CN202870594U - 一种基于can总线的嵌入式车载信息终端 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于CAN总线的嵌入式车载信息终端，该车载信息终端包括嵌入式处理器、内部存储器、主存储器、触摸显示屏以及用于连接各个CAN终端控制器的CAN总线，所述内部存储器、主存储器、触摸显示屏以及CAN总线与嵌入式处理器相连，本实用新型所述基于CAN总线的嵌入式车载信息终端解决了现有车载信息终端功能单一、灵活性差等缺点，通过改进车辆信息的采集、处理、交换，可以提供丰富的信息给驾驶员，以实现对汽车车身设备终端进行集中、有效、方便、安全的信息采集和控制，使得汽车操作更加安全、方便、节能和环保，更具人性化。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于CAN总线的嵌入式车载信息终端。
背景技术
在当今社会，随着经济的高速增长、城市化进程的日益加快和生活水平的显著提高，一方面，汽车使用量迅猛增加，使得交通拥挤、交通安全、环境污染等成为急待解决的问题；另一方面，人们对于汽车电子设备功能的需求、对交通运输行业发展和管理的要求也越来越高。
随着互联网技术、分布式计算技术、无线通讯技术、移动计算技术、微型嵌入式技术以及微型RTOS技术的快速发展，使得计算机技术逐步渗透到各种日常的信息工具之中，并使这些工具更加功能化和智能化；信息技术的重心正在由信息管理与存储转向信息快速获取、信息加工、处理与整合、信息的高效利用等领域。
车载信息终端是解决未来交通问题的关键环节之一，涉及了汽车电子、无线通信、嵌入式系统等先进技术领域。由于人们越来越多的关注汽车的安全性、舒适性和节能环保特性，使得汽车电子产品份额稳步攀升。作为汽车工业与电子工业的结合体，汽车电子技术在动力传动电子控制系统、底盘电子控制系统、车身电子控制系统、多媒体娱乐、通信系统等应用中得到了飞速的发展，极大地满足了人们对汽车动力性、经济性、安全性、舒适性等的需求。
现有车载信息终端的主要缺点在于功能单一，无法对车辆各个系统进行全面的监测与控制。例如，汽车各个电子系统的控制通过对应的CAN终端控制器自动完成，车辆运行中对各个系统无法进行实时状态显示及控制。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于CAN总线的嵌入式车载信息终端。
为达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案。
该车载信息终端包括嵌入式处理器、内部存储器、主存储器、触摸显示屏以及用于连接各个CAN终端控制器的CAN总线，所述内部存储器、主存储器、触摸显示屏以及CAN总线与嵌入式处理器相连。
所述CAN总线上设置有若干个CAN通信模块，嵌入式处理器和CAN终端控制器分别与对应的CAN通信模块相连。
所述车载信息终端还包括与嵌入式处理器相连的GPS模块。
所述车载信息终端还包括与嵌入式处理器相连的GPRS模块。
所述车载信息终端还包括与嵌入式处理器相连的摄像头。
本实用新型所述基于CAN总线的嵌入式车载信息终端解决了现有车载信息终端功能单一、灵活性差等缺点，通过CAN总线将CAN终端控制器与嵌入式处理器相连，改进了车辆信息的采集、处理、交换，可以提供丰富的信息给驾驶员，以实现对汽车车身设备终端进行集中、有效、方便、安全的信息采集和控制，使得汽车操作更加安全、方便、节能和环保，更具人性化。
进一步的，本实用新型所述基于CAN总线的嵌入式车载信息终端通过设置GPRS模块、GPS模块以及摄像头等部件，同时具有GPS定位信息采集与解析、可视倒车以及GPRS数据传输等功能，并可以通过触摸屏提供良好的人机交互接口。
附图说明
图1为本实用新型的总体功能结构示意图；
图2为为GPS模块、CAN终端控制器与CAN总线的连接原理图；
