1 引言
   

      汽車儀表是駕駛員與汽車的信息交流界面购狈，對汽車安全以及經(jīng)濟行駛具有重要作用。近年來，隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展抬探，汽車儀表顯示信息也不斷增加,而傳統(tǒng)機械指針式汽車組合儀表則無法滿足現(xiàn)在使用需求。

      特別是計算機帆赢、微電子和各種現(xiàn)場總線通信技術(shù)廣泛運用,以嵌入式微處理器為核心的智能化數(shù)字式儀表將是汽車儀表發(fā)展的必然趨勢小压。本文給出一種嵌入式汽車數(shù)字儀表設(shè)計方案。

      2 硬件設(shè)計
   

      汽車儀表需要處理的信號主要有：車速椰于、發(fā)動機轉(zhuǎn)速场航、水溫、油量抢妈、以及各種開關(guān)量或報警信號呼笨。其中，發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號和前后燈信號是從CAN總線(發(fā)動機電控模塊和前后燈電控模塊)獲取栖俐，而車速信號肪吁、水溫、油量和其他開關(guān)量信號從相應(yīng)的傳感
器獲取肥寺。
  

       汽車數(shù)字儀表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,本系統(tǒng)對車速获踏、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、水溫和油量信息采用步進表頭顯示糯敢，里程信息采用LCD顯示,開關(guān)量或報警信號采用LED顯示行贤，串口EEPROM用于存儲里程信息。采用Microchip公司的具有SPI接口的控制器MCP2510與收發(fā)器80C250構(gòu)成CAN節(jié)點瞎弥，用于實現(xiàn)與汽車其他CAN節(jié)點間的通信播瓦。

      2．1 MCU驮觅、外擴存儲器和里程存儲電路
   

      系統(tǒng)采用三星公司的ARM7TDMI器件S3C44BOX作為主控制器。S3C44BOX是16／32位RISC處理器众琼，其工作主頻可達75 MHz闯捎，內(nèi)部資源豐富。由于S3C44BOX內(nèi)部無存儲器(內(nèi)部SRAM用于緩存)许溅，因此必須采用總線擴展外部存儲器瓤鼻，包括程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，采用16 Mbit的：FlashSST39VF160及64 Mbit的SDRAM HY57V641620分別作為程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器贤重。系統(tǒng)還采用一片AT24C04存儲器件來存儲里程信息茬祷。AT24C04是4 Kbit的串行存儲器,采用I2C總線方式實現(xiàn)里程信息的存儲。

      2．2 電源和復(fù)位電路
   

      該汽車數(shù)字儀表系統(tǒng)采用汽車蓄電池供電并蝗，汽車蓄電池的電壓約為12 V牲迫，而該系統(tǒng)需采用5 V、2．5 V和3．3 V工作電壓借卧，S3C44BOX內(nèi)核工作電壓是2．5 V盹憎，I／O端口的工作電壓是3．3 V，調(diào)理電路以及一些驅(qū)動器件需用5 V的工作電壓。因此，系統(tǒng)選用7805穩(wěn)壓器作為5 V電壓轉(zhuǎn)換器,選用AS2515AU2．5和AS2515AU3．3分別作為2．5 V和3．3 V電壓轉(zhuǎn)換器垒在。掉電時能夠及時存儲里程信息,電源地需接一只1 000 μF的電容。掉電時檩禾，大電容可以確保S3C44BOX工作一段時間,完成里程信息的存儲。復(fù)位電路采用專用的復(fù)位電路IPM811實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定啟動旁班。

      2．3 車速蔑誓、水溫、油量以及開關(guān)量的處理電路
   

      由于汽車大多工作在惡劣環(huán)境下,將干擾車速傳感器信號职菜，因此在輸入至中斷端口EINT0前需要對車速脈沖信號進行處理誉梳，這里采用RC濾波、三極管放大以及斯密特整形方法調(diào)理車速脈沖信號兰险。

      水溫骇俏、油量信號是電阻信號，須轉(zhuǎn)化為電壓信號脚培，再將其電壓信號輸入至S3C44BOX的AD端口北郁。而其他開關(guān)量則經(jīng)過濾波降壓后輸入至S3C44BOX的I／O端口。

