基于ARM和Qt/E的车载HMI终端的设计方案
摘要：车载hmi是人与车辆之间的关键设备，使人能够对车辆的运行实现控制；设计了一种触摸控制与数字显示合理结合的车载hmi终端，采用arm 作为处理器，通过移植qt/e对系统加以实现；该终端通过在polo车can总线试验台测试，实现了对基本设备的触摸控制和车辆状态信息的实时显示，表明所设计的终端能够满足车载hmi的基本要求。
0 引言
改善hmi （human machine interface）终端性能可降低车辆控制系统操作的复杂性，也可提高驾驶员对自己车辆的控制力。车载hmi通过单一结构中控台，可以减少零部件数量，提高性价比。传统机械式的控制终端正在逐步向直观、便捷的hmi终端发展。2009年6月29日，美国汽车多媒体与通信研究服务公司strategy analytics发布最新研究报告，认为“车载人机界面市场领先者保持强势地位”。报告预测，2015年，车载语音和触摸屏市场规模将达到29 亿美元。目前，hmi设备，尤其是语音、触觉控制和触摸屏，在汽车市场上被大量应用。
本文报告了一种基于触摸控制与数字显示理念的车载hmi终端，通过在arm 上移植qt/e接tft-lcd触摸面板加以实现。
1 系统结构介绍
基于arm 和qt/e的车载hmi终端主要由两个模块组成，分别是arm 处理器与触摸显示屏组成的hmi触控平台和can/rs232协议转换器模块。该终端可接入车载can网络中实现车载设备的触摸控制与状态信息显示。其结构框图如图1所示。
图1 车载hmi终端结构
hmi触控平台主要是将qt/e交叉编译后移植到arm 平台，调用gui在触摸面板显示。通过点击触控界面发送控制字，经can/rs232网关发送到can网络中对各设备进行控制，同时实时采集各设备运行状态参数并显示，便于驾驶员及时了解车辆运行状态。该平台还预留了uart和usb端口分别可外接gps模块，无线上网卡或u 盘设备，实现导航、无线上网和多媒体播放功能。
can/rs232协议转换模块主要由mcu、can 接口与uart接口组成，其中can 接口采用can 控制器sja1000和can收发器pca82c250设计，rs232接口采用max232设计，以此实现两种不同总线协议数据帧的透明转换，是hmi终端与can网络中各设备交互的纽带。
车载can网络模块主要以polo车can 试验台为平台，试验台集成了车灯、电动车窗、雨刷和后视镜can 节点模块。
2 qt/e在arm 上的移植
qt/e是trolltech公司专为嵌入式linux系统开发的图像用户界面（gui）工具包。提供了窗口操作系统、开发环境、工作辅助应用程序和个性选项等，是基于c++ 可跨平台的gui应用程序框架；还提供给开发者建立艺术级gui所需的功能，开发者可根据需求定制整个软件解决方案。目前，众多手机、pda、机顶盒都采用qt作为图形引擎。因此，选择了qt/e作为hmi终端的开发工具。
2.1 交叉编译环境的搭建
采用宿主机fedora9.0作为开发平台，移植arm 版qt/e4.7进行设计。因编译linux内核和qt/e都需要交叉编译工具链，交叉编译器版本过高过低都会与qt/e4.7不兼容，最终导致安装失败，所以一定要根据qt的版本来选择对应的编译器。本系统采用arm-linux-gcc-4.5.1.安装过程如下：
首先，解压arm-linux-gcc-4.5.1安装包，运行#tarxv*** arm-linux-gcc-4.5.1.tgz命令；然后将编译器所在路径加入系统环境变量，运行#gedit/root/.bashrc编辑该文件，修改最后一行为export path=path:/usrt/local/arm/4.5.1/binpath，此时交叉编译器已经安装好；最后执行#arm-linux-gcc-v显示编译器版本信息，验证是否安装成功。
2.2 qt/e4.7的编译与移植
减压arm 版qt/e安装包到指定目录，然后进入该目录执行编译配置源码命令#echo yes | 。/configure -opensource-embedded arm –xplatform qws/linux-arm-g++-no-webkit-qt-libtiff-qt-libmng-qt-mouse-tslib-qt-mouse-pc-no-mouse-linuxtp-no-neon.其中编译arm 平台的embedded版本配置参数为embedded arm，使用arm-linux交叉编译器进行编译为xplatform qws/linuxarm-g++，qt-mouse-tslib是使用tslib来驱动触摸屏。然后执行make命令进行编译，当编译完成之后执行安装命令make install.最后把安装文件打包#tar cv*** qt4.7.tgz，下载到arm 开发板，并解压到指定目录。至此qt/e在arm 开发板上移植完成。
