引言
混合動力汽車HEV（Hybrid-Electric Vehicle）在解決能源利用和環境保護上具有廣闊的前景，目前在國內的研制尚處于起步階段。由于涉及到兩套系統（發動機與電動機）的協調工作、發動機的動力性能的控制、降低能源消耗以及污染氣體排放等問題，需要對客車的內部參數進行實時觀測，以詳細了解它的運行狀態。因此，一款能夠直觀地顯示客車運行狀態的儀表是必不可少的。對于這樣一個集內燃機動力和電動機動力為一體的高復雜的系統，若要顯示其內部大量的狀態參數，僅依靠傳統的傳感器來傳遞信息顯然是不切實際的，因此充分利用其內部現有的CAN（Controller Area Network）通訊網絡，開發一款CAN通訊接口的液晶顯示系統尤為重要。
系統結構
該系統使用ARM芯片作為主控芯片，從CAN總線上獲得數據并通過液晶屏快速、形象地顯示客車的運行狀態，因此該系統應包括基本的硬件電路、數據通訊、操作系統和應用程序等4個組成部分。其系統框圖如圖1。
針對結合混合動力客車對儀表的要求，該系統的硬件電路應具有以下特點：
1)高度集成的主控芯片，要集成LCD控制器、觸摸屏控制器、兩個CAN總線控制器及PWM控制器等，該芯片應有較高的工作頻率，能在溫差較大、環境比較復雜的條件下工作；
2)具有容量較大、數據讀取速度較快的存儲器；
3)穩定可靠的電源系統，保證安全供電的同時，能有效避免輸入電壓波動帶 4)采用CAN通訊方式，在整車通訊系統異常時應具有適當的自我保護能力。
根據以上特點，Hynix公司生產的基于ARM構架的HMS30C7202芯片可滿足這種高集成化的要求，該芯片集成了兩個CAN控制器，可滿足儀表需要兩路CAN信號的要求。此外，HMS30C7202還有以下特點：集成LCD控制器，支持STN/TFT液晶顯示，可直接驅動VGA顯示器；5路10位A/D，可直接把觸摸屏或話筒音頻設備接上；工作溫度-40℃～85℃，工業級別的溫度范圍；SDRAM控制器，DMA控制器等，這些特點都滿足對主控芯片的要求。在電源系統和數據通訊方面，為了適應比較惡劣的工作環境，必須設計專用的模塊來保證系統安全穩定的運行。
操作系統方面選用嵌入式Linux操作系統，利用其強大、穩定的工作性能，大量開放的源代碼，不僅給應用程序提供了安全穩定的運行平臺，而且大大縮短了產品的開發周期，降低了開發成本。
應用程序的編寫是基于Linux操作系統的，需要在Linux下開發。本儀表應用程序的主要工作是對信息的接收以及顯示，在Linux操作系統的支持下，使圖像在液晶屏上的顯示非常容易。
系統硬件設計
硬件電路結構
儀表的硬件電路結構示意圖如圖2所示。
HMS30C7202及其他核心芯片
HMS30C7202是基于ARM720T的高集成度32位處理器，其CPU與內部模塊之間采用了基于AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）總線標準的高級模塊連接設計；RISC核，運行速率可達70 MHz，適合于控制；8K的指令數據緩存；內部2K的SRAM主要用于中斷服務程序，大大提高了中斷響應速度；MMU單元，16位訪問寬度的內存接口，可連接兩個16、64、128或256Mbit的SDRAM設備；ROM、FLASH、SRAM和SDRAM控制器，支持突發ROM處理，可以讓操作系統直接從ROM啟動（ROM是32位的數據寬度，與SDRAM分離），指令運行和DMA操作SDRAM可以并行；HMS30C7202外圍功能模塊包括支持DMA的LCD控制器，可使用單色或彩色STN和TFT(薄膜工藝學)LCD，最大為640*480(VGA)的解析度，16位顏色，單色直接產生16個灰度級別；模擬功能塊有A/D、D/A和PLL等，片內ADC接口模塊可用于電池檢測、音頻輸入和觸摸屏；它還為外圍設備提供了UART、USB、PS2和兩路CAN等串行通訊口。HMS30C7202幾乎包括了PC機的所有基本功能，是替代工控機的最佳方案。
除了主控芯片HMS30C7202，核心設備中還包括以下芯片：
FLASH：2片Intel的E28F640J3A，容量8MB，32位數據帶寬，用于存儲操作系統代碼。
SDRAM：2片現代的HY57V561620LT，容量32MB，用于應用軟件運行和調試。
EPROM：1片AM29F040，容量512KB，用于裝載Boot-Loader代碼。
CAN通訊模塊
CAN（Controller Area Network）也就是控制器局域網，是一個串行的、異步的、多主機的通訊協議，它是全數字化、雙向的現場總線。CAN具有以下主要特性：多主站依據優先權進行總線訪問；無破壞性的基于優先權的仲裁；借助接收濾波的多地址幀傳送；發送期間若丟失仲裁或由于出錯而遭破壞的幀可自動重發送；配置靈活。這些特性使CAN總線得到了廣泛應用。
在此模塊中使用82c250為核心芯片，以典型的CAN通訊電路為基礎，考慮到在混合動力客車運行過程中有可能出現通訊異常的情況，因此在電路中加入自恢復保險絲R16和R17對模塊進行過流保護。當CAN總線上電流過大時，自恢復保險絲就會自動斷路，從而保護CAN模塊不被損壞；當電流正常時，自恢復保險絲會自動恢復通路，繼續與總線通訊。其電路圖如圖3所示。
電源模塊
