采用ARM+Linu架构的CAN总线和MiniGUI的虚拟仪表设计方案

1、采用ARM+Linux 架构的基于CAN总线和MiniGUI的虚拟仪表设计当今发达国家普遍使用全数字式汽车仪表，且绝大部分是步进电动机式汽车仪表，并准 备向更高方向发展。因为受到成本的限制，目前国内显示汽车仪表只能选用字段显示 方式的显示屏，无法选用显示分辨率更高的点阵式显示屏，因此其视觉效果和显示精 度还不能令人满意。ECU性能不断提高，抗强电磁干扰、工作温度范围和对工作电源 稳定性要求等方面得到较大的改善，同时价格大幅度降低，因而目前有条件在汽车仪 表上使用ECU控制的全数字仪表，国内汽车仪表界一致看好全数字式汽车仪表1。随着现代电子技术的发展，要求汽车仪表与汽车上其他装置交换数据，即要求

2、接入到汽 车的计算机系统总线上，因此本文设计了一个基于嵌入式系统、CAN总线技术和TFTLCD液晶显示技术的全数字式汽车仪表系统。1系统软硬件平台的选择本文选取Intel公司的PXA270为微处理器，选配MiniARM270 核心板；64 MB SDR AM为系统运行随机存储器；256 MB NAND Flash 程序存储器；MCP2515 CAN 控制器负责CAN报文的接收与发送。8英寸640X480真彩TFT液晶屏显示GUI图形界 面; Linux为嵌入式操作系统2。选用目前较为流行的嵌入式GUI系统MiniGUI进行应用程序界面的编写。运用 ZLG/BOOT启动Jflashmm、Flas

3、h FXP软件进行内核的 烧写与移植。软件编制调试完毕后，进行操作系统内核定制，裁减出最小操作系统， 并将应用程序与最小系统在仿真环境下进行联合调试。虚拟仪表系统结构如图1所示OA/D 电路；?i 1瞧拟信电; 模拟及电路2 Mi niGUI的程序开发和移植将MiniGUI及应用程序移植到目标机上需要经历编写相应的驱动程序、交叉编译MiniGUI及应用程序、安装 MiniGUI到目标系统、在目标系统上运行MiniGUI应用程序等几个步骤。MiniGUI程序是建立在 MiniGUI和ANSIC库之上，所以程序的编写要按照MiniGUI的程序框架来定，并通过调用ANSIC库以及MiniGUI自身提

4、供的API函数来实现。MiniGUI 程序的入口点:int MiniGUIMain(int argc,const cha r * argv >。其风格类似于Win32 ,也是基于窗口、事件驱动编程。事件通过消息机制传递,当事件发生时，MiniGUI将事件转换为一个消息，并将消息发送到MiniGUI应用程序的消息队列之中。窗口过程函数是MiniGUI应用程序必不可少的函数，用于接收和处理消息，是一个回调函 数，由MiniGUI调用，在应用程序中不能直接调用，其函数原型如下：static int WindowProc (HWND hWnd, int message, WPARAM wPara

5、m,LPARAM IParam>。每个 MiniGUI应用程序的初始界面一般都是MiniGUI主窗口，然后在主窗口的基础上再建立子窗口或对话框等。主窗口使用CreateMai nWin dow 函数实现，在这个函数里可以设置主窗口的风格、大小、句柄、标题以及窗口过程函数等6，8-9。本文有两个显示界面，分别对应流程图里面的子程序1和子程序2。应用程序流程图如图2所示。惜口知始ft待清.3外郁状态屮祈址时棍序崗绘图子況申EIMl开贻仰自按註 7巧息？/图2应用幄庠渝丹圈更新数摇1动:栏决盘見否有按讎 .消丸“Jp*1, 严沪1动态状鑫界面詁吓是否有按雑 息：本文米用交叉编译器对驱动程序和应

6、用程序进行编译。安装交 叉编译器步骤：将交叉编译器安装包arm-li nux-343.tar.bz2 复制到当前目录下，进行解压安装并指定安装路径：#tar xjvf arm-linux-343.tar.bz2-C /usr/local/arm。为了便于使用，安装完毕后，通常都将交叉编译器的路径添加到系统的搜索路径中。这样要 编译文件时就很简单，不用每次都指定路径，系统会自动搜索。在这里介绍的一种方 法是修改 尼tc/profile文件：打开 尼tc/profile文件，在最后一行添加pathmunge /usr/local/arm/343/sbin，保存退出，在终端输入执行：#. Profi