安装linux环境下x86版qt sdk软件-qt creator2.0进行qt程序开发，设置为支持qt4.7arm 的交叉编译。最后将设计好的程序通过编译，生产二进制文件下载到arm 开发板运行，以此实现hmi界面显示功能。
3 车载hmi终端的硬件设计
3.1 can/rs232协议转换器的硬件设计
can/rs232协议转换器主要有主控制器、can接口模块与rs232接口模块组成，其中主控制器采用stc89c52单片机负责处理can总线与rs232总线的数据接收与发送，实现两种不同协议数据帧的透明转换与传输。
can接口模块采用philips公司的can 控制器sja1000和can收发器pca82c250芯片组成，主要实现can协议的物理层和数据链路层功能。其中can控制器完成数据链路层功能，实现与主控制器的信息读写操作，物理层通过can收发器实现电平转换和传输。sja1000的ad0~ad7与单片机p0口连接，实现地址/数据复用；片选/cs与p2.7相连，则基地址为0x7f00;/rd、/wd、ale引脚依次与单片机各引脚相连；中断/int接单片机/int0，因此可通过中断方式对sja1000进行实时访问。sja1000的mode 引脚用于选择can控制器在intel模式还是在motorola模式工作。由于stc89c52属于intel系列微控制器，故mode引脚接+5v高电平设置为intel模式，以满足89c52的读写时序要求。为了增强节点的抗干扰能力，以及避免当can收发器失效时出现过流导致can控制器击穿，sja1000的tx0和rx0引脚通过光耦n6137后与pca82c250的txd和rxd连接，以此实现总线上节点间电器隔离；收发器can_h 和can_l引脚通过5ω电阻与can总线端口连接起到限流作用；同时两端接120ω终端匹配电阻。
rs232接口电路采用max232芯片，实现单片机串口ttl电平与rs232电平相互转换，完成hmi终端uart口的信息传输。stc89c52串口端（p3.0和p3.1）与max232的t1in和r1out连接，t1out与r1in接九针串口，然后通过交叉线与hmi终端连接实现数据通信。
3.2 车载hmi触控平台的设计
hmi触控平台以arm 为处理器，接7.0寸lcd触摸屏来实现，可取代传统的（如图2a）机械按键与表盘显示的中控平台。hmi触控平台如图2b所示，由车灯、车窗、后视镜、多媒体、空调、导航以及状态参数显示菜单组成。将该终端嵌入到方向盘，驾驶员可点击触控菜单进入车灯、车窗等控制界面（如图2c和d）实现车灯、车窗等设备的触摸控制，也可实时采集与显示设备状态参数如：车速、故障码等。其中，触控与显示数据需调用arm 底层串口驱动来实现读写操作，触控界面通过button控件的信号与槽机制来实现数据的发送，状态参数的采集与显示通过事件驱动方式实现。终端可外接gps模块实现导航功能，设计了qt媒体媒体播放器实现娱乐功能，也可接入无线网卡来实现无线上网功能。
图2 车载hmi终端
4 车载hmi终端的软件设计
4.1 can/rs232网关软件设计
主程序中首先要完成初始化操作， 包括单片机、sja1000、rs232通信以及中断源的初始化。其中sja1000的初始化是整个设计最重要的部分，也是保证can 通信的前提。考虑车辆内部网络的兼容性，sja1000配置为peli模式，支持can2.0a和b规范，实现标准帧和扩展帧两种报文传输。sja1000初始化寄存器配置流程如图3所示。
图3 sja1000初始化寄存器配置流程
为保证数据实时传输，采用中断方式进行数据收发。
当can总线有数据接收时sja1000会跳入接收中断函数将数据接收并存储到接收缓存，根据数据帧头来判别数据类型和所带数据长度，最后提取can 数据拆分为单字节通过串口发送，并在hmi终端显示；当hmi终端有控制字发送，串口接收中断函数将所发送的控制字依次接收存入接收缓存，并根据首字节来判别所发数据类型和长度，组装成can数据帧格式发送到网络中去，以此实现各节点的控制。具体流程如图4所示。
图4 数据接收与发送流程图
4.2 车载hmi界面的设计
hmi界面采用qt creator2.0来设计，因为hmi终端是通过uart接口接入can网络中，所以通信时需接上面所介绍的can/rs232协议转换器来实现。同时，还需在linux下编写qt串口通信程序。
首先，在linux下利用open函数打开串口设备，用tcsetattr函数来设置串口属性。打开驱动设备uart0进行读写操作：const char*devname= “ /dev/ttysac0”;fd = ：：
open （devname，o_rdwr|o_nonblock）；设置波特率等参数：serialattr.c_cflag= b115200| hupcl| cs8|cread|clocal;serialattr.c_cc［vmin］=1;其中串口设备可使用linux下i/o函数进行read和write操作。但是，在数据接收时当数据量过大会导致界面被阻塞（造成界面假死），于是创建了一个线程通过事件驱动实现数据接收。