      2．4 CAN總線通信電路
   

      S3C44BOX無SPI接口纺围，但有SIO接口用劲，SIO模塊的發(fā)送和接收既可在上升沿鎖存數(shù)據(jù)位,也可在下降沿鎖存數(shù)據(jù)位，因此可通過設(shè)置S3C44BOX的SIO模塊所對應(yīng)的寄存器實現(xiàn)上升沿發(fā)送數(shù)據(jù),下降沿接收數(shù)據(jù),從而與MCP2510的SPI總線時序相配合僧旬。

       步進電機表頭電路等炉奴。其中步進電機選用Switec的汽車儀表專用步進電機X15．168逼庞，以及專用四通道步進電機驅(qū)動器件X12．017。S3C44BOX的I／O電平為3．3LVCMOS電平盆佣，而X12．017是5VCMOS電平往堡，需采用74LVX4245電平轉(zhuǎn)換械荷。

       3 軟件設(shè)計

       3．1 操作系統(tǒng)
   

       μC／OS-II是Jean J-Labrosse開發(fā)的免費的共耍、開源的嵌入式實時操作系統(tǒng)。μC／OS-II是一個基于優(yōu)先級的可剝奪型內(nèi)核吨瞎，系統(tǒng)所有任務(wù)都有一個唯一的優(yōu)先級別痹兜，適用于實時性要求較強的場合。μC／OS-II提供多種系統(tǒng)服務(wù)颤诀，如消息郵箱字旭、消息隊列、信號量管理以及時間延時等崖叫，實時內(nèi)核使得CPU的利用更有效遗淳。

       3．2 μC／OS-II在ARM上的移植及配置
   

       μC／OS-II的源代碼除了那些與硬件關(guān)系緊密的軟件模塊需用匯編語言編寫外，絕大部分代碼都采用C語言編寫心傀，所以μC／OS-II的可移植性強止既。在ARM上移植μC／OS-II主要編寫3個源文件，即OS_CPU．H垂暖、OS_CPU.C核瘤、OS_CPU_A.S。在OS_CPU．H中完成所需的基本配置和定義(定義數(shù)據(jù)類型穗阐、定義使能和禁止中斷宏等)涉泡；OS_CPU．C主要移植OS-TaskStkInit()、OSTaskCreateHook()能莫、OSTaskDelHook()政茄、OSTaskSwHook()、OSTaskStatHook()妇愉、OSTimeTickHo-ok()等6個函數(shù)峡审；OS_CPU_A．S主要完成OSStartHighRdy()、OSCtxSw()屎谆、OSIntCtxSw()拨聚、OSTickISR()等4個匯編函數(shù)的移植。

       3．3 系統(tǒng)任務(wù)及分析
  

        對一個具體的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)“任務(wù)劃分”是實時操作系統(tǒng)應(yīng)用軟件的關(guān)鍵琐览，任務(wù)劃分是否合理將直接影響軟件設(shè)計質(zhì)量丑瞧。本系統(tǒng)主要有8個任務(wù),即車速脈沖測量任務(wù)、CAN總線任務(wù)蜀肘、水溫采樣任務(wù)绊汹、油量采樣任務(wù)稽屏、開關(guān)量處理任務(wù)、里程記錄及LCD顯示任務(wù)西乖、步進電機驅(qū)動任務(wù)狐榔、WDT任務(wù)。任務(wù)間通過消息隊列和信號量進行通信和共享數(shù)據(jù)获雕。

        主程序在完成初始化(硬件初始化ARMtarge-tInit()薄腻、μC／OS-II初始化OSInit()、建立消息隊列等)工作后依次創(chuàng)建各任務(wù)届案，然后調(diào)用OSStart()啟動操作系統(tǒng)庵楷，啟動時鐘ARMTargetStart()。在μC／OS-II中,各任務(wù)都是并發(fā)的楣颠，但優(yōu)先級不同尽纽，擁有各自的任務(wù)堆棧，不同任務(wù)間通過消息隊列和信號量進行通信和共享數(shù)據(jù)拯拓。任務(wù)采用無限循環(huán)結(jié)構(gòu)披贰，各任務(wù)通過延時或者等待信號量和消息隊列來放棄CPU的使用權(quán),這樣在時鐘脈沖到來時產(chǎn)生中斷切換任務(wù)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)而運行準(zhǔn)備就緒的高優(yōu)先級任務(wù),當(dāng)延時或信號量和消息隊列到來時涌咪，任務(wù)再次運行臣碟。系統(tǒng)采用TimerO定時中斷作為系統(tǒng)時鐘脈沖控制器，并在需要的任務(wù)中建立信號量下风。系統(tǒng)任務(wù)如下：
   

