基于嵌入式Linux與QT的汽車虛擬儀表設計

摘要：為了簡化汽車內部控制系統(tǒng)，降低汽車制造成本，提高人車交互界面的友好度，設計并實現(xiàn)了一種新型的汽車虛擬儀表。采用以ARM處理器S3C6410為核心的硬件平臺和以嵌入式Linux系統(tǒng)為核心的軟件平臺，并在此基礎上采用開放源代碼的圖形界面庫QT開發(fā)儀表終端應用程序。經試驗驗證，虛擬儀表系統(tǒng)具有成本較低、界面友好、反應靈敏等特點，并在跨平臺性、可擴展性等方面得到了顯著改善。
關鍵詞：汽車；虛擬儀表；嵌入式Linux；QT；ARM

0 引言
儀表作為汽車整個系統(tǒng)中十分重要的部分，是提高汽車綜合性能的重要方面之一。隨著計算機軟硬件技術、總線技術、電子技術等的快速發(fā)展，控制系統(tǒng)臃腫、接線布線復雜、占用空間大的傳統(tǒng)電磁機械儀表漸漸被淘汰，虛擬儀表正以傳統(tǒng)機械儀表無法比擬的速度迅猛發(fā)展。目前虛擬儀表通常包括純數(shù)字儀表和虛擬儀表盤儀表2種：純數(shù)字儀表成本較低，但功能和界面比較簡單，滿足不了一般駕駛員的需求；而現(xiàn)有的虛擬儀表盤儀表雖然功能和界面比較豐富，但又存在著開發(fā)成本高、可移植性和可重繪性差、可擴展性不足等缺點，不利于大范圍的推廣與應用。
針對傳統(tǒng)儀表和現(xiàn)有儀表存在的不足，本文提出了一種新型的車載虛擬儀表設計方案，采用ARM處理器S3C6410為核心的硬件平臺和以嵌入式Linux系統(tǒng)為核心的軟件平臺，并在此基礎上采用開放源代碼的圖形界面庫QT開發(fā)儀表終端應用程序。該虛擬儀表可讀性好，讀數(shù)精度高，在可移植性、可維護性和成本方面都得到了良好的改善，具有較大的科研價值和商業(yè)使用價值。

1 系統(tǒng)總體設計
本文所介紹的車載虛擬儀表的基本設計思想是將汽車上安裝的各種傳感器采集到的數(shù)據進行智能化的處理，然后在運行于嵌入式Linux系統(tǒng)的使用QT設計的虛擬儀表盤上進行顯示，以便于監(jiān)測汽車各系統(tǒng)的工作狀況，如剩余油量、當前車速、行駛里程等，并在某狀態(tài)出現(xiàn)異?；虼嬖谖ｋU時向駕駛員提示報警。
如圖1所示，本車載虛擬儀表系統(tǒng)的設計總體由3個部分組成：

(1)信號采集：對汽車上安裝的的各種傳感器采集的速度、剩余油量等汽車狀態(tài)信息，經過處理轉換后，將其轉換為計算機可以識別的數(shù)字量；
(2)數(shù)據處理：將“信號采集”過程傳輸來的數(shù)據進行必要的處理，將有用的數(shù)據保存，以便于顯示和報警，本過程主要由嵌入式處理器完成；
(3)人機交互：將“數(shù)據處理”過程處理完成的數(shù)據，在使用QT設計的虛擬儀表盤上動態(tài)顯示，主要顯示內容有：當前速度、燃油箱的存油量、時間日期、行駛里程、報警燈等；在某項狀態(tài)出現(xiàn)異常時，通過報警模塊向駕駛員提示報警。

2 虛擬儀表硬件設計
虛擬儀表的硬件結構圖如圖2所示。虛擬儀表的核心處理器采用ARM1176JZF-S核的S3C6410芯片，其主頻最高可達到667 MHz，內部繼承了強大的多媒體處理單元，帶有3D圖形硬件加速器，并支持2D圖形圖像的平滑縮放等操作，有利于為用戶提供高靈敏度的汽車狀態(tài)動態(tài)顯示；外接256MB SDRAM和2GBNANDFLASH；串口連接信號轉換處理模塊，轉換處理模塊內部集成CAN-RS232轉換器及24位的A／D轉換器LTC2414，接收相關傳感器采集的各種汽車狀態(tài)信號，并經過處理后，將處理完成的數(shù)據上傳至處理器；外接LCD模塊采用8寸TFT液晶顯示屏，處理器內部集成的LCD控制器信號線經過驅動電路后即可連接LCD模塊，為虛擬儀表顯示提供了硬件平臺；外接由語音芯片組成的報警模塊，在必要的時候可以由處理器驅動報警模塊以語音的形式向駕駛員提示報警。