图3为本实用新型的主程序流程图。
图中：嵌入式处理器1，主存储器2，内部存储器3，触摸显示屏4，CAN总线5，CAN终端控制器6，CAN通信模块7，GPRS模块8，GPS模块9，摄像头10。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
参见图1，本实用新型所述车载信息终端包括嵌入式处理器1、内部存储器3、主存储器2、触摸显示屏4以及用于连接各个CAN终端控制器6的CAN总线5，所述内部存储器3、主存储器2、触摸显示屏4以及CAN总线5与嵌入式处理器1相连，所述CAN总线5上设置有若干个CAN通信模块7，嵌入式处理器1和CAN终端控制器6分别与对应的CAN通信模块7相连；所述车载信息终端还包括与嵌入式处理器1相连的GPS模块9；所述车载信息终端还包括与嵌入式处理器1相连的GPRS模块8；所述车载信息终端还包括与嵌入式处理器1相连的摄像头10。
实施例
本实用新型所述基于CAN总线的嵌入式车载信息终端是一种基于嵌入式系统的车载信息终端系统，是顺应解决日益严峻的交通问题和满足消费者对汽车智能化、电子化、信息化、网络化不断提高的迫切需求而提出的一种解决方案。终端采用模块化设计理念，采用当前最流行的核心处理器件及多级流水线技术，优化系统的功耗性能并提高数据读、写及处理的速度；设计良好的交互式图形用户界面，方便用户的操作，进一步提高车辆驾驶的安全性。
该方案提供基于CAN和SAEJ1939协议的汽车信号采集与解析、GPS定位信息采集与解析、可视倒车以及GPRS数据传输等功能，并基于真彩液晶屏和触摸屏设计嵌入式GUI，以提供良好的人机交互接口。其总体功能如图1所示。
系统硬件平台
嵌入式处理器是嵌入式系统的核心部件，它的选型要综合考虑功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容等多方面的因素。
当前，嵌入式处理器的品种数量已超过1000多种，流行的结构体系有30多个系列，主要分为嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP处理器和嵌入式片上系统四种。ARM微处理器以体积小、功耗低、成本少、性能高、控制简捷灵活等优点广泛应用于嵌入式场合，占据了32位RISC微处理器的70%以上的市场份额。因此，本系统采用Samsung公司推出的16/32位RISC处理器S3C2410A作为系统主控单元。S3C2410A从属ARM9系列，系统时钟为203MHz、最高可至266MHz。除具有低功耗、、低成本、高性能等优点外，S3C24l0A还集成了丰富的接口和片上功能，主要有：
1、外部存储控制器；
2、LCD控制器，提供1通道LCD专用DMA；
3、4通道DMA、3通道UART、2通道SPI、l通道多主IIC-BUS/l通道IIS-BUS控制器、2端口USB主机/l端口USB设备、4通道PWM定时器和1通道内部定时器、看门狗定时器、8通道10bitsADC和触摸屏接口；
4、117个通用1/0接口和24通道外部中断源；
5、PLL片上时钟发生器、具有日历功能的RTC。
系统硬件结构及工作原理、过程
系统利用S3C2410A的SPI接口与CAN终端控制模块进行通信，获取汽车自身的各项信息；利用UART2与GPS接收机相连，采集定位信息；利用UART1连接GPRS无线通信模块，实现与远程车辆管理中心的交互；利用USB接口与摄像头相连，实现监控图像的采集和可视倒车功能；利用S3C24l0A内部集成的LCD控制器和触摸屏接口为驾驶员提供良好的显示和操作界面。
处理器模块是本系统的核心，负责1）接收触摸屏输入的控制指令并送入CAN总线上；2）接收由CAN终端控制器传输来的汽车各终端系统的状态信息和相应参数，并将数据进行处理后送入显示模块中；3）将需要存储的数据送入主存储器中，需要时将数据调入内存中。（SDRAM作为外部扩展的内存，FLASH作为程序和数据的主存储器。）
