摘  要： 基于ARM+Linux的架構，通過CAN總線獲得數據,，再利用嵌入式系統(tǒng)平臺的構建思想,，實現了在嵌入式Linux操作系統(tǒng)下，基于ARM和 MiniGUI環(huán)境的車載信息的圖形化顯示,。介紹了虛擬儀表系統(tǒng)的體系結構,、數據采集節(jié)點的構成及Linux環(huán)境下CAN總線驅動程序的實現,。
關鍵詞： 虛擬儀表； CAN,； ARM,； Linux； MiniGUI,； 設備驅動程序

    當今發(fā)達國家普遍使用全數字式汽車儀表,且絕大部分是步進電動機式汽車儀表,，并準備向更高方向發(fā)展。由于受到成本的限制,，目前國內顯示汽車儀表只能選用字段顯示方式的顯示屏,，無法選用顯示分辨率更高的點陣式顯示屏，因此其視覺效果和顯示精度還不能令人滿意,。ECU性能不斷提高,，抗強電磁干擾、工作溫度范圍和對工作電源穩(wěn)定性要求等方面得到較大的改善,，同時價格大幅度降低,，因而目前有條件在汽車儀表上使用ECU控制的全數字儀表，國內汽車儀表界一致看好全數字式汽車儀表[1],。隨著現代電子技術的發(fā)展,，要求汽車儀表與汽車上其他裝置交換數據，即要求接入到汽車的計算機系統(tǒng)總線上,，因此本文設計了一個基于嵌入式系統(tǒng)、CAN總線技術和TFT LCD液晶顯示技術的全數字式汽車儀表系統(tǒng),。
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
    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,。

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,。
參考文獻
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[4]     MCP2551高速CAN收發(fā)器.http://www.microchip.com.
[5]     周立功.PXA270&Linux2.6實驗教程[M].廣州致遠電子有限公司.
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[7]     周立功.PXA270&Linux2.6理論教程[M].廣州致遠電子有限公司.
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[9]    飛漫軟件. MiniGUI編程指南.2006.
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[11]  尹玉梅.基于MiniGUI的總線式車用虛擬儀表設計[D]. 荊州：西華大學,2009.