车载仪表GUI真彩前屏系统的设计_王琼

０ 引 言
随着现代汽车电子技术和计算机技术的飞速 发 展 ，汽 车 驾 驶 室 车 载 电 子 、电 控 和 仪 表 设 备 不 断 增加 且 安 装 分 立，占 用 空 间 大，成 本 高，显 示 精 度 与 分 辨 率 低 下 、功 能 单 一 且 电 磁 干 扰 大 ，不 利 于 驾
１ 系 统 结 构 和 硬计 本文设计的车载仪表前屏系统由嵌入式处理
器模块、车载传感器模块、ＴＦＴ 显示模块、存 储 单 元 和 系 统 接 口 模 块 组 成 ，总 体 结 构 如 图 １ 所 示 。
图 １ 多 功 能 前 屏 系 统 总 体 结 构
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ ＧＵＩ ｔｒｕｅ ｃｏｌｏｒ ｆｒｏｎｔ ｓｃｒｅｅｎ ｓｙｓｔｅｍ
ＷＡＮＧ Ｑｉｏｎｇ１， ＱＩＡＮ Ｒｕｎ－ｓｈｅｎｇ１， ＳＵＮ Ｂａｏ－ｑｕｎ２
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｈｅｆｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ ２３０００９，Ｃｈｉｎａ；２．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ ２３０００９，Ｃｈｉｎａ）
系 统 硬 件 电 路 主 要 包 括 ＳＤＲＡＭ、ＮＡＮＤ ＦＬＡＳＨ、ＬＣＤ 接 口 以 及 数 据 采 集 口 和 通 信 接 口等。 １．２．１ 存 储 模 块 电 路 的 设 计
系 统 的 内 核、文 件 系 统 和 应 用 程 序 大 小 约 ６０ ＭＢ，而且媒体文件和电子地图较大，所以为了 给系统软件提供 充 足 的 程 序 存 储 和 堆 栈 空 间，本 系统扩展了３２位宽、１２８ ＭＢ 的 ＲＡＭ 存储系统。 采用 Ｈｙｎｉｘ 公 司 的 ＨＹ５７Ｖ１２１６２０ 的 ＳＤＲＡＭ 芯 片，结 构 为 ４ Ｂａｎｋｓ×８ ＭＢ×１６ ｂｉｔ。 由 于 Ｓ３Ｃ２４４０Ａ 芯片 是 ３２ 位，由 ２ 片 ＨＹ５７Ｖ１２１６２０ 组成３２位宽、１２８ ＭＢ 的内存系统。
系统 显 示 屏 选 用 群 创 ７ 寸 ＴＦＴ－ＬＣＤ，包 含 ＬＣＤ 垂 直 同 步 信 号 ＶＳＹＮＣ、水 平 同 步 信 号 ＨＳＹＳＮＣ、行结束信号 ＬＥＮＤ、时 钟 信 号 ＶＣＬＫ、 数据信号 ＶＤ［２３：０］、电源开关信号 ＰＷＲＥＮ。
系统触 摸 屏 采 用 ４ 线 电 阻 触 摸 屏，ｘ 轴 引 线 为 ＸＰ 和 ＸＭ，ｙ 轴引线 ＹＰ 和 ＹＭ。 系 统 控 制 器 Ｓ３Ｃ２４４０Ａ 包含 这 ４ 个 引 脚，可 直 接 与 ４ 线 电 阻 触摸屏连接。 系 统 的 触 摸 屏 和 ＬＣＤ ２ 类 信 号 通 过共用 ＤＦ９Ｂ－４１Ｐ－１Ｖ２接口器件连接到群创７ 寸 显示触摸屏 。 ［３］ １．２．３ 数 据 采 集 接 口 和 通 信 接 口 设 计
车载仪表 ＧＵＩ真彩前屏系统的设计
王 琼１， 钱 润 生１， 孙 保 群２
（１．合肥工业大学 计算机与信息学院，安徽 合肥 ２３０００９；２．合肥工业大学 汽车工程技术研究院，安徽 合肥 ２３０００９）
摘 要：针 对 乘 用 车 驾 驶 室 车 载 电 子 、电 器 和 仪 表 设 备 多 且 安 装 分 立 、占 用 空 间 大、显 示 精 度 低 及 可 读 性 差 不 利于驾驶员观察等问题，文章提出了一种基于 Ｑｔ技术的车载多功能 ＧＵＩ显示前屏的集成设计方案。系 统 以 内核为 ＡＲＭ９２０Ｔ 的 嵌 入 式 处 理 器 Ｓ３Ｃ２４４０Ａ 为 硬 件 控 制 核 心，以 群 创 ７ 寸 ＴＦＴ－ＬＣＤ 为 触 摸 显 示 屏，在 Ｌｉｎｕｘ２．６．３４和 Ｑｔ４．６开发平台上，实现了集车辆行驶信息 ＧＵＩ显 示。实 验 结 果 表 明，系 统 能 够 图 形 化 实 时 显 示 车 速 和 行 驶 里 程 、发 动 机 转 速 、油 量 、水 温 、方 向 灯 指 示 和 时 间 日 期 等 车 辆 行 驶 参 数 ，该 系 统 具 有 图 形 界 面 友 好 、反 应 灵 敏 、体 积 小 、成 本 低 和 可 扩 展 性 强 等 特 点 。 关 键 词 ：车 载 前 屏 ；图 形 用 户 界 面 显 示 ；Ｑｔ技 术 中 图 分 类 号 ：ＴＰ３９１．１ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００３－５０６０（２０１３）０８－０９３８－０５
