CAN为2ch。在此基础上，对外围设备进行模块化设计。将LCD显示器（显示所有的信号）、CAN数据采集模块（接收其他仪表相关信号）、开关量采集、摄像头（采集视频信号）、USB接口（接收摄像头采集的视频信号）、电源、时钟电路、复位电路、NAND Flash电路以及SDRAM电路等模块与ARM形成完整的系统框架。

1.2 嵌入式处理器

在嵌入式处理器的选择上，需要确保其功能全面、性能优良，并满足成本投入低，开发风险小的需求，进而选择体积小、功耗低、集成程度高的S3CS2440A作为嵌入式微处理器，其对于汽车内多个设施的控制与管理提供了重要的支持。作为嵌入式系统的重要组成部分，Flash Memory的选型十分关键，既要保障数据和程序存放的安全性.同时还要得到嵌入式微处理器的支持。该平台系统当中，S3CS2440A嵌入式微处理器支持NAND接口，进而选择NAND Flash作为Flash Memory。

1.3 模块设计

在CAN数据采集模块的设计当中，选择SJA1000和TJA1040作为控制器和收发器，SJA1000的控制模块包括接口管理逻辑、发送缓冲器、接收缓冲器、验收滤波器、位流处理器、位时序逻辑以及错误管理逻辑等内容，分别在Basic CAN模式与Peli CAN模式下工作。而TJA1040主要为物理总线和CAN控制器分别提供差动的发送功能和接收功能，并具有良好的无源性能。

嵌入式处理器的设备接口主要用于支持PC即与开发平台之间的通讯，并将USB摄像头和USB鼠标设备接入嵌入式处理器的主机接口上。由于两个主机设备所访问的是同一个接口，可应用一个5端口的USB hub芯片，为多路的信号输出提供支持。该系统平台中所应用的是AT43301-AC芯片。完成了对汽车虚拟仪表平台器件的选择以及相关电路的设计，汽车虚拟仪表平台的设计得以完成。

2 构建软件环境

2.1 操作系统的选择与开发

从性能、功能以及经济性等多个方面进行考虑分析，一般选择Linux操作系统作为嵌入式操作系统，嵌入式处理器无需改动或稍作改动即可应用于操作系统当中，代码执行效率高，适用于多种环境下，其可靠性显著由于常规的PC机，并能够根据应用的需求，为其提供所需的功能支持。同时能够降低能源消耗，进而达到节约成本的目的。另外，Linux操作系统还具有强大的硬件支持和网络支持优势。如果对于安全性和稳定性有着很高的要求，则会选择Windows CE作为操作系统。

在嵌入式系统的开发过程中，由于受到处理器能力和自身资源的限制，需要采用交叉开发的方式。建立NFS服务，并安装Minicom和交叉编译工作链，进而建立完善的主机开发环境。先后使用汇编语言和C语言，来实现对Boot Loader的启动。然后对Linux内核进行移植，并建立嵌入式文件系统

2.2 驱动程序的开发

在CAN设备驱动开发的过程中，采用总站技术，并注意数据帧的格式和和结构。根据网络硬件的要求，分析网络报文结构图、网络地址分配表、数据格式定义以及网络报文协议，显示系统网络协议，该协议可以是汽车通用协议，也可以采用某款汽车的自制协议，通讯协议、数据帧、以及通讯波特率均需要满足相关标准。根据汽车虚拟仪表平台的设计要求，经读写函数、接收数据函数、中断服务程序等方面的设计，完成对SJA1000驱动程序的设计。

在USB接口摄像头驱动程序开发的过程中，选择网眼2000数字摄像头，OV511控制芯片。设备驱动程序和设备文件的打开、关闭、读写和控制等操作，需要调用接口函数。完成USB接口摄像头驱动程序开发后，使用摄像头采集图像，并将命令动态加载于该驅动模块，支持摄像头的正常工作。

另外，通过对MiniGUT的安装和移植，仪表的图形化显示、USB摄像头视频的采集与显示等方面的设计，进而完成汽车虚拟仪表平台应用程序的设计。

3 结论

根据汽车发展与应用的实际需要，对汽车虚拟仪表平台进行科学、合理的设计，并逐渐朝着智能化和自动化的方向发展，进一步完善汽车虚拟仪表的功能，提供给驾驶员更加全面的信息，为安全、稳定的驾驶给予重要的保障，其对于汽车产业的发展有着积极的推动作用。

参考文献

[1]宋秦中，刘大伟，王洪伟，闰然，基于虚拟仪器的汽车仪表面板的设计与实现[J].南通职业大学学报，2015，29（01）：90-92.

[2]任洪涛，彭忆强，谢江浩.基于Qt的汽车虚拟仪表系统设计[J].西华大学学报（自然科学版），2016，35（06）：64-67.endprint