引言
混合动力汽车HEV（Hybrid-Electric Vehicle）在解决能源利用和环境保护上具有广阔的前景，目前在国内的研制尚处于起步阶段。由于涉及到两套系统（发动机与电动机）的协调工作、发动机的动力性能的控制、降低能源消耗以及污染气体排放等问题，需要对客车的内部参数进行实时观测，以详细了解它的运行状态。因此，一款能够直观地显示客车运行状态的仪表是必不可少的。对于这样一个集内燃机动力和电动机动力为一体的高复杂的系统，若要显示其内部大量的状态参数，仅依靠传统的传感器来传递信息显然是不切实际的，因此充分利用其内部现有的CAN（Controller Area Network）通讯网络，开发一款CAN通讯接口的液晶显示系统尤为重要。
系统结构
该系统使用ARM芯片作为主控芯片，从CAN总线上获得数据并通过液晶屏快速、形象地显示客车的运行状态，因此该系统应包括基本的硬件电路、数据通讯、操作系统和应用程序等4个组成部分。其系统框图如图1。
针对结合混合动力客车对仪表的要求，该系统的硬件电路应具有以下特点：
1)高度集成的主控芯片，要集成LCD控制器、触摸屏控制器、两个CAN总线控制器及PWM控制器等，该芯片应有较高的工作频率，能在温差较大、环境比较复杂的条件下工作；
2)具有容量较大、数据读取速度较快的存储器；
3)稳定可靠的电源系统，保证安全供电的同时，能有效避免输入电压波动带 4)采用CAN通讯方式，在整车通讯系统异常时应具有适当的自我保护能力。
根据以上特点，Hynix公司生产的基于ARM构架的HMS30C7202芯片可满足这种高集成化的要求，该芯片集成了两个CAN控制器，可满足仪表需要两路CAN信号的要求。此外，HMS30C7202还有以下特点：集成LCD控制器，支持STN/TFT液晶显示，可直接驱动VGA显示器；5路10位A/D，可直接把触摸屏或话筒音频设备接上；工作温度-40℃～85℃，工业级别的温度范围；SDRAM控制器，DMA控制器等，这些特点都满足对主控芯片的要求。在电源系统和数据通讯方面，为了适应比较恶劣的工作环境，必须设计专用的模块来保证系统安全稳定的运行。
操作系统方面选用嵌入式Linux操作系统，利用其强大、稳定的工作性能，大量开放的源代码，不仅给应用程序提供了安全稳定的运行平台，而且大大缩短了产品的开发周期，降低了开发成本。
应用程序的编写是基于Linux操作系统的，需要在Linux下开发。本仪表应用程序的主要工作是对信息的接收以及显示，在Linux操作系统的支持下，使图像在液晶屏上的显示非常容易。
系统硬件设计
硬件电路结构
仪表的硬件电路结构示意图如图2所示。
HMS30C7202及其他芯片
HMS30C7202是基于ARM720T的高集成度32位处理器，其CPU与内部模块之间采用了基于AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）总线标准的模块连接设计；RISC核，运行速率可达70 MHz，适合于控制；8K的指令数据缓存；内部2K的SRAM主要用于中断服务程序，大大提高了中断响应速度；MMU单元，16位访问宽度的内存接口，可连接两个16、64、128或256Mbit的SDRAM设备；ROM、FLASH、SRAM和SDRAM控制器，支持突发ROM处理，可以让操作系统直接从ROM启动（ROM是32位的数据宽度，与SDRAM分离），指令运行和DMA操作SDRAM可以并行；HMS30C7202外围功能模块包括支持DMA的LCD控制器，可使用单色或彩色STN和TFT(薄膜工艺学)LCD，为640*480(VGA)的解析度，16位颜色，单色直接产生16个灰度级别；模拟功能块有A/D、D/A和PLL等，片内ADC接口模块可用于电池检测、音频输入和触摸屏；它还为外围设备提供了UART、USB、PS2和两路CAN等串行通讯口。HMS30C7202几乎包括了PC机的所有基本功能，是替代工控机的方案。
除了主控芯片HMS30C7202，设备中还包括以下芯片：
FLASH：2片Intel的E28F640J3A，容量8MB，32位数据带宽，用于存储操作系统代码。
SDRAM：2片现代的HY57V561620LT，容量32MB，用于应用软件运行和调试。
EPROM：1片AM29F040，容量512KB，用于装载Boot-Loader代码。
CAN通讯模块
CAN（Controller Area Network）也就是控制器局域网，是一个串行的、异步的、多主机的通讯协议，它是全数字化、双向的现场总线。CAN具有以下主要特性：多主站依据优先权进行总线访问；无破坏性的基于优先权的仲裁；借助接收滤波的多地址帧传送；发送期间若丢失仲裁或由于出错而遭破坏的帧可自动重发送；配置灵活。这些特性使CAN总线得到了广泛应用。
在此模块中使用82c250为芯片，以典型的CAN通讯电路为基础，考虑到在混合动力客车运行过程中有可能出现通讯异常的情况，因此在电路中加入自恢复保险丝R16和R17对模块进行过流保护。当CAN总线上电流过大时，自恢复保险丝就会自动断路，从而保护CAN模块不被损坏；当电流正常时，自恢复保险丝会自动恢复通路，继续与总线通讯。其电路图如图3所示。
电源模块