系统数据采集接口包括输入数字脉冲信号、 模 拟 电 压 信 号 和 开 关 量 信 号 ，用 于 连 接 车 身 油 量 、 水温、车速和发动 机 转 速 等 传 感 器 信 息 以 及 车 灯 信号。其中数 字 脉 冲 信 号 引 入 Ｓ３Ｃ２４４０ 的ｔｃｌｋ０ （输入频 率 为 ０～７２０ Ｈｚ）和 ｔｃｌｋ１（输 入 频 率 为 ０～８ｋＨｚ）２ 个 引 脚；模 拟 电 压 信 号 引 入 Ｓ３Ｃ２４４０Ａ 的 ＡＤ 输 入 引 脚 ａｄ０ 和 ａｄ１，２ 个 ＡＤ 输入 引 脚 电 压 范 围 为 ０～３．３ Ｖ；车 灯 信 号 接 Ｓ３Ｃ２４４０Ａ 的外部Ｉ／Ｏ 引脚 ＧＰＦ［１：２］，车身报警 信号接 ＥＩＮＴ［３：５］。
嵌入式处理器 模 块 是 系 统 的 控 制 核 心，选 用 Ｓａｍｓｕｎｇ公 司 生 产 设 计 的 ３２ 位 ＲＩＳＣ 微 处 理 器 Ｓ３Ｃ２４４０Ａ，其工作频率最高达 ４０５ ＭＨｚ，能 够 满 足系统快速采集数据和处理数据的要求。车载传 感器模块 主 要 实 现 对 汽 车 行 驶 数 据 快 速 采 集 功 能。ＴＦＴ－ＬＣＤ 模 块 完 成 车 速、发 动 机 转 速、水 温、油 量、时 间 日 期、转 向 灯 及 各 种 报 警 信 号 的 实 时动态显示功能。触摸屏实现显示界面切换等人 机 交 互 功 能。 存 储 单 元 包 括 １ ＧＢ ＮＡＮＤ ＦＬＡＳＨ 和 １２８ ＭＢ ＳＤＲＡＭ。 系 统 扩 展 通 信 接 口包括 ＲＳ－２３２口、ＣＡＮ 总线口，主要完成与车载 电子和电控设备交换信息 等 ［１－２］ 功能。 １．２ 系 统 主 要 硬 件 电 路 设 计
２ 汽车行驶信息 ＧＵＩ模块设计
车载仪表前屏系统的应用软件运行在操作系 统内核版本为 Ｌｉｎｕｘ－２．６．３４．４上，界面开发 环 境 为 Ｑｔ４．６．３［４］。本文主要介绍汽车行驶信息 ＧＵＩ 界面模块的设计与实现。
系统的通 信 接 口 和 车 载 数 据 采 集 接 口 包 括 ＣＡＮ 总线口、ＲＳ－２３２ 口、ＡＤ 输 入 和 脉 冲 信 号 输 入接口。系统串行通信接口通过 ＭＡＸ３２３２ 收发 器实现 Ｓ３Ｃ２４４０Ａ 与 ＲＳ－２３２总线的通信，实现与 ＰＣ 交互和 信 息 输 出。 系 统 ＣＡＮ 总 线 控 制 器 选 用 ＭＣＰ２５１５，ＣＡＮ 收 发 器 为 ＳＮ６５ＨＶＤ２３０。 其 中 ＭＣＰ２５１５ 带 有 ＳＰＩ总 线 接 口，可 直 接 连 接 到 Ｓ３Ｃ２４４０Ａ 的 ＳＰＩ 总 线 上， 通 过 收 发 器 ＳＮ６５ＨＶＤ２３０连接到车身系统 ＣＡＮ 总线。
孙 保 群 （１９５６－ ），男 ，安 徽 定 远 人 ，合 肥 工 业 大 学 研 究 员 ，硕 士 生 导 师 ．
第８期
王 琼，等：车载仪表 ＧＵＩ真彩前屏系统的设计
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ＳｏＣ 芯片 Ｓ３Ｃ２４４０Ａ，基于 Ｑｔ４．６．３ 开 发 技 术，实 现了车辆行驶信息图形化显示。系统显示画面直 观、精美，使得驾 驶 环 境 更 为 舒 适。 以 ＴＦＴ 触 摸 屏 为 人 车 交 互 界 面 ，使 得 驾 驶 员 操 作 更 加 便 捷 、高 效，提 高 了 行 车 安 全 性，降 低 了 成 本，为 自 主 研 发 智能化汽车电子产品进行了初步尝试。
本文提出了车载仪表前屏系统的硬件平台为
收 稿 日 期 ：２０１２－１２－０６；修 回 日 期 ：２０１３－０５－１５ 基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 青 年 基 金 资 助 项 目 （５１２０５１０１） 作 者 简 介 ：王 琼 （１９５８－ ），女 ，浙 江 淳 安 人 ，合 肥 工 业 大 学 副 教 授 ，硕 士 生 导 师 ；
第３６卷 第８期 ２０１３ 年 ８ 月
合 肥 工 业 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＥＦＥＩ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－５０６０．２０１３．０８．０１０
Ｖｏｌ．３６ Ｎｏ．８ Ａｕｇ．２０１３
