基于ARM和嵌入式Linux的汽车仪表盘研制

论文摘要

汽车仪表是驾驶员获取汽车状态信息的关键设备,对汽车的安全行驶起着重要的作用。近年来,随着计算机、微电子和各种现场总线通信技术的广泛应用,汽车电子技术得到了迅猛的发展,汽车仪表盘上显示的信息不断增加,传统的机械式、电气式组合仪表越来越无法满足使用的需求。特别是随着汽车GPS导航、自动驾驶等新技术的日趋成熟,汽车仪表成为集显示、控制、通讯、娱乐为一体的汽车综合信息显示中心已经指日可待。本文提出并设计了一种以ARM器件为CPU,以嵌入式Linux为操作系统的车载仪表盘系统。该仪表盘以嵌入式微处理器为核心,对汽车的各种信息状态,如电池电压、车速等参数进行采集、处理、显示和报警提示,驾驶员根据报警提示的结果进行相应的处理,以使汽车安全正常行驶。仪表盘本身作为汽车CAN总线的一个节点,支持CAN通信,可以接收来自其它CAN节点的信息并显示,也可以发送控制信息至其它CAN节点。该仪表盘在外型上不同于传统的汽车仪表,其显示端使用一个LCD显示屏代替原有的显示设备,汽车运行的所有状态信息都在该屏上显示,但为延续传统的操作习惯,将原来的车速、发动机转速等用指针显示的信息在显示屏上以模拟表的形式显示。并对越限工况和各种违规操作,在显示屏上以图形指示灯的形式闪烁显示并同时以真人语音进行提醒。本文在简要介绍了汽车仪表发展趋势的基础上,重点论述了嵌入式系统的开发流程和模式,包括开发平台的搭建、驱动程序的开发、图形显示界面的开发和应用程序的设计。在嵌入式系统设计中,硬件、软件的可裁剪是其最大的特点,因此,增加功能模块(比如本系统中用到的CAN通信模块、音频输出模块等)是嵌入式系统设计中的一个重点和难点,所以本文重点之一是放在驱动模块的设计上。同时,作为信息显示中心,信息显示要求及时、准确、有美感,因此,图形界面的开发也是重点之一。本课题所设计的汽车仪表,作为综合信息显示中心的一个雏形,可以方便地扩展GPS导航系统、汽车后视摄像系统、网络系统等模块,相信进一步的研究和开发,汽车综合信息显示中心将成为未来汽车上重要的一部分。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 嵌入式系统介绍
• 1.2.1 嵌入式系统的概念
• 1.2.2 嵌入式系统的分类
• 1.2.3 嵌入式系统的组成
• 1.3 课题研究的内容
• 第二章 仪表盘开发平台的构建
• 2.1 嵌入式微处理器的选型
• 2.2 嵌入式操作系统的选型
• 2.3 嵌入式开发板的选型
• 2.4 建立开发环境
• 2.4.1 交叉编译环境的建立
• 2.4.2 NFS开发环境的建立
• 第三章 Linux设备驱动程序的开发
• 3.1 Linux设备驱动的基本原理
• 3.1.1 设备驱动程序的分类
• 3.1.2 设备号
• 3.2 设备驱动程序与内核的关系
• 3.2.1 内核模块的概念
• 3.2.2 内核模块的框架
• 3.2.3 驱动程序的加载方式
• 3.3 设备驱动程序的结构
• operations数据结构'>3.3.1 file_operations数据结构
• 3.3.2 file数据结构
• 3.3.3 inode数据结构
• 3.4 设备驱动程序中的基本函数
• 3.4.1 注册和卸载函数
• 3.4.2 内存操作函数
• 3.4.3 I/O操作函数
• 3.5 设备驱动程序的中断处理
• 3.5.1 中断处理程序的注册与释放
• 3.5.2 中断处理程序的编写
• 3.6 设备驱动程序的开发流程
• 第四章 CAN节点电路设计与驱动开发
• 4.1 CAN控制器MCP2510简介
• 4.1.1 MCP2510概述
• 4.1.2 MCP2510的结构及工作原理
• 4.2 MCP2510与处理器的接口设计
• 4.2.1 电路接口设计
• 4.2.2 SPI接口介绍
• 4.3 CAN设备的驱动程序设计
• 4.3.1 内核模块的注册和撤销
• 4.3.2 虚拟文件系统与硬件驱动的接口
• 4.3.3 设备打开和关闭操作接口函数
• 4.3.4 设备读取操作接口函数
• 4.3.5 设备写入操作接口函数
• 第五章 音频模块的驱动与应用设计
• 5.1 UDA1341TS芯片介绍
• 5.2 UDA1341TS与处理器的接口设计
• 5.3 音频设备的驱动程序设计
• 5.3.1 音频设备的注册和卸载
• 5.3.2 音频设备缓存区的设计
• 5.3.3 音频数据的录制和播放
• 5.3.4 音频设备的打开和关闭
• 5.4 音频应用程序的设计
• 第六章 仪表盘图形显示界面的设计
• 6.1 图形用户界面GUl的分析
• 6.2 Qt/Embedded体系结构分析
• 6.2.1 Qt/Embedded介绍
• 6.2.2 Qt/Embedded的分层结构
• 6.2.3 Qt/Embedded图形引擎的实现
• 6.2.4 Qt/Embedded的窗口系统
• 6.2.5 Qt系统的信号与槽机制
• 6.2.6 Qt/Embedded应用程序的开发流程
• 6.3 进程间通信
• 6.3.1 进程间通信简介
• 6.3.2 进程间通信程序的设计
• 6.4 仪表盘显示界面设计
• 6.4.1 基于Qt画图类实现图形的绘制
• 6.4.2 基于Qt画图类对图形进行处理
• 6.4.3 整图设计概述
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文