ARM+Linux設計的CAN總線和MiniGUI的虛擬儀表

1、    ARM+Linux設計的CAN總線和MiniGUI的虛擬儀表ARM+Linux設計的CAN總線和MiniGUI的虛擬儀表技術摘要：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ARM+Linux設

2、計的CAN總線和MiniGUI的虛擬儀表技術摘  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

3、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TFTLCD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PXA27

4、0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；256MB NANDFlash程序存儲器；MCP2515CAN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  Min

5、iGUI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Wi

6、n32 ,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CreateM

7、ainWindow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

8、，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-gccv 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

9、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

10、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、25

11、6 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

12、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SJA1000CAN控制器擴

13、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125KB/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CA

14、N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1    潘旭峰.現代汽車電子技術M.北京:北京理工大學出版社，2005.2     周立功.PXA270&Linux2.6實驗理論指導書M .廣州致遠電子有限公司.3     陳連坤.嵌入式系統(tǒng)的設計與開發(fā)M.北京:清華大學出版社&北京交通大學出版社,2005.4     MCP2551高速CAN收發(fā)器.http:/.5     周立功.PXA270&Linux2.6實驗教程M.廣州致遠電子有限公司.6     周立功.ARM嵌入式MiniGUI初步與應用開發(fā)范例M. 北京:北京航空航天大學出版,2006.7     周立