qt中可采用qsocketnotifier类来实现设备事件驱动的设计要求。qsocketnotifier类关联signal/slot机制，当有数据可读时会触发ativated信号，lcd number控件slot会被调用来连接到该信号并显示，从而实现数据采集与显示功能。在数据发送时，可通过button控件signal/slot调用qobject对象的connect（）函数来实现［3］。当按键被按下时触发signal信号，slot会调用pressed （）函数将定义好的数据通过串口write函数发送到总线上。函数实现如下：
void glass：：on_lu_pressed（）{char msg［］= {160，34，16，0};//定义所发送数据myserial-》mycom-》write（msg，4）；//写发送数据}
通过qpainter类进行对窗体界面和按键图像界面进行设计，达到美观的人机界面。最后将设计好的程序通过交叉编译，生产二进制文件移植到arm 中，然后在文件系统中调用执行，最终在lcd触摸屏上显示，如图2所示。
5 系统集成与测试
首先将设计好的hmi终端通过交叉串口线与pc机连接，进行相互通信，测试是否能够进行数据收发，测试成功后通过can/rs232网关接入polo车can试验台进行综合测试。试验台设备节点可通过触摸方式控制，同时可实时采集与显示运行状态信息，经过多次实验测试，运行稳定可靠，达到了设计要求。
6 结束语
本文所设计的车载hmi终端集车身控制、仪表显示、导航、多媒体和无线上网为一体，简化了车载中控平台，降低了车辆控制系统操作的复杂性。经实验测试实现了车身设备的触摸控制，能够对各设备运行状态信息进行采集与显示。为车载hmi开发提供了一种可行的设计思路与性价比更合理的解决方案。
英特尔开始交付新款Atom芯片 可降低能耗20%
AGV助力下 斯坦德机器人自动化效率将得到提高
Aeroflex推出首款用于飞机航线测试的便携式射频高度表测
Wi-SUN 可最大限度地提高太阳能跟踪器的性能
什么是无焊端子
基于ARM和Qt/E的车载HMI终端的设计方案
获得高输出电流的三种方法介绍
看一下EUV光刻的整个过程
正点原子开拓者FPGA：DS18B20湿度传感器实验（2）
ARM处理器引领无线连接迈进LTE时代
光谱数据是否随时间的正常推移而变化
高低温交变试验箱使用对环境的要求
基于纳米孔的DNA计算技术检测microRNA表达模式的方法
AI机器人竞选日本市长，机器人的存在，究竟会不会威胁人类安全？
江苏FM电台频率
隆基拉美可持续发展大会圆满举行
物联网平台业务将迎来大清洗 物联网平台是战略布局必争之地
用ChatGPT编写各种脚本
如何在STM32中收发float数据？
零线电流治理与谐波治理之间有着怎样的联系
0 引言
改善hmi （human machine interface）终端性能可降低车辆控制系统操作的复杂性，也可提高驾驶员对自己车辆的控制力。车载hmi通过单一结构中控台，可以减少零部件数量，提高性价比。传统机械式的控制终端正在逐步向直观、便捷的hmi终端发展。2009年6月29日，美国汽车多媒体与通信研究服务公司strategy analytics发布最新研究报告，认为“车载人机界面市场领先者保持强势地位”。报告预测，2015年，车载语音和触摸屏市场规模将达到29 亿美元。目前，hmi设备，尤其是语音、触觉控制和触摸屏，在汽车市场上被大量应用。
本文报告了一种基于触摸控制与数字显示理念的车载hmi终端，通过在arm 上移植qt/e接tft-lcd触摸面板加以实现。
1 系统结构介绍
基于arm 和qt/e的车载hmi终端主要由两个模块组成，分别是arm 处理器与触摸显示屏组成的hmi触控平台和can/rs232协议转换器模块。该终端可接入车载can网络中实现车载设备的触摸控制与状态信息显示。其结构框图如图1所示。
图1 车载hmi终端结构
hmi触控平台主要是将qt/e交叉编译后移植到arm 平台，调用gui在触摸面板显示。通过点击触控界面发送控制字，经can/rs232网关发送到can网络中对各设备进行控制，同时实时采集各设备运行状态参数并显示，便于驾驶员及时了解车辆运行状态。该平台还预留了uart和usb端口分别可外接gps模块，无线上网卡或u 盘设备，实现导航、无线上网和多媒体播放功能。
can/rs232协议转换模块主要由mcu、can 接口与uart接口组成，其中can 接口采用can 控制器sja1000和can收发器pca82c250设计，rs232接口采用max232设计，以此实现两种不同总线协议数据帧的透明转换，是hmi终端与can网络中各设备交互的纽带。