显示模块将显示可视化界面，与触摸屏一起实现人机交互，方便指令的输入和设备操作；并将终端信息实时显示。（说明：显示模块指的是LCD液晶显示屏用于显示，触摸屏是叠加在其上的一块用于触摸定位的屏，两者一般配合同时使用，达到显示输出和触摸控制输入的效果。）
存储模块主要用于存放系统软件代码和系统运行参数，以及将设置参数和一些状态信息记录，方便调用和存取。
CAN通信模块在接收到处理器模块需要发送的数据后将其打包，根据包地址送入相应的CAN终端控制器中；并将CAN终端控制器中的数据信息送入处理器模块中。通过CAN通信模块，车载信息终端与汽车终端系统进行实时、准确的数据交换。此外，GPS模块和CAN节点之间的数据转发任务，包括将GPS模块接收到的定位信息传送给指定的CAN节点，以及将从CAN接收的命令信息转发给GPS模块，参见图2。
本系统中CAN终端控制器是PHILIPS公司的SJA1000CAN控制器，它是一个独立的CAN控制器。主要用于移动目标和一般工业环境中的区域网络控制。SJA1000有一系列先进的功能，适合于多种应用，特别在系统优化诊断和维护方面非常重要。与PHILIPS公司的PCA82C200以及其它的CAN控制器相比，SJA1000经过简单的总线连接就可完成CAN总线的物理层和数据链路层的所有功能。采用这一新型、功能强大的独立总线控制器SJA1000芯片，一方面可使得系统结构简单、可靠性加强；另一方面，增强了以后系统升级或扩展的灵活性。而且它增加了一种新的操作模式-PeliCAN，这种模式支持具有很多新特性的以CAN2.OB协议。
CAN通信接口（CAN通信模块）采用PCA82C250，PCA82C250是CAN总线控制器和物理总线之间的接口，由PHILIPS公司设计生产，最初为汽车高速通信(最高达成1MbPs，40m)应用而设计。其通信介质为阻抗为120欧双绞线，器件可以提供对CAN总线的差动发送/接收能力。82C250驱动器的两个信号输出端的电平不是相异的，在CANH端，它的两个状态是高电平和悬浮状态；而在CANL端，它的两个状态则分别为低电平和悬浮状态。由于82C250采用了上述措施，由它构成的分布式测控系统，即使多个节点同时向网络发送数据，也不会发生短路现象。
82C250第8(Rs)脚与地之间的电阻称为斜率电阻，通过引脚8允许选择3种不同的工作方式：高速方式，通过8脚与地直接相连而选择，在这种方式下，为避免射频干扰，使用屏蔽电缆作总线；待机方式，通过将8脚接高电平而选择，此时发送器被关掉，接收器处于低电流工作状态，可以对总线上的显性位做出反应；斜率控制方式，一般在波特率较低、总线较短时使用。该方式通过将8脚与地之间连接斜率电阻实现，上升和下降的斜率取决于该电阻的阻值，斜率正比于8脚上的电流输出。本子系统CAN节点采用高速方式，8脚与地直接相连。
采用PCA82C25O作为高速总线接口电路和MCU的连接只需要连接数据发送(TRXCAN)和接收(RXCAN)端以及相关的电源端；在CAN输出需要滤除共模干扰，采用共模滤波器即可实现。
系统软件平台
嵌入式操作系统摒弃了传统软件编程的前后台模式，能够更加合理地分配系统资源。使用操作系统来开发软件，能够屏蔽硬件细节，降低开发难度，大大减小系统工作量，提高系统开发效率，缩短开发周期，成为了现在嵌入式软件开发的趋势。
嵌入式操作系统是嵌入式CPU的软件基础，提供对硬件的初始化、多任务管理、内存管理、设备管理，支持文件和网络系统，能够提供GUI模块编程接口。由于嵌入式系统越来越追求数字化、网络化和智能化，因此整个系统的软件必须是开放的、提供标准的API，并且能够方便的与第三方软硬件沟通。在设计车载信息终端功能软件时，选择合理的嵌入式操作系统，将会给系统开发带来巨大的简化。Linux是一个可裁剪、源码开放、实时性强的操作系统，具有精简的内核，性能高、稳定性好、良好的多任务支持，并且支持多种嵌入式GUI，同时支持多种CPU，以及大量的周边硬件设备，驱动丰富等优点。
