CN102529722B - 一种数字综合汽车仪表 - Google Patents

Abstract

一种数字综合汽车仪表，其包括硬件及其搭载的软件。其中硬件主要包括：主控单元MCU；液晶显示屏，其通过数字接口与主控单元MCU连接，用于显示车辆的各项状态信息；CAN控制器，其通过数字接口与主控单元MCU连接，用于采集车辆状态数据。其所搭载的软件包括：嵌入式实时操作系统RTEMS，用于管理资源，屏蔽上层应用对底层的直接操作；3D图形引擎，用于3D的图形计算与显示；车载仪表应用软件，用于分析从车载CAN网络上采集的状态数据，并将其显示在仪表屏幕上。

Description

一种数字综合汽车仪表

技术领域

本发明属于实时嵌入式系统技术领域，涉及一种数字综合汽车仪表。

背景技术

随着汽车制造技术的不断发展，汽车仪表板上显示的信息不断增加，传统的机电指针式汽车组合仪表无法满足用户对2D、3D视觉效果需求；同时，受仪表盘面积所限制，传统的机电式组合仪表无法在有限的展示区域上显示更多的车辆有关信息；此外，传统的机电式组合仪表一旦定型生产，升级更新较为困难，升级的周期也较长。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种数字综合汽车仪表，其特征在于包括：主控单元MCU，其上搭载嵌入式操作系统、3D图形引擎、车载仪表应用软件；液晶显示屏，其通过数字接口与主控单元MCU连接，并基于3D图形引擎以3D图形用户界面在液晶屏幕上显示车辆各项状态信息；CAN控制器，其通过数字接口与主控单元MCU连接，用于采集车辆状态数据并根据CAN应用协议进行解析供主控单元MCU使用；CAN收发器，其通过数字接口与CAN控制器连接，并把接收到的汽车CAN总线上差分式电平信号转化为高低逻辑电平传输给CAN控制器。

进一步，本发明的数字综合汽车仪表中的使用的实时嵌入式操作系统是RTEMS操作系统。

进一步，本发明的数字综合汽车仪表中的3D图形引擎为符合Open GL ES1.0、Open GL ES 2.0规范的图形引擎。

进一步，本发明的数字综合汽车仪表中的仪表应用软件包括车辆状态数据采集模块、CAN应用协议数据解析模块、仪表数据显示模块；其中所述车辆状态数据采集模块，用于从CAN汽车总线上采集车辆各子系统运行状态及故障代码，并转发给CAN应用数据解析模块；CAN应用协议数据解析模块，用于解析从CAN汽车总线采集到的应用协议数据，提取CAN汽车总线中各子系统的状态数据值；仪表显示模块用于显示经过3D处理后的各项状态数据。

本发明把计算机嵌入式技术与计算机图形处理技术应用于汽车仪表中，从而提供一种能同时克服传统机电式仪表和普通数字仪表缺陷的可显示3D图形用户界面、在同一硬件平台上易于通过软件升级的综合数字汽车仪表。

附图说明

图1是本发明数字综合汽车仪表的硬件结构示意图；

图2是本发明数字综合汽车仪表的系统层次图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明数字综合汽车仪表进行详细描述，以进一步理解本发明。

随着计算机、微电子和各种现场总线技术的发展与广泛应用，以嵌入式微处理器为核心的智能化数字综合仪表将是汽车仪表发展的必然趋势，它可以通过软件切换不同的界面使得在同一区域内可展示的信息量增大；引入3D图形引擎而使得在仪表上可以展示出较好的3D图形界面；也可以在同一硬件平台上通过软件升级实现不同的数字仪表版本。

图1是本发明数字综合汽车仪表的硬件结构示意图；如图1所示，本发明数字综合汽车仪表包括主控单元MCU 1，负责整个仪表系统的主控与数据处理。LCD显示屏2，其采用真彩液晶显示面板，其通过数字接口与主控单元MCU连接，用于显示车辆各项状态信息，该屏幕可以是触摸屏。CAN控制器，其通过数字接口与主控单元MCU连接，用于采集车辆状态数据供主控单元MCU使用；CAN收发器，其通过数字接口与CAN控制器连接，并接收汽车CAN汽车总线上的车辆状态信息，传输给CAN控制器。本发明的数字综合汽车仪表硬件除了上述部件之外，还包括音频模块，其通过AC97/PCM接口与MCU 1连接，对MCU中产生的音频输出。此外，还包括按键组，例如4个按键，以太网接口、USB接口，按键组EINT接口实时发送触发信息。TFT显示屏实时地以3D形式动态更新展示车辆运行的各项状态数据。

