基于嵌入式Linux与QT的汽车虚拟仪表设计

摘要：为了简化汽车内部控制系统，降低汽车制造成本，提高人车交互界面的友好度，设计并实现了一种新型的汽车虚拟仪表。采用以ARM处理器S3C6410为核心的硬件平台和以嵌入式Linux系统为核心的软件平台，并在此基础上采用开放源代码的图形界面库QT开发仪表终端应用程序。经试验验证，虚拟仪表系统具有成本较低、界面友好、反应灵敏等特点，并在跨平台性、可扩展性等方面得到了显著改善。
关键词：汽车；虚拟仪表；嵌入式Linux；QT；ARM

0 引言
仪表作为汽车整个系统中十分重要的部分，是提高汽车综合性能的重要方面之一。随着计算机软硬件技术、总线技术、电子技术等的快速发展，控制系统臃肿、接线布线复杂、占用空间大的传统电磁机械仪表渐渐被淘汰，虚拟仪表正以传统机械仪表无法比拟的速度迅猛发展。目前虚拟仪表通常包括纯数字仪表和虚拟仪表盘仪表2种：纯数字仪表成本较低，但功能和界面比较简单，满足不了一般驾驶员的需求；而现有的虚拟仪表盘仪表虽然功能和界面比较丰富，但又存在着开发成本高、可移植性和可重绘性差、可扩展性不足等缺点，不利于大范围的推广与应用。
针对传统仪表和现有仪表存在的不足，本文提出了一种新型的车载虚拟仪表设计方案，采用ARM处理器S3C6410为核心的硬件平台和以嵌入式Linux系统为核心的软件平台，并在此基础上采用开放源代码的图形界面库QT开发仪表终端应用程序。该虚拟仪表可读性好，读数精度高，在可移植性、可维护性和成本方面都得到了良好的改善，具有较大的科研价值和商业使用价值。

1 系统总体设计
本文所介绍的车载虚拟仪表的基本设计思想是将汽车上安装的各种传感器采集到的数据进行智能化的处理，然后在运行于嵌入式Linux系统的使用QT设计的虚拟仪表盘上进行显示，以便于监测汽车各系统的工作状况，如剩余油量、当前车速、行驶里程等，并在某状态出现异常或存在危险时向驾驶员提示报警。
如图1所示，本车载虚拟仪表系统的设计总体由3个部分组成：

(1)信号采集：对汽车上安装的的各种传感器采集的速度、剩余油量等汽车状态信息，经过处理转换后，将其转换为计算机可以识别的数字量；
(2)数据处理：将“信号采集”过程传输来的数据进行必要的处理，将有用的数据保存，以便于显示和报警，本过程主要由嵌入式处理器完成；
(3)人机交互：将“数据处理”过程处理完成的数据，在使用QT设计的虚拟仪表盘上动态显示，主要显示内容有：当前速度、燃油箱的存油量、时间日期、行驶里程、报警灯等；在某项状态出现异常时，通过报警模块向驾驶员提示报警。

2 虚拟仪表硬件设计
虚拟仪表的硬件结构图如图2所示。虚拟仪表的核心处理器采用ARM1176JZF-S核的S3C6410芯片，其主频最高可达到667 MHz，内部继承了强大的多媒体处理单元，带有3D图形硬件加速器，并支持2D图形图像的平滑缩放等操作，有利于为用户提供高灵敏度的汽车状态动态显示；外接256MB SDRAM和2GBNANDFLASH；串口连接信号转换处理模块，转换处理模块内部集成CAN-RS232转换器及24位的A／D转换器LTC2414，接收相关传感器采集的各种汽车状态信号，并经过处理后，将处理完成的数据上传至处理器；外接LCD模块采用8寸TFT液晶显示屏，处理器内部集成的LCD控制器信号线经过驱动电路后即可连接LCD模块，为虚拟仪表显示提供了硬件平台；外接由语音芯片组成的报警模块，在必要的时候可以由处理器驱动报警模块以语音的形式向驾驶员提示报警。