基于ARM和QNX的全數(shù)字式儀表設(shè)計(jì)

章敏鳳

（安徽信息工程學(xué)院，安徽蕪湖241000）

1 引言

隨著汽車產(chǎn)業(yè)向智能制造的轉(zhuǎn)型與升級(jí)，智能互聯(lián)必將成為現(xiàn)代汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢之一?；ヂ?lián)網(wǎng)汽車將逐步向人機(jī)交互、多屏互聯(lián)以及智能安全方向發(fā)展，儀表在汽車智能化的進(jìn)程中起到了極其重要的作用。本文設(shè)計(jì)了一種以飛思卡爾公司推出的低功耗ARM芯片i.MX6Q為硬件核心，基于QNX+KANZI的全數(shù)字式儀表，正常行駛時(shí)能實(shí)時(shí)顯示車輛數(shù)據(jù)，緊急情況時(shí)能顯示車聯(lián)網(wǎng)終端發(fā)送的信息。相對(duì)于傳統(tǒng)的汽車儀表，本設(shè)計(jì)接口更加豐富、人機(jī)交互方式更加友好，不僅實(shí)現(xiàn)了汽車儀表的實(shí)時(shí)美觀，更極大地保障駕駛?cè)藛T的安全。

2 系統(tǒng)硬件電路方案設(shè)計(jì)

全數(shù)字式儀表采用兩塊12.3英寸彩屏（分辨率為1920*720）、一個(gè)揚(yáng)聲器、導(dǎo)光支架、背光模組及前框和后殼等構(gòu)成，以圖形化的顯示形式把車輛基本狀態(tài)數(shù)據(jù)及報(bào)警提示等綜合顯示出來[1]。主控制單元i.MX6Q基于NXP(Freescale)ARM Cortex-A9架構(gòu)，最高運(yùn)行頻率可達(dá)1.2GHz，處理器內(nèi)部為64/32位總線結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)12000DMIPS的高性能運(yùn)算能力，自帶2D圖形加速，3D圖形加速引擎，最大可支持4096*4096 pixels分辨率，視頻解碼支持MPEG-4/H.263/H.264達(dá)到1080P@30fps，解碼MPEG2/VC1/Xvid視頻達(dá)到1080P@30fps，動(dòng)畫運(yùn)行流暢、圖片處理速度快。顯示屏采用10.1寸TFT屏，分辨率為1366*768，可清晰顯示以虛擬指針形式顯示的車輛主要運(yùn)行數(shù)據(jù)，也能清晰顯示報(bào)警圖片、文字、視頻信號(hào)等。系統(tǒng)總體硬件框圖如圖1所示。

i.MX6Q具有2路CAN控制器，本設(shè)計(jì)采用MCP2551作為CAN協(xié)議控制器和物理總線接口，MCP2551是一個(gè)可容錯(cuò)的高速CAN器件，基于MCP2551的CAN接口電路如圖2所示。用于采集CAN總線上的報(bào)文信息。

來自硬線的模擬信號(hào)如燃油信號(hào)通過ADC采集。車輛與車聯(lián)網(wǎng)指揮終端采用WIFI和GPRS兩種通信模式[2]。

3 QT虛擬儀表軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用QNX操作系統(tǒng)，QNX由于其支持多任務(wù)、多用戶、多線程被大多數(shù)嵌入式開發(fā)者所青睞，它可以高效的管理各任務(wù)的調(diào)度，組織分配資源，使得程序開發(fā)更加的方便快捷，更利于后期維護(hù)，擁有強(qiáng)大的穩(wěn)定性與安全性。GUI工具Qt一個(gè)跨平臺(tái)的用于創(chuàng)建精彩用戶界面和強(qiáng)大原生應(yīng)用的框架。它包括一套平臺(tái)的類庫，一整套整合的開發(fā)工具和跨平臺(tái)的集成開發(fā)環(huán)境。Qt具有優(yōu)良的跨平臺(tái)性、面向?qū)ο?、豐富的API、詳盡的輔助文檔以及多線程管理和網(wǎng)絡(luò)支持等功能。開發(fā)者使用Qt可以選擇適合自己的開發(fā)方式，即可選擇直觀的C++編碼方式，也可以使用適用于初學(xué)者的 Qt標(biāo)記性語言QML。當(dāng)然更可以活用二者，后端應(yīng)用邏輯和業(yè)務(wù)邏輯采用Qt C++，界面動(dòng)畫的開發(fā)使用QML。Qt的代碼可重用資源是相當(dāng)龐大的，開發(fā)者可以使用一個(gè)代碼庫就可以配置嵌入式和移動(dòng)平臺(tái)，這對(duì)嵌入式開發(fā)工程師和移動(dòng)設(shè)備開發(fā)者來講是相當(dāng)?shù)谋憷?。Qt也提供企業(yè)版的工具、支持、服務(wù)確保實(shí)現(xiàn)開發(fā)目的[3]。所構(gòu)建的開發(fā)平臺(tái)采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，將虛擬儀表軟件分為通信初始化模塊、OBD數(shù)據(jù)解析模塊、計(jì)算與顯示模塊。為充分利用Qt的已有功能，進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，遵循如下原則:

圖1 系統(tǒng)總體硬件框圖

圖2 CAN接口電路

圖3 系統(tǒng)整體效果圖

①根據(jù)Qt已有的類庫找到合適的類，并利用其所提供的方法建立對(duì)象彼此間的聯(lián)系;

②當(dāng) Qt庫中沒有合適的類可以調(diào)用時(shí)，則利用第三方的類庫或者根據(jù)項(xiàng)目的需要，自己定義相應(yīng)的類。

圖形顯示模塊的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于虛擬儀表指針動(dòng)態(tài)顯示效果的實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)，采用Qt第三方圖標(biāo)庫Qwt中的 Qwt Dial類構(gòu)成儀表。Qwt庫采用 LGPL版權(quán)協(xié)議的開源項(xiàng)目，先通過源代碼本地編譯生成運(yùn)行庫，再以動(dòng)態(tài)鏈接庫(dll)的方式使用。

系統(tǒng)整體效果圖如圖3所示。

4 總結(jié)

本設(shè)計(jì)能夠提高人機(jī)交互圖形界面的研發(fā)效率，降低研發(fā)成本。本文根據(jù)車載儀表顯示器的設(shè)計(jì)需求，提供了一種針對(duì)大屏幕、高分辨率顯示器的汽車儀表圖形解決方案。采用QT進(jìn)行圖形界面的設(shè)計(jì)開發(fā)，軟件對(duì)圖形進(jìn)行反走樣等優(yōu)化處理，在i.MX6Q的硬件平臺(tái)中獲得良好的顯示效果。