摘 要： 提出了利用單芯片實(shí)現(xiàn)面向挖掘機(jī)圖形儀表的新一代車載終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。采用富士通公司推出的MB86R01作為核心，根據(jù)挖掘機(jī)的要求和特點(diǎn)，主要介紹了挖掘機(jī)儀表的硬件和軟件設(shè)計(jì)。利用μC/OS-II作為操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)一款精度高、靈敏度高、界面友好、工作穩(wěn)定的嵌入式挖掘機(jī)圖形儀表。利用MB89296圖像處理器實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)儀表顯示任務(wù)，減輕了CPU的負(fù)擔(dān)，使圖形顯示更加高效。
關(guān)鍵詞： 圖形儀表；MB86R01；圖像處理器；μC/OS-II；CAN總線

　儀表板作為挖掘機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵部件之一，它集中了全車的儀表，能集中、直觀、迅速地反映挖掘機(jī)在行駛過(guò)程中的各種動(dòng)態(tài)指標(biāo)，如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、行駛速度、油溫、水溫、油壓、GPS、視頻、故障診斷及各種指示燈和報(bào)警信號(hào)等。挖掘機(jī)駕駛員能夠通過(guò)儀表板上顯示的信息，了解挖掘機(jī)當(dāng)前的工作狀態(tài)，以便及時(shí)地對(duì)挖掘機(jī)做出相應(yīng)的處理。目前儀表板已經(jīng)由最初的基于機(jī)械作用力而工作的機(jī)械式儀表發(fā)展到步進(jìn)電機(jī)式儀表板，采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)指針指示車速、轉(zhuǎn)速、油量、水溫等[1]。傳統(tǒng)的挖掘機(jī)表存在占用面積大、分布散亂、顯示內(nèi)容固定單一、顯示信息量小等缺點(diǎn)，不具有可配置性，而且惡劣的工作環(huán)境常常導(dǎo)致儀表顯示的信息不準(zhǔn)確或失靈等[2]。這些傳統(tǒng)儀表板的缺點(diǎn)都在很大程度上影響了駕駛員對(duì)挖掘機(jī)的使用。
　為克服傳統(tǒng)儀表板的局限性，根據(jù)挖掘機(jī)的工作特點(diǎn)，設(shè)計(jì)新一代全數(shù)字式挖掘機(jī)圖形儀表板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械儀表來(lái)準(zhǔn)確、穩(wěn)定、靈活地顯示挖掘機(jī)所有信息成為一種必要，也是儀表板發(fā)展的一種趨勢(shì)。
1 挖掘機(jī)圖形儀表板系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)
　挖掘機(jī)儀表板處理的主要信息有發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、油溫、水溫、油壓、GPS、視頻、故障診斷以及各種指示燈和報(bào)警信號(hào)。本文設(shè)計(jì)的挖掘機(jī)圖形儀表板的MCU利用CAN總線與控制器ECU等其他各個(gè)部件進(jìn)行數(shù)據(jù)間的通信，最終在儀表板上顯示出各個(gè)功能模塊的信息。挖掘機(jī)系統(tǒng)框圖如圖1所示。
2 挖掘機(jī)儀表硬件設(shè)計(jì)
　挖掘機(jī)儀表板的硬件框圖如圖2所示，該系統(tǒng)的硬件電路主要包括了以MB86R01為核心的時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、電源電路、JTAG調(diào)試電路、存儲(chǔ)器電路、串口通信電路、視頻輸入電路、LCD顯示電路、按鍵電路和CAN總線收發(fā)電路組成。

　該硬件系統(tǒng)的MCU采用的是MB86R01，該芯片是由富士通公司推出的一款單芯片實(shí)現(xiàn)新一代車載終端系統(tǒng)的微處理器。MB86R01整合汽車電子所需的各種功能，如2D/3D繪圖、汽車通信控制系統(tǒng)、程序保護(hù)功能及各種媒體接口；并將這些功能整合在一顆芯片上，進(jìn)一步降低系統(tǒng)成本。此產(chǎn)品可對(duì)應(yīng)來(lái)自汽車導(dǎo)航裝置或數(shù)字儀表板的資料及車載局域網(wǎng)絡(luò)的所有信息，并能同時(shí)提供舒適的駕駛環(huán)境以及高品質(zhì)的繪圖顯示。本文的設(shè)計(jì)是將MB86R01應(yīng)用于汽車儀表上的這些特性移植到挖掘機(jī)上來(lái)開發(fā)挖掘機(jī)圖形儀表。
　MB86R01采用工作主頻達(dá)333 MHz的32 bit ARM926EJ-S內(nèi)核作為控制CPU，片內(nèi)有兩片內(nèi)置的32 KB SRAM，提供了足夠的程序存儲(chǔ)空間。另外，MB86R01中采用富士通的MB89296圖像處理器（GDC）作為2D/3D圖像顯示和視頻捕捉。MB86R01的GDC可以實(shí)現(xiàn)3D繪畫顯示功能，與抗鋸齒功能組合使用能夠繪制光滑漂亮的直線。從幫助安全駕駛的角度出發(fā)，畫面的重疊對(duì)于MB86R01實(shí)時(shí)地收集各種信息，簡(jiǎn)明易懂地傳遞給司機(jī)來(lái)說(shuō)是個(gè)非常方便的功能，MB86R01能支持最多6個(gè)圖層的重疊，實(shí)現(xiàn)圖像的清晰顯示[3]。這主要是MB86R01利用了專門的圖像處理器，所以在圖像顯示上有其突出的優(yōu)勢(shì)。
另外，MB86R01使用視頻紋理映射功能不變形地顯示后部攝像機(jī)等拍攝的圖像，克服了由于視野范圍、廣角鏡頭引起的變形而影響司機(jī)的判斷。新產(chǎn)品不僅可降低成本，并能維持高系統(tǒng)效能。
3 挖掘機(jī)儀表系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
　軟件部分主要由系統(tǒng)層和應(yīng)用層組成[4]。對(duì)于一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，選取合適的操作系統(tǒng)支持程序的開發(fā)是一個(gè)關(guān)鍵，針對(duì)不同的設(shè)計(jì)方案選取合適的操作系統(tǒng)能夠達(dá)到最好的設(shè)計(jì)效果。μC/OS-II操作系統(tǒng)的啟動(dòng)快、研究免費(fèi)、開源等特性符合本設(shè)計(jì)的需要，因而選擇μC/OS-II作為操作系統(tǒng)比較符合挖掘機(jī)圖形儀表的開發(fā)。應(yīng)用層設(shè)計(jì)是在操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上編寫執(zhí)行各種任務(wù)的程序代碼。
3.1 μC/OS-II系統(tǒng)簡(jiǎn)介 大功率電感廠家 |大電流電感工廠