针对转换压降大，输入范围宽的特点，选用的开关电源型号为LM2575－ADJ。LM2575-ADJ输出电压可调，由反馈电路控制输出5V或者12V，电流输出为1A，从24V电源转换为5V时转换效率达到80%。同时为了加强电压的稳定性，仪表还采用了芯片7805做二级稳压。仪表的电源电路如图4所示。
仪表从车载电池获取24V电源，经过电容C23滤波进入开关电源芯片LM2575-ADJ，输出端接二极管D4、滤波电感L3和滤波电容C28。该开关电源从输出取样作为反馈，R26、R28组成分压电路，为芯片反馈引脚提供参考电压。R26、R28的阻值分别为5.1K、1.2K，决定了二次稳压前电源电压为6.5V。在该电路中，仪表的输出电压可用以下关系式计算：
VOUT=1.23×(1+R26/R28)
二次稳压电源7805的输入、输出端分别接滤波电容C24、C25。输出电容C25兼顾储能缓冲作用。本仪表内部电源部分包含如图4所示的两个电源模块，为液晶屏背光提供12V电压，其电路结构与图4相比省略了二次稳压，通过更换R26、R28的阻值，使电压输出为12V。由于HMS30C7202需要使用2.5V和3.3V的工作电压，因此还要使用LM1117-3.3和LM1117-2.5把5V进一步降压。
系统软件设计
开发环境的建立及内核配置
本系统使用嵌入式Linux操作系统作为应用程序运行的平台，因此应用程序的开发应建立在Linux操作系统上。首先应在安装了Linux的PC机上建立交叉编译环境，在此使用购买芯片时附带的开发环境HLDK，只需将光盘中的压缩文件解压到 /home文件夹下即可完成交叉编译环境的安装，然后在命令提示符下输入登陆命令、账号和密码，显示进入/home/hms720目录下，说明已进入开发环境，这样就可以进行内核和文件系统的配置了。
内核与文件系统的配置与其他ARM芯片的配置大同小异，在此不再赘述，需要注意的就是在配置内核时，一定要选中CAN、LCD以及触摸屏等模块，这样才能让内核获得这些模块的驱动程序，确保硬件接口正常使用。配置好的内核和文件系统通过特定的工具到硬件中即可上电运行。
应用程序的开发
仪表应用程序的开发主要是对信息显示方案的设计，它体现了混合动力汽车的特点并发挥了本仪表的特长，显示方案流程如图5所示。
仪表开机后首先进入开机画面，停留1秒钟后进入待机页面，通过触摸屏控制可进入系统介绍、系统帮助、系统查询及能流页面，在系统查询和能流页面中，可点击相应区域进入发动机信息页面、电机信息页面、变速箱信息页面、电池信息页面和整车信息页面，在这些页面中可以清晰地显示客车的相关信息。此外，如客车某部分出现故障，无论仪表在哪个页面显示，均可弹出故障页面，直到故障排除为止。
结语
基于ARM7内核的HMS30C7202为混合动力客车液晶显示系统的开发提供了较好的解决方案，它高度的集成化特性不仅完全满足了混合动力客车对仪表的需求，改进了旧式仪表的缺陷，而且简化了硬件的电路设计和仪表的安装步骤，同时降低了系统成本；针对仪表实际使用条件而专门设计的电源模块和CAN通讯模块使仪表能够在恶劣的环境中稳定工作；嵌入式Linux为仪表提供了稳定的软件运行环境、丰富的底层驱动程序，从而增强了仪表的性能，缩短了驱动程序开发周期。
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[1]. HMS30C7202 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/HMS30C7202_383067.html.
[2]. VGA datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/VGA_2568786.html.
[3]. ARM720T datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/ARM720T_1336036.html.
[4]. RISC datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/RISC_1189725.html.
[5]. ROM datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/ROM_1188413.html.
[6]. PS2 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/PS2_1196805.html.
[7]. EPROM datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/EPROM_1128137.html.
[8]. AM29F040 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/AM29F040_306529.html.
[9]. LM2575 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/LM2575_1117125.html.
[10]. R26 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/R26_1192640.html.
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