針對轉換壓降大，輸入范圍寬的特點，選用的開關電源型號為LM2575－ADJ。LM2575-ADJ輸出電壓可調，由反饋電路控制輸出5V或者12V，最大電流輸出為1A，從24V電源轉換為5V時轉換效率達到80%。同時為了加強電壓的穩定性，儀表還采用了芯片7805做二級穩壓。儀表的核心電源電路如圖4所示。
儀表從車載電池獲取24V電源，經過電容C23濾波進入開關電源芯片LM2575-ADJ，輸出端接二極管D4、濾波電感L3和濾波電容C28。該開關電源從輸出取樣作為反饋，R26、R28組成分壓電路，為芯片反饋引腳提供參考電壓。R26、R28的阻值分別為5.1K、1.2K，決定了二次穩壓前電源電壓為6.5V。在該電路中，儀表的輸出電壓可用以下關系式計算：
VOUT=1.23×(1+R26/R28)
二次穩壓電源7805的輸入、輸出端分別接濾波電容C24、C25。輸出電容C25兼顧儲能緩沖作用。本儀表內部電源部分包含如圖4所示的兩個電源模塊，為液晶屏背光提供12V電壓，其電路結構與圖4相比省略了二次穩壓，通過更換R26、R28的阻值，使電壓輸出為12V。由于HMS30C7202需要使用2.5V和3.3V的工作電壓，因此還要使用LM1117-3.3和LM1117-2.5把5V進一步降壓。
系統軟件設計
開發環境的建立及內核配置
本系統使用嵌入式Linux操作系統作為應用程序運行的平臺，因此應用程序的開發應建立在Linux操作系統上。首先應在安裝了Linux的PC機上建立交叉編譯環境，在此使用購買芯片時附帶的開發環境HLDK，只需將光盤中的壓縮文件解壓到 /home文件夾下即可完成交叉編譯環境的安裝，然后在命令提示符下輸入登陸命令、賬號和密碼，顯示進入/home/hms720目錄下，說明已進入開發環境，這樣就可以進行內核和文件系統的配置了。
內核與文件系統的配置與其他ARM芯片的配置大同小異，在此不再贅述，需要注意的就是在配置內核時，一定要選中CAN、LCD以及觸摸屏等模塊，這樣才能讓內核獲得這些模塊的驅動程序，確保硬件接口正常使用。配置好的內核和文件系統通過特定的工具下載到硬件中即可上電運行。
應用程序的開發
儀表應用程序的開發主要是對信息顯示方案的設計，它體現了混合動力汽車的特點并發揮了本儀表的特長，顯示方案流程如圖5所示。
儀表開機后首先進入開機畫面，停留1秒鐘后進入待機頁面，通過觸摸屏控制可進入系統介紹、系統幫助、系統查詢及能流頁面，在系統查詢和能流頁面中，可點擊相應區域進入發動機信息頁面、電機信息頁面、變速箱信息頁面、電池信息頁面和整車信息頁面，在這些頁面中可以清晰地顯示客車的相關信息。此外，如客車某部分出現故障，無論儀表在哪個頁面顯示，均可彈出故障頁面，直到故障排除為止。
結語
基于ARM7內核的HMS30C7202為混合動力客車液晶顯示系統的開發提供了較好的解決方案，它高度的集成化特性不僅完全滿足了混合動力客車對儀表的需求，改進了舊式儀表的缺陷，而且簡化了硬件的電路設計和儀表的安裝步驟，同時降低了系統成本；針對儀表實際使用條件而專門設計的電源模塊和CAN通訊模塊使儀表能夠在惡劣的環境中穩定工作；嵌入式Linux為儀表提供了穩定的軟件運行環境、豐富的底層驅動程序，從而增強了儀表的性能，縮短了驅動程序開發周期。
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參考文獻:
[1]. HMS30C7202 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/HMS30C7202_383067.html.
[2]. VGA datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/VGA_2568786.html.
[3]. ARM720T datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/ARM720T_1336036.html.
[4]. RISC datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/RISC_1189725.html.
[5]. ROM datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/ROM_1188413.html.
[6]. PS2 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/PS2_1196805.html.
[7]. EPROM datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/EPROM_1128137.html.
[8]. AM29F040 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/AM29F040_306529.html.
[9]. LM2575 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/LM2575_1117125.html.
[10]. R26 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/R26_1192640.html.
來源:ks99
