车载信息系统的软件设计

　　本文介绍车载信息系统的软件设计，主要包括两个方面的内容：一是基于Linux的驱动程序设计；二是应用软件程序设计。

　　1 相关驱动说明

　　车载信息系统的操作系统Linux内核通过设备驱动程序与外围设备进行交互，设备驱动程序是一组数据结构和函数，它们通 过定义的接口控制一个或多个设备。对用户程序而言，设备驱动程序隐藏了设备的具体细节，对各种不同设备提供一致的接 口，通常是把设备映射为一个特殊的设备文件。

　　（1）LCD驱动程序设计

　　帧缓冲是Linux为显示设备提供的一个接口，是把显存抽象后的一种设备。帧缓冲设备属于字符设备，采用“文件层－驱动 层”的接口方式。在文件层次上，Linux为其定义了file-perations结构：

     

　　帧缓冲驱动设计步骤如下：

　　①编写初始化函数：初始化函数首先初始化LCD控制器，设置显示模式和显示颜色数，然后分配LCD显示缓冲区。在Linux下 可通过kmallo函数分配一片连续的空间。本系统采用的LCD显示方式为640*480，16位彩色。需要分配的显示缓冲区大小为 640＊480＊2个字节，缓冲区通常分配在片外SDRAM中，起始地址保存在LCD控制器寄存器中。初始化一个fb_info结构， 填充其中的成员变量，并调用函数register_framebuffer（）将fb_info登记入内核。

　　②编写结构fb_info中函数指针fb_ops对应的成员函数：对于嵌入式系统，只需要以下3个函数：

    

　　驱动程序编写完成后，可将其编译为动态加载模块，或者静态地编译入内核中。

　　（2）CAN总线驱动程序设计

　　CAN驱动的功能是处理所有总线上的报文发送和接收。报文发送时，首先将报文装载到正确的报文缓冲器和控制寄存器中 ，通过读取相应的寄存器可以检查通信状态和错误。任何CAN总线上检测到的报文都会进行错误检测，然后与用户定义的滤 波器进行匹配，以确定是否将其转移到接收缓冲器中。

　　CAN总线驱动程序完成的报文发送、接收等任务都是围绕CAN总线控制器展开的，因此驱动程序主要是对控制器内部寄存器 进行操作。在Linux多任务操作系统中，CAN总线通信程序的设计可分为发送数据、接收数据和中断处理3个模块来实现。CAN 驱动程序软件结构图如图1所示。

　图1 CAN驱动程序软件结构图

　　2 模块程序设计

　　（1）GPS模块设计思路

　　GPS模块主要完成车辆位置信息的采集、处理与存储，因此本节的软件设计也就基于这几个方面进行。该模块软件设计的基 本思想为：首先接收完整的NMEA0183语旬，然后提取相关的数据，如时间、经纬度、速度等，再将这些数据显示或者发送出 去，并且保存方便以后查询。

　　模块的软件由主程序、数据接收和处理子程序、按键中断服务子程序构成，主程序流程图如图2所示，数据接收和处理子程 序完成数据的接收和截取有用数据。

　　（2）GPS数据格式

　　GPS25－LVC输出的数据是以美国国家海洋电子协会NMEA0183 ASCII码接口协议为基础的，该标准的全部定义在《NMEA0183  Version3．0》中有说明。本车载信息系统中选用GPS25－LVC串口1输出的NMEA0183语句。NMEA0183输出语旬多达十余种，任 意一种定位语旬都包含一定的定位数据，由于以“＄GPRMC”开头的语句包含了本系统所需要的所有定位信息，所以需要研 究该类型。该类型定位数据的各个符号位的定义如下所示：

　　＄GPRMC，＜1＞，2＞，＜3＞，＜4＞，＜5＞，＜6＞，＜7＞，＜8＞，＜9＞，＜10＞，＜11＞，＊hh，＜CR＞＜LF＞，

　　上面各部分的具体含义如下：

　　·＄GPRMC：定位语句起始标志；

　　·＜1＞：协调世界时UTC（hhmmss）；

　　·＜2＞：GPS定位状态指示，A为有效定位，V为无效定位；

　　·＜3＞： 纬度 （ddmm．mmmm）；

　　·＜4＞：纬度标志，N为北纬，S为南纬；

　　·＜5＞： 经度 （dddmm．mmmm）；

　　·＜6＞：经度标志，E为东经，W为西经；

　　·＜7＞：相对于地面的速度（000.0～999.9），单位为海里；

　　·＜8＞：轨道相对于地面的夹角（000.O°～359.9°）；

　　·＜9＞： utc H 48（ddmmyy）；

　　·＜10＞：磁偏方向，E为东偏，W为西偏；  

　　·＊hh：总校验和标志；                                                                                                                                                                           图2 GPS模块主程序流程图

　　·＜CR＞＜LF＞：语旬中止符。

　　每一条完整的信息都通过串口接口，程序设计中，对串口1的操作包括：

　　·串口1的初始化：设置串口1通信方式为8位数据位，1位停止位，无奇偶校验位，波特率为4800bps；

　　·一帧一帧接收ASCII码字符信息；

　　·对每一帧ASCII码字符信息进行数据处理。

　　串口数据通信的程序流程如图3所示。

　图3 串口数据通信的程序流程图

　　（3）人机交互界面设计

　　车载信息系统的主界面形式规划如下：系统主界面

　　应用程序为上层的开发，其交互界面直接通过MiniGUI图形系统的API接口函数实现。MiniGUI屏蔽了对底层显示、输入 设备编程的细节，这样可以缩短编程投入时间。

　　MiniGUI程序的入口点为MiniGUlmain，maln函数己经在MiniGUI的函数库中定义，此函数在进行一些MiniGUI的初始化工作 后调用MiniGUlMain函数，然后调用CreateM ainWi ndow函数创建系统主界面并显示程序的主窗口，终进入消息循环。

　　系统主界面如图4所示。

　图4 系统主界面

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