关键词：虚拟仪表;;QNX操作系统;;图形控件库;;层次化设计
摘 要：驾驶人员通过汽车仪表实时获取汽车运行中的相关参数,掌握车辆运行状态,有效提高车辆驾驶安全。汽车虚拟仪表采用TFT(Thin Film Transistor)液晶显示屏代替了传统的机械和数字组合式汽车仪表;通过液晶屏以多种符合驾驶员视觉习惯的方式显示车辆当前运行信息,不仅提高车辆信息的显示精度和速率,而且通过各种图形、图像和字符方式解决了传统仪表显示方式单一和传递信息量少等缺点。针对汽车虚拟仪表硬件资源管理及软件时延控制、图形界面实现方式和指针动态显示存在的问题,本文旨在设计一个基于QNX的汽车虚拟仪表实现方案,包含如下主要内容:1.从QNX操作系统的内核架构特点分析了该操作系统高可靠性的原理,即驱动和应用程序均放在用户态执行,能够有效避免由驱动程序或应用程序的错误引起系统的崩溃,保证了整个系统运行的可靠性和安全性。然后从中断响应延迟、调度延迟和上下文切换延迟三个指标对QNX操作系统的强实时性进行测试与分析。2.通过研究通用嵌入式图形库实现技术中涉及的具体内容,在QNX提供的GF(Graphics Frame)基础图形接口上,设计并实现了一个由事件子系统、对象子系统和图形子系统的三部分组成的轻量级图形控件库,该部分是整个汽车虚拟仪表系统显示的重要部分。3.对汽车虚拟仪表功能需求进行了详细分析,在综合考虑QNX微内核结构特性和硬件平台的基础上,采用层次化软件设计方案,利用多进程多线程软件结构进行软件设计,方便仪表软件的升级和维护。硬件驱动层软件按照POSXI标准进行设计,为用户端程序提供标准的文件操作接口。中间支持层软件主要作用:一是完成复杂的数据处理,为操作系统和上层软件提供标准的调用接口;二是完成图形控件库设计,该部分是上层图形界面显示软件与微处理器图形控制器硬件交互的桥梁。应用层软件依据汽车虚拟仪表的具体需求划分为不同任务模块,采用标准化的通信和调用方式实现虚拟仪表的各项功能。软件首先完成所有硬件模块的一系列初始化工作,然后系统创建运行任务,并根据每个任务的当前状态进行实时调度运行。在完成上述研究内容的设计后,为测试虚拟仪表的功能和性能,搭建了硬件在环测试系统,对虚拟仪表分模块编写相应的测试用例进行测试与分析。完成了PWM输出和CAN通信等驱动模块的基础性测试与分析;在此测试基础之上,对仪表的部分功能模块进行了相应的测试与分析;最后对仪表软件设计中的关键性能进行了相应的测试与分析。通过对各个部分的测试结果分析得出:本文基于QNX基础软件设计的汽车虚拟仪表软件实现了所有的功能要求,主表盘和行车电脑等界面显示和切换正常,验证了本文设计的可行性。
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