uClinux是Linux2.0/2.4内核派生而来，专门针对没有MMU的CPU，具有Linux系统主要优点。对比各嵌入式操作系统，考虑成本和所需功能，本实用新型选用uClinux作为嵌入式操作系统。
GUI系统的选择
随着嵌入式Linux技术的飞速发展，面向嵌入式Linux系统的图形界面系统也得到长足发展。它的存在为使用者提供了友好便利的界面，并大大方便了用户的使用。在嵌入式系统中，由于系统硬件本身的特殊性，嵌入式GUI应具备高度可移植性与可裁剪性，以适应不同的硬件条件和使用需求。
MiniGUI是一个基于Linux的实时嵌入式系统的轻量级图形用户界面支持系统，是国内的一款开源软件。具有丰富的控件资源，如：窗口皮肤、工具条等桌面GUI中的高级控件支持。与其他系统相比，MiniGUI具有轻量、高性能和高效率的特色，已经应用到电视机顶盒、实时控制系统、掌上电脑等诸多场合。
MiniGUI具有以下优点：
资源消耗少：就存储空间来说，其支持库占用不足400K，字体位图等资源占用200K~400K（根据应用程序决定），而且能够在CPU主频为30MHz系统上正常运行。
高性能：MiniGUI为提高整体性能，采用了独特的体系结构，而不是像Microwindows系统那样依赖UNIX套接字进行通信，且Microwindows的图形引擎代码未经过任何优化，其图形效率低。其次对图形系统进行了大规模的优化，采用C语言编写不会因为C++的臃肿而造成系统资源的极度浪费。
高可靠性：国内已经有许多产品使用了该软件，其运行效果得到很好的证明。
可配置性：可通过Linux下的Automake和Autoconf接口实现大量的编译配置选项，通过这些选项可指定MiniGUI库中包括的功能和不包括的功能，从而实现系统定制。
利用MiniGUI系统的高效、可靠、可定制、小巧等特点，既能保证嵌入式系统对应用程序体积的要求，也能达到系统实时性和可靠性方面的要求。基于上述原因，本实用新型采用MiniGUI开发应用控制程序。
主程序设计
主程序设置为一个死循环，通过用变量在一定时间间隔内来进行WDT复位。WDT复位是为了让单片机正常工作，循环中要不停地检测串口和CAN两边是否已接收完一帧数据，同时还为串口的数据接收开辟了两个缓冲区，在程序中用Comm-Received和rcv_flag分别标志串口和CAN接收情况，流程图如图3所示。
Claims (5)
1.一种基于CAN总线的嵌入式车载信息终端，其特征在于：该车载信息终端包括嵌入式处理器（1）、内部存储器（3）、主存储器（2）、触摸显示屏（4）以及用于连接各个CAN终端控制器（6）的CAN总线（5），所述内部存储器（3）、主存储器（2）、触摸显示屏（4）以及CAN总线（5）与嵌入式处理器（1）相连。
2.根据权利要求1所述一种基于CAN总线的嵌入式车载信息终端，其特征在于：所述CAN总线（5）上设置有若干个CAN通信模块（7），嵌入式处理器（1）和CAN终端控制器（6）分别与对应的CAN通信模块（7）相连。
3.根据权利要求1所述一种基于CAN总线的嵌入式车载信息终端，其特征在于：所述车载信息终端还包括与嵌入式处理器（1）相连的GPS模块（9）。
4.根据权利要求1所述一种基于CAN总线的嵌入式车载信息终端，其特征在于：所述车载信息终端还包括与嵌入式处理器（1）相连的GPRS模块（8）。
5.根据权利要求1所述一种基于CAN总线的嵌入式车载信息终端，其特征在于：所述车载信息终端还包括与嵌入式处理器（1）相连的摄像头（10）。
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