基于ARM的燃料电池汽车仪表系统设计

论文摘要

作为新能源与汽车工业相结合的产物，燃料电池汽车已经逐渐成为了汽车家族的后起之秀。随着电子控制单元与车载设备的不断增多，传统内燃机汽车的仪表盘已经不能满足以燃料电池为动力的汽车仪表复杂信息显示的要求。本文以燃料电池汽车为研究背景，设计开发了基于嵌入式技术的仪表系统，实现了对燃料电池汽车整车运行状态以及模块数据的实时监测、存储与图形化显示。本文介绍了燃料电池汽车仪表系统的设计原理，对仪表系统进行了需求分析，确定了系统整体框架与模块划分，提出了基于ARM微处理器、实时操作系统以及图形用户界面的仪表系统解决方案。该方案采用高性能的S3C44B0X作为底层核心处理器，以RTOS和GUI为中间层构建软件系统平台，在此基础上以实时多任务软件设计方法进行仪表系统应用程序的开发。在上述方案的基础上，进行了仪表系统硬件平台的设计，包括存储器系统、通信总线、人机交互界面等接口电路的设计。根据高速数字电路的设计要求，在双面板上实现了基于ARM的燃料电池汽车仪表系统的PCB布线。编写了系统初始化代码，完成了对硬件平台的调试工作。根据仪表系统的实际情况，选择了实时多任务操作系统μC／OS-Ⅱ和嵌入式图形用户界面μC／GUI作为本系统的软件平台，完成了两者在仪表系统硬件平台上的移植。针对μC／GUI环境下简体中文汉字的显示问题，给出了一种比较完善的解决方案。按照实时多任务软件的开发流程，设计了仪表系统应用程序，包括CAN总线监听任务、数据处理任务、用户界面任务以及历史数据记录任务等，划分了各个任务的优先级，确定了任务之间的通信同步机制，描述了各个任务的主要功能和实现方法，重点论述了基于μC／GUI的用户界面任务设计的思路与过程，最后介绍了在硬件平台上进行系统集成、软硬件联合调试以及系统测试的流程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题来源及研究意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 嵌入式系统的发展
• 1.3.2 汽车仪表系统的发展
• 1.4 本论文主要研究内容
• 第2章 燃料电池汽车仪表系统总体方案设计
• 2.1 仪表系统的设计原理
• 2.2 仪表系统的设计要求
• 2.3 仪表系统的总体设计
• 2.3.1 仪表系统硬件总体设计
• 2.3.2 仪表系统软件总体设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 仪表系统硬件设计
• 3.1 微处理器最小系统
• 3.1.1 时钟与电源设计
• 3.1.2 电压监控电路设计
• 3.1.3 存储器设计
• 3.1.4 JTAG调试接口
• 3.2 外围接口电路设计
• 3.2.1 LCD接口电路设计
• 3.2.2 触摸屏接口电路设计
• 3.2.3 CAN总线电路设计
• 3.2.4 USB接口电路设计
• 3.2.5 其他接口电路设计
• 3.3 硬件系统调试
• 3.3.1 硬件调试过程
• 3.3.2 开发环境和开发工具
• 3.3.3 系统初始化代码
• 3.4 本章小结
• 第4章 嵌入式实时操作系统与图形用户界面移植
• 4.1 软件系统平台选型
• 4.1.1 嵌入式实时操作系统选择
• 4.1.2 嵌入式图形用户界面选择
• 4.2 μC/OS-Ⅱ的结构与移植
• 4.2.1 μC/OS-Ⅱ的结构
• 4.2.2 μC/OS-Ⅱ的移植
• 4.2.3 多任务测试
• 4.3 μC/GUI的结构与移植
• 4.3.1 μC/GUI的结构
• 4.3.2 μC/GUI的移植
• 4.3.3 简体中文支持
• 4.4 本章小结
• 第5章 仪表系统软件设计
• 5.1 系统需求与数据流分析
• 5.2 任务分解与接口设计
• 5.2.1 应用程序任务划分
• 5.2.2 任务优先级设计
• 5.2.3 任务间信息交换设计
• 5.3 任务设计
• 5.3.1 CAN总线监听任务
• 5.3.2 用户界面任务
• 5.3.3 其他任务设计
• 5.4 系统集成与系统测试
• 5.5 本章小结
• 第6章 全文总结与展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士研究生期间发表的论文