一种基于CAN总线和MiniGUI的虚拟仪表的实现-设计应用

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汽车仪表是驾驶员与车辆进行信息交流的重要接口和界面，它是安全行驶和经济行驶不可缺少的装置。早期，汽车上装备的仪表均是通过机械结构模拟显示，它们存在精度低、响应慢、显示信息量少、信息显示方式单一等缺点。随着计算机技术的日渐成熟、汽车电子的发展、和嵌入式技术的广泛应用，对仪表的数字化和多信息综合显示已成一种重要的发展趋势。本文将嵌入式计算机技术，虚拟仪器技术和CAN总线数据传输技术引入到车载仪表中，设计、研制了嵌入式车载虚拟仪表。该仪表通过下位机各智能节点实时采集车况信息并通过CAN总线将各节点连接和进行数据传输。上位机将获得的车况信息处理后，将常规信息显示与异常信息显示相结合，并充分发挥虚拟仪器功能与参数能自动定义、动态画面可视性强的特点，采用模拟、数字等多种方式对工况信息进行综合显示，并对超限工况报警和自动记忆存储，对汽车出现的各种异常情况给出紧急处理建议。

1系统软硬件平台的选择

本文选取Intel公司的PXA270为微处理器，选配MiniARM270板；64MBSDRAM为系统运行随机存储器；256MBNANDFlash程序存储器；MCP2515CAN控制器负责CAN报文的接收与发送；8英寸640×480真彩TFT液晶屏显示GUI图形界面；Linux为嵌入式操作系统[2].选用目前较为流行的嵌入式GUI系统MiniGUI进行应用程序界面的编写。运用ZLG/BOOT启动Jflashmm、FlashFXP软件进行内核的烧写与移植。软件编制调试完毕后，进行操作系统内核定制，裁减出操作系统，并将应用程序与系统在仿真环境下进行联合调试。虚拟仪表系统结构如图1所示。

2MiniGUI的程序开发和移植

MiniGUI是由北京飞漫软件技术有限公司创办的开源Linux图形用户界面支持系统，经过近些年的发展，MiniGUI已经发展成为比较成熟的性能优良的、功能丰富的跨操作系统的嵌入式图形界面支持系统。"小"是MiniGUI的特色，它目前已经广泛应用于通讯、医疗、工控、电子、机顶盒、多媒体等领域。

将MiniGUI及应用程序移植到目标机上需要经历编写相应的驱动程序、交叉编译MiniGUI及应用程序、安装MiniGUI到目标系统、在目标系统上运行MiniGUI应用程序等几个步骤。

MiniGUI程序是建立在MiniGUI和ANSIC库之上，所以程序的编写要按照MiniGUI的程序框架来定，并通过调用ANSIC库以及MiniGUI自身提供的API函数来实现。MiniGUI程序的入口点：intMiniGUIMain（intargc,constchar*argv[]）.其风格类似于Win32,也是基于窗口、事件驱动编程。事件通过消息机制传递，当事件发生时，MiniGUI将事件转换为一个消息，并将消息发送到MiniGUI应用程序的消息队列之中。窗口过程函数是MiniGUI应用程序必不可少的函数，用于接收和处理消息，是一个回调函数，由MiniGUI调用，在应用程序中不能直接调用，其函数原型如下：staticintWindowProc（HWNDhWnd,intmessage,WPARAMwParam,LPARAMlParam）。每个MiniGUI应用程序的初始界面一般都是MiniGUI主窗口，然后在主窗口的基础上再建立子窗口或对话框等。主窗口使用CreateMainWindow函数实现，在这个函数里可以设置主窗口的风格、大小、句柄、标题以及窗口过程函数等[6,8-9].