        1)車速脈沖測量任務(wù)：脈沖信號接EINTO奇嗽，使用定時器1定時，測量t時間內(nèi)脈沖數(shù)鹤肥，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到消息隊列永音。
        2)CAN總線任務(wù)：CAN總線任務(wù)等待中斷服務(wù)程序發(fā)送,接收CAN總線數(shù)據(jù)的信號量，獲得CPU使用權(quán)后冠樱，CAN總線任務(wù)處理CAN總線數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到消息隊列炭箭，并再次等待接收信號量。
       3)水溫和油量采樣任務(wù)：定時采樣模擬量颠舞，并將采樣到的模擬量數(shù)值發(fā)送到消息隊列菌司。
       4)開關(guān)量處理任務(wù)：根據(jù)開關(guān)量的狀態(tài)控制LED點亮或熄滅，延時粤铭。
       5)里程記錄及LCD顯示任務(wù)：當(dāng)車速脈沖值累加至0．1 km計數(shù)值,向本任務(wù)發(fā)出信號量挖胃，任務(wù)獲得信號量后進入準(zhǔn)備就緒狀態(tài)，在任務(wù)調(diào)度時獲得CPU的使用權(quán),顯示并記錄里程信息梆惯，運行后繼續(xù)等待接收信號量酱鸭。
       6)步進電機驅(qū)動任務(wù)：首先等待消息隊列，再根據(jù)送出消息的任務(wù)識別出信息內(nèi)容，根據(jù)隊列中的數(shù)據(jù)驅(qū)動步進電機旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的步數(shù)凹髓，運行后再次等待隊列中的消息烁登。本任務(wù)賦予第2高優(yōu)先級。
       7)WDT任務(wù)：用于監(jiān)控蔚舀，提高系統(tǒng)的可靠性饵沧，任務(wù)優(yōu)先級最高，延時赌躺。

        3．4 CAN總線任務(wù)及步進電機驅(qū)動任務(wù)流程
   

        由于S3C44BOX的SIO接口的引腳與標(biāo)準(zhǔn)I／O端口復(fù)用狼牺，因此首先必須設(shè)置S3C44BOX的引腳57～引腳59為SIO接口，然后再通過配置SIO模塊對應(yīng)的寄存器寿谴，使得SIO時序與MCP2510的SPI接口協(xié)議一致锁右，可通過以下初始化SIO函數(shù)實現(xiàn)搜痕。

       初始化完成后细咽，主程序發(fā)起CAN總線任務(wù)及步進電機驅(qū)動任務(wù)，兩個任務(wù)先后進入等待信號量和等待消息隊列绍撇，CAN總線發(fā)生中斷后尘忿，中斷服務(wù)程序釋放信號量,使得CAN總線任務(wù)進入就緒狀態(tài)，在其獲得CPU控制權(quán)后督垮，處理數(shù)據(jù)屡拥，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送至消息隊列，從而使得步進電機驅(qū)動任務(wù)進入就緒狀態(tài),電機任務(wù)通過任務(wù)調(diào)用獲得CPU使用權(quán)影啸，再根據(jù)消息隊列中的數(shù)據(jù)計算出所需的驅(qū)動步數(shù)剩骏，驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)。

       4 結(jié)束語

       采用S3C44BOX與嵌入式實時操作系統(tǒng)μC／OS_II設(shè)計了一款高精度高羡财、高靈敏度监镰、工作穩(wěn)定的嵌入式總線汽車數(shù)字儀表。S3C44BOX資源豐富伐怀、執(zhí)行速度快俐芬，能擴展很多種功能，如IC卡细溅、GPS褥傍、黑匣子等；加之嵌入式實時操作系統(tǒng)簡化了應(yīng)用程序,可高效實時地調(diào)用系統(tǒng)任務(wù)喇聊，因此本汽車數(shù)字儀表系統(tǒng)能夠很好地解決汽車儀表邁向綜合信息化的問題恍风。

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