图2是本发明数字综合汽车仪表的系统层次图，如图2所示，本发明的数字综合汽车仪表，从层次上分为1硬件、2软件，其中软件包括3RTEMS操作系统与相关驱动，43D图形引擎，5仪表应用程序，其中仪表应用程序包括了6数据采集模块、7CAN应用协议数据解析模块、8图形显示模块。本发明应用了高性能的嵌入式处理器，将RTEMS系统、符合OpenGL ES1.0、2.0规范的3D引擎应用在本系统中。所设计的硬件主控板采用具有2D/3D硬件加速功能的处理器，搭载RTEMS实时操作系统以及与RTEMS操作系统相匹配的BSP和驱动程序，如应用于RTEMS操作系统的CAN总线驱动、2D、3D芯片驱动、液晶显示面板驱动、系统时钟驱动等，再以符合Open GL ES 1.0、2.0规范的3D引擎作为中间件层支撑，为上层仪表应用模块提供基础的运行时环境。所述的仪表应用程序包括车辆状态数据采集模块、CAN应用协议数据解析模块、图形显示模块；其中所述车辆状态数据采集模块，用于从CAN汽车总线上采集车辆各子系统运行状态及故障代码，并转发给CAN应用数据解析模块；CAN应用协议数据解析模块，用于解析从CAN汽车总线采集到的应用协议数据，提取CAN汽车总线中各子系统的状态数据值。需要采集的数据从CAN总线和车内硬线得到，从CAN总线获取到的数据包，根据其PID解析出图形数据，包括：汽车发动机转速、时速、行驶里程、冷却液温度、左右转向灯信号、近光灯信号、远光灯信号、雾灯信号、安全带未扣紧信号，手刹信号，脚刹车信号灯等。车内硬线采集的参数经过AD转换、标定等处理。仪表显示模块，用于显示经过3D处理后的各项状态数据。上述各模块完成了从采集到显示的一个完整的运行周期。在汽车运行中，需要汽车仪表不断的从一个运行周期到下一个运行周期的不断运行，也即上述各功能模块重复连续运行。

本发明将RTEMS嵌入式实时操作系统应用于汽车综合数字仪表，将系统资源交给RTEMS操作系统管理，对应用程序屏蔽了硬件操作，使得整个数字仪表应用的开发更加容易以及仪表应用的性能、可靠性得以提高；在RTEMS嵌入式实时操作系统之上定制、搭建符合OpenGL ES 1.0、2.0规范的图形引擎，使得在RTEMS操作系统的开发的仪表应用具备2D、3D的图形界面展示能力，车辆运行的各项状态数据可以实时地以3D形式动态更新展示；在综合数字仪表应用层，将其功能模块从结构上再细分为车辆状态数据采集、数据分析以及图形用户界面展示，使得整个仪表应用程序结构更加合理，更易于维护、升级；在基于自主设计的数字仪表板卡上，构建由RTEMS操作系统、符合OpenGL ES 1.0、2.0规范的基础运行时环境，实现采集车辆各子系统状态并以3D形式展示的仪表应用，实现了整个硬件、软件系统的集成创新。

在具体实施上，本发明所涉数字综合汽车仪表以具有2D/3D加速功能的嵌入式处理器为主控制器、采用液晶屏作为显示终端、通过汽车CAN总线和A/D接口读取车辆状态数据的仪表硬件设计；在该硬件平台上定制的RTEMS嵌入式、实时操作系统以及符合OpenGL ES 1.0、2.0规范的2D、3D图形引擎；在此基础上实现了包括车辆状态数据采集、CAN应用协议数据分析以及图形用户界面展示等车辆仪表的应用功能。

相比现有技术本发明具有以下优点：

本发明将计算机图形学技术和计算机嵌入式技术应用到汽车仪表，可以在液晶屏上以2D、3D的图形用户界面显示各项信息，完全替代机电式仪表指针。数字综合仪表显示图形丰富，显示方式灵活，使仪表除有更好的视觉效果外还可通过软件方式切换界面增大可显示的信息数量。

搭载RTEMS实时操作系统，屏蔽了硬件的繁杂操作，降低了上层应用的开发的难度与复杂度，使得数字仪表的应用更易于升级、维护。

3D图形引擎的引入，使得由原来机电式仪表只能通过不断修改模具的形式才能实现不同的3D展示效果可以通过软件方式实现不同的3D展示效果，降低了仪表系统的开发成本，缩短了研发时间

可以在仪表应用程序层实现多种风格显示界面供终端用户选用而不需要变更仪表硬件设计。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种数字综合汽车仪表，其特征在于包括：

主控单元MCU，具有2D/3D硬件加速功能，其上搭载RTEMS实时操作系统、3D图形引擎、车载仪表应用软件；

液晶显示屏，其通过数字接口与主控单元MCU连接，并基于3D图形引擎以3D图形用户界面在液晶屏幕上显示车辆各项状态信息；

CAN控制器，其通过数字接口与主控单元MCU连接，用于采集车辆状态数据并根据CAN应用协议进行解析供主控单元MCU使用；

CAN收发器，其通过数字接口与CAN控制器连接，用于把CAN控制器输出的高低逻辑电平与CAN总线的差分式电平互相进行转换。

2.根据权利要求1所述的数字综合汽车仪表，其特征在于所述3D图形引擎符合Open GL ES 1.0、Open GL ES 2.0规范。

3.根据权利要求1所述的数字综合汽车仪表，其中主控单元MCU中进一步包括：车辆状态数据采集模块，用于从CAN汽车总线上采集车辆各子系统运行状态及故障代码，并转发给CAN应用数据解析模块；

CAN应用协议数据解析模块，用于解析从CAN汽车总线采集到的应用协议数据，提取CAN汽车总线中各子系统的状态数据值；

仪表显示模块，用于显示经过3D处理后的各项状态数据。