本文有两个显示界面，分别对应流程图里面的子程序1和子程序2.应用程序流程图如图2所示。

本文采用arm-linux-gcc-3.4.3交叉编译器对驱动程序和应用程序进行编译。安装交叉编译器步骤：将交叉编译器安装包arm-linux-3.4.3.tar.bz2复制到当前目录下，进行解压安装并指定安装路径：#tarxjvfarm-linux-3.4.3.tar.bz2–C/usr/local/arm.为了便于使用，安装完毕后，通常都将交叉编译器的路径添加到系统的搜索路径中。这样要编译文件时就很简单，不用每次都指定路径，系统会自动搜索。在这里介绍的一种方法是修改/etc/profile文件：打开/etc/profile文件，在一行添加pathmunge/usr/local/arm/3.4.3/sbin,保存退出，在终端输入执行：#.Profile（"点+空格+文件名"）。可通过在终端输入：arm-linux-gcc–v检验用户编译器版本。arm-linux-gcc编译出来的程序，不能在PC机上运行，必须到ARM系统中才能运行。

MiniGUI在Linux系统中有两种运行模式：fbcon（FrameBufferConsole）和qvfb（QtVirtualFrameBuffer）。fbcon在控制台下运行，这种模式下不能开Linux的X图形界面。qvfb则是带帧缓冲的虚拟控制台，MiniGUI程序在qvfb中运行就像图形界面下的终端（Terminal）中运行命令一样。通过对gal_engine赋值来设置运行模式。

3信号采集电路

CAN是ControllerAreaNetwork的缩写（以下称为CAN），是ISO国际标准化的串行通信协议。在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。

CAN总线的智能节点一般由主控制器、CAN总线控制器、CAN总线驱动器以及具体的功能单元组成。主控制器用来通过访问CAN总线控制器来实现对CAN总线的访问。CAN总线控制器实现CAN协议的数据链路层和物理层功能，对外具有与主控制器和总线驱动器的接口功能。CAN总线驱动器提供CAN总线控制器与物理总线之间的接口。

本文选用Microchip公司生产的MCP2515作为CAN总线控制器。MCP2515是一款独立的CAN协议控制器，完全支持CAN2.0B技术规范。MCP2515与主控制器的连接是通过标准串行外设接口SPI（SearialPeripheralInterface）实现的。主控制器选择了Microchip公司的PIC16F913,该单片机为高性能的RISCCPU,内部具有4KB的可编程可擦除的Flash存储器、256B的RAM、256B的EEPROM,带有标准的SPI接口，也能够方便地和CAN总线控制器MCP2515进行连接。CAN总线驱动器选择Microchip公司的MCP2551,是一个可容错的高速CAN器件[4,10].数据采集用的CAN总线接口电路如图3所示。

4CAN总线驱动程序的方案设计与实现

设备驱动程序是介于硬件和Linux内核之间的软件接口，是一种低级的、专用于某一硬件的软件组件。设备驱动也可以理解为操作系统的一部分，对于一个特定的硬件设备来说，其对应的设备驱动程序是不同的，比如网卡、键盘、鼠标、显卡、电位器、电机等。操作系统本身没有对各种硬件设备提供持久不变的"驱动设备",没有驱动，操作系统就控制不了底层的设备，对于操作系统来说，挂接的设备越多，需要的设备驱动程序也越多。

在Linux操作系统中，把所有外设都当成文件看待，使用操作文件的方法来操作设备，通过驱动程序，Linux操作系统才能以文件夹的方式来管理设备。因此驱动程序的编写开发具有十分重要的地位。Linux设备驱动程序运行在Linux内核空间，是Linux内核中联系硬件设备和应用程序的桥梁。Linux系统硬件、设备驱动和应用程序的关系如图4所示[7].

MagicARM270实验箱采用SJA1000CAN控制器扩展了1路CAN接口，SJA1000是PHILIPS公司经典的CAN控制器，支持CAN2.0A、B协议。结合应用程序、驱动程序、内核程序，CAN驱动流程图如图5所示。

5测试结果与验证

选取广州致远电子有限公司生产的MagicARM270实验箱进行仿真[2].通过CAN总线实现汽车上各种信息的采集和测量，并将采集的结果送到ARM进行处理，通过TFT显示出来，