7、lev点“空格+文件名”。可通过在终端输入:arm-linux-gcc 检验用户编译器版本。arm-linux-gcc编译出来的程 序，不能在PC机上运行，必须下载到 ARM系统中才能运行。MiniGUI 在 Linux 系统中有两种运行模式：fbconvFrame Buffer Console ）和 qvfbv Qt Virtual Frame Buffer ）。fbcon在控制台下运行，这种模式下不能开Linux的X图形界面。qvfb则是带帧缓冲的虚拟控制台，MiniGUI程序在qvfb中运行就像图形界面下的终端（Terminal中运行命令一样。通过对gal_engine赋值来设置运行模式

8、。3信号采集电路CAN总线的智能节点一般由主控制器、CAN总线控制器、CAN总线驱动器以及具体的功能单元组成。主控制器用来通过访问CAN总线控制器来实现对 CAN总线的访问。CAN总线控制器实现 CAN协议的数据链路层和物理层功能，对外具有与主控制 器和总线驱动器的接口功能。CAN总线驱动器提供CAN总线控制器与物理总线之间 的接口。本文选用 Microchip公司生产的 MCP2515作为CAN总线控制器。MCP2515是一款独立的CAN协议控制器，完全支持 CAN 2.0B技术规范。MCP2515与主控制器的连接是通过标准串行外设接口SPI(Searial Peripheral In te

9、rface>实现的。主控制器选择了 Microchip公司的PIC16F913，该单片机为高性能的 RISC CPU,内部具有4 KB 的可编程可擦除的 Flash存储器、256 B的RAM、256 B的EEPROM,带有标准的 SPI接口，也能够方便地和 CAN总线控制器MCP2515进行连接。CAN总线驱动器选择 Microchip公司的MCP2551，是一个可容错的高速 CAN器件4,10。数据采集用的 C AN总线接口电路如图3所示。 ANt mKiI叭卜TX2R>TKkli4胎 X h知川ItJOnkV* J7w EHrxn CAD小TIm ：tI I 'M Ig

10、wOSCll.L KOIgRXWIMj?.scfcrj J/illJT IRIS 5PI1加ItIRM4 CAN总线驱动程序的方案设计与实现设备驱动程序是介于硬件和 Linux内核之间的软件接口，是一种低级的、专用于某 一硬件的软件组件。设备驱动也可以理解为操作系统的一部分，对于一个特定的硬件 设备来说，其对应的设备驱动程序是不同的，比如网卡、键盘、鼠标、显卡、电位器、电机等。操作系统本身没有对各种硬件设备提供持久不变的驱动设备”，没有驱动，操作系统就控制不了底层的设备，对于操作系统来说，挂接的设备越多，需要的 设备驱动程序也越多。在Linux操作系统中，把所有外设都当成文件看待，使用操作文件

11、的方法来操作设 备，通过驱动程序，Linux操作系统才能以文件夹的方式来管理设备。因此驱动程序的 编写开发具有十分重要的地位。Linux设备驱动程序运行在 Linux内核空间，是Linux内核中联系硬件设备和应用程序的桥梁。Linux系统硬件、设备驱动和应用程序的关系如图4所示7。用户匚it仆设斤讯4系统迎件.i.殳齐功卅应谢刃年关至MagicARM270 实验箱采用SJA1000 CAN 控制器扩展了 1路CAN接口，SJA1000 是PHILIPS公司经典的CAN控制器，支持CAN 2.0 A、B协议。结合应用程序、驱动 程序、内核程序，CAN驱动流程图如图5所示。5测试结果与验证选取广州致远电子有限公司生产的Magic ARM270实验箱进行仿真2。通过CAN总线实现汽车上各种信息的采集和测量，并将采集的结果送到ARM进行处理，最后通过TFT显示出来，设置CAN总线传输速度波特率为 125 KB/s，图6所示为捕 捉的一个界面。随着信息技术的快速发展