另外，由于车 身 信 息 多 且 仪 表 系 统 数 据 需 要 永 久 存 放，本 系 统 还 扩 展 了 大 容 量 ＮＡＮＤ ＦＬＡＳＨ 来存储软件 系 统 和 数 据。 本 车 载 仪 表 前 屏系统采用 了 三 星 公 司 的 Ｋ９Ｋ８Ｇ０８Ｕ０Ｂ ＮＡＮＤ ＦＬＡＳＨ 芯片。该芯片存储容量 为 １ＧＢ，８ 位 ｂｉｔ 数据端口，３．３Ｖ 供电。 １．２．２ 显 示 器 与 触 摸 屏 接 口 电 路 的 设 计
驶员行车中观察 和 操 作，给 行 车 过 程 带 来 了 不 安 全的隐患。随着 微 电 子 技 术 的 迅 猛 发 展，嵌 入 式 处理器的性能达 到 了 一 个 前 所 未 有 的 高 度，应 用 高性能 ＡＲＭ 处理 器 和 ＴＦＴ 显 示 屏 实 现 车 载 前 屏综合显示是一个高性价比的解决方案。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ ｉｎｔｅｇｒｅｄ ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ ＧＵＩ ｔｒｕｅ ｃｏｌｏｒ ｆｒｏｎｔ ｓｃｒｅｅｎ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｑｔ ｔｅｃｈ－ ｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ｃａｒ ｃａｂ ｆｕｌｌ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎ－ ｉｃｓ，ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ ｐｏｏｒ ｒｅａｄａｂｉｌｉｔｙ．Ａ ｆｒｏｎｔ ｓｃｒｅｅｎ ｄｉｓｐｌａｙ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ＧＵＩ ｄｉｓｐｌａｙ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｌｉｎｕｘ２．６．３４ ａｎｄ Ｑｔ４．６ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｌａｔｆｏｒｍ． Ｔｈｅ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｓ３Ｃ２４４０Ａ ｗｉｔｈ ＡＲＭ９２０Ｔｃｏｒｅ ｉｓ ｕｓｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｋｅｒｎｅｌ ａｎｄ ｔｈｅ Ｉｎｎｏｌｕｘ ７－ｉｎｃｈ ＴＦＴ－ＬＣＤ ａｓ ｔｈｅ ｔｏｕｃｈ ｓｃｒｅｅｎ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｄｉｓｐｌａｙ ｖｅｈｉｃｌｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｍｉｌｅａｇｅ，ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅ ｓｐｅｅｄ，ｆｕｅｌ ｃａｐａｃｉｔｙ，ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｕｒｎ ｓｉｇｎａｌｓ，ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｄａｔｅ ｇｒａｐｈｉｃａｌｌｙ ｉｎ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ．Ｉｔ ｈａｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ａ ｆｒｉｅｎｄｌｙ ｇｒａｐｈｉｃａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｈｉｇｈ ｒｅｓｐｏｎｓ－ ｉｖｉｔｙ，ｓｍａｌｌ ｓｉｚｅ，ｌｏｗ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｇｏｏｄ ｓｃａｌａｂｉｌｉｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｖｅｈｉｃｌｅ ｆｒｏｎｔ ｓｃｒｅｅｎ；ｇｒａｐｈｉｃａｌ ｕｓｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ（ＧＵＩ）ｄｉｓｐｌａｙ；Ｑｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