基于ARM-CAN总线的车载网络控制系统的研究

论文摘要

随着汽车性能和人们需求的提高,在汽车上应用的电子设备、线束越来越多,线束的增加不但占据了车内的有效空间、增加了装配和维修的难度、提高了整车成本,而且妨碍整车可靠性的提高。同时由于大量分布在车内不同位置的车载控制单元的增加,也加大了司机的操作难度。为了使不同的汽车电子系统能在一个共同的环境下工作,增加人们的操作简易性,节约导线数量,进一步降低成本,需要寻求功能强大的控制模块和车载网络系统,以实现对这些离散的电控单元进行集中、方便、有效的控制。本文采用ARM和CAN总线技术,利用CAN总线通信网络传送数据、ARM微处理器作为主控制器和高低速CAN总线通信网关,把中高档汽车动力传动系统、车身电子系统和监测系统等各设备终端挂接在CAN总线上,变复杂繁余的导线线束为独立的数据接口节点,从而完成对中高档汽车各设备终端的集中、有效、方便的控制。同时在ARM微控制器上移植了μClinux操作系统,以更好的管理系统的软硬件资源。另外研究了基于CAN总线通信网络的车载监测系统的设计,与ARM微控制器结合实现汽车网络控制系统开发平台的设计。在此平台上,结合具体的车载环境就可以解决上述的问题,并可以实现汽车驾驶智能化控制的开发。然后采用轻量级图形用户界面支持系统MiniGUI为车身电子系统编写了用户界面,以实现对车身电子系统各设备终端进行集中与可视化的控制。整篇论文主要分析了车载嵌入式系统的一般软硬件组成、车载网络系统及其分类、车载嵌入式开发的基本方法与流程；研究了ARM微处理器及其体系结构和W90P710嵌入式系统；完成了CAN总线网络协议分析、CAN总线模块的硬件电路设计及CAN总线驱动程序的开发和CAN驱动模块在μClinux系统下的编译与加载等；分析了Linux操作系统启动引导程序BootLoader的原理与移植、μClinux的体系结构、原理和μClinux系统的交叉编译与移植；研究了图形界面系统MiniGUI的原理、体系结构及其安装与移植,分析了MiniGUI的编程原理,实现了基于MiniGUI皮肤窗口的车身电子系统控制界面的设计；同时探讨了车载监测系统的原理及其设计,以搭建汽车网络控制系统开发平台。最后本文就研究过程中遇到的问题进行总结和分析,并提出了可行性解决方案,接着在此基础上,指出了下一步研究的重点和方向,以使系统更加完善,应用性更强。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 汽车电子控制系统简述
• 1.1.1 汽车电子技术的发展
• 1.1.2 汽车电子控制系统的一般组成
• 1.2 车载网络系统简述
• 1.2.1 车载网络的发展
• 1.2.2 车载网络主流协议及分类
• 1.3 车载网络控制系统的发展现状及趋势
• 1.3.1 车载网络控制系统的发展现状
• 1.3.2 车载网络控制系统发展趋势
• 1.4 课题研究的目的和意义
• 1.5 论文结构安排
• 第2章 系统硬件平台及相关技术研究
• 2.1 系统总体设计
• 2.1.1 系统总体设计方案的确定
• 2.1.2 系统功能需求分析
• 2.2 ARM微控制器模块的研究
• 2.2.1 ARM微处理器的应用领域与特点
• 2.2.2 ARM微处理器体系结构及寄存器和指令结构
• 2.3 W90P710嵌入式实验系统的研究
• 2.3.1 系统特性
• 2.3.2 系统架构
• 2.3.3 W90P710嵌入式系统的硬件结构
• 2.4 基于W90P710的系统各功能模块实现
• 2.5 CAN通信模块的分析与实现
• 2.5.1 CAN总线技术分析
• 2.5.2 CAN分层结构与CAN高层应用协议的确定
• 2.5.3 CAN总线原理分析
• 2.5.4 CAN总线传输过程分析
• 2.5.5 CAN模块的硬件设计
• 第3章 系统软件平台及相关技术研究
• 3.1 BOOTLOADER分析与移植
• 3.1.1 BootLoader的启动过程分析
• 3.1.2 BootLoader系统移植分析
• 3.2 嵌入式操作系统的的研究
• 3.3 μCLINUX操作系统的原理与分析
• 3.3.1 μClinux的小型化方法
• 3.3.2 μClinux的体系结构与内核源码简析
• 3.3.3 μlinux的内存管理
• 3.3.4 μClinux的进程管理
• 3.4 CAN总线驱动程序的分析与设计
• 3.4.1 Linux/μClinux驱动程序原理
• 3.4.2 嵌入式Linux驱动程序的结构分析
• 3.4.3 CAN模块驱动程序设计
• 3.4.4 CAN驱动程序的编译与加载
• 3.5 基于W90P710的μClINUX交叉编译与移植研究
• 3.5.1 μClinux的安装设置
• 3.5.2 μClinux的交叉编译分析
• 3.5.3 μClinux的系统移植实现
• 第4章 嵌入式图形用户界面系统的研究
• 4.1 嵌入式GUI的发展和应用
• 4.1.1 嵌入式GUI简述
• 4.1.2 嵌入式GUI的应用选型
• 4.2 国产嵌入式图形界面系统：MINIGUI
• 4.2.1 MiniGUI原理分析与主要功能特征
• 4.2.2 MiniGUI体系结构分析
• 4.2.3 MiniGUI和嵌入式操作系统的关系
• 4.3 MINIGUI的安装与运行
• 4.4 MINIGUI的交叉编译与移植
• 4.4.1 MiniGUI的IAL输入引擎的编写与移植
• 4.4.2 MiniGUI的GAL图形引擎
• 4.4.3 MiniGUI交叉编译及移植的实现
• 4.4.4 MiniGUI在汽车上的实用意义
• 第5章 汽车网络控制开发平台的实现
• 5.1 车载监控系统的组成与工作原理分析
• 5.1.1 车载监测系统的组成分析
• 5.1.2 车载监测系统的原理分析
• 5.2 车载网络控制系统实时数据信息处理的研究
• 5.3 基于车载网络控制系统的汽车智能控制分析
• 5.3.1 空调事件分析
• 5.3.2 疲劳驾驶事件分析
• 第6章 基于MiniGUI的车身电子系统界面设计
• 6.1 MINIGUI编程基础
• 6.2 MINIGUI的窗口与消息机制原理分析
• 6.2.1 MiniGUI的窗口简介
• 6.2.2 消息和消息循环机制
• 6.2.3 窗口过程和子窗口分析
• 6.3 MINIGUI皮肤界面编程分析
• 6.3.1 皮肤及皮肤元素属性定义
• 6.3.2 MiniGUIExt扩展库
• 6.3.3 皮肤窗口的应用
• 6.4 车身电子系统人机交互主界面的设计
• 6.5 车身电子系统各分支界面窗口的设计
• 6.5.1 车窗界面设计
• 6.5.2 车灯界面设计
• 6.5.3 电动座椅界面设计
• 6.5.4 空调界面设计
• 第7章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