车载can网络模块主要以polo车can 试验台为平台，试验台集成了车灯、电动车窗、雨刷和后视镜can 节点模块。
2 qt/e在arm 上的移植
qt/e是trolltech公司专为嵌入式linux系统开发的图像用户界面（gui）工具包。提供了窗口操作系统、开发环境、工作辅助应用程序和个性选项等，是基于c++ 可跨平台的gui应用程序框架；还提供给开发者建立艺术级gui所需的功能，开发者可根据需求定制整个软件解决方案。目前，众多手机、pda、机顶盒都采用qt作为图形引擎。因此，选择了qt/e作为hmi终端的开发工具。
2.1 交叉编译环境的搭建
采用宿主机fedora9.0作为开发平台，移植arm 版qt/e4.7进行设计。因编译linux内核和qt/e都需要交叉编译工具链，交叉编译器版本过高过低都会与qt/e4.7不兼容，最终导致安装失败，所以一定要根据qt的版本来选择对应的编译器。本系统采用arm-linux-gcc-4.5.1.安装过程如下：
首先，解压arm-linux-gcc-4.5.1安装包，运行#tarxv*** arm-linux-gcc-4.5.1.tgz命令；然后将编译器所在路径加入系统环境变量，运行#gedit/root/.bashrc编辑该文件，修改最后一行为export path=path:/usrt/local/arm/4.5.1/binpath，此时交叉编译器已经安装好；最后执行#arm-linux-gcc-v显示编译器版本信息，验证是否安装成功。
2.2 qt/e4.7的编译与移植
减压arm 版qt/e安装包到指定目录，然后进入该目录执行编译配置源码命令#echo yes | 。/configure -opensource-embedded arm –xplatform qws/linux-arm-g++-no-webkit-qt-libtiff-qt-libmng-qt-mouse-tslib-qt-mouse-pc-no-mouse-linuxtp-no-neon.其中编译arm 平台的embedded版本配置参数为embedded arm，使用arm-linux交叉编译器进行编译为xplatform qws/linuxarm-g++，qt-mouse-tslib是使用tslib来驱动触摸屏。然后执行make命令进行编译，当编译完成之后执行安装命令make install.最后把安装文件打包#tar cv*** qt4.7.tgz，下载到arm 开发板，并解压到指定目录。至此qt/e在arm 开发板上移植完成。
安装linux环境下x86版qt sdk软件-qt creator2.0进行qt程序开发，设置为支持qt4.7arm 的交叉编译。最后将设计好的程序通过编译，生产二进制文件下载到arm 开发板运行，以此实现hmi界面显示功能。
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3.1 can/rs232协议转换器的硬件设计
can/rs232协议转换器主要有主控制器、can接口模块与rs232接口模块组成，其中主控制器采用stc89c52单片机负责处理can总线与rs232总线的数据接收与发送，实现两种不同协议数据帧的透明转换与传输。
can接口模块采用philips公司的can 控制器sja1000和can收发器pca82c250芯片组成，主要实现can协议的物理层和数据链路层功能。其中can控制器完成数据链路层功能，实现与主控制器的信息读写操作，物理层通过can收发器实现电平转换和传输。sja1000的ad0~ad7与单片机p0口连接，实现地址/数据复用；片选/cs与p2.7相连，则基地址为0x7f00;/rd、/wd、ale引脚依次与单片机各引脚相连；中断/int接单片机/int0，因此可通过中断方式对sja1000进行实时访问。sja1000的mode 引脚用于选择can控制器在intel模式还是在motorola模式工作。由于stc89c52属于intel系列微控制器，故mode引脚接+5v高电平设置为intel模式，以满足89c52的读写时序要求。为了增强节点的抗干扰能力，以及避免当can收发器失效时出现过流导致can控制器击穿，sja1000的tx0和rx0引脚通过光耦n6137后与pca82c250的txd和rxd连接，以此实现总线上节点间电器隔离；收发器can_h 和can_l引脚通过5ω电阻与can总线端口连接起到限流作用；同时两端接120ω终端匹配电阻。
rs232接口电路采用max232芯片，实现单片机串口ttl电平与rs232电平相互转换，完成hmi终端uart口的信息传输。stc89c52串口端（p3.0和p3.1）与max232的t1in和r1out连接，t1out与r1in接九针串口，然后通过交叉线与hmi终端连接实现数据通信。
3.2 车载hmi触控平台的设计
hmi触控平台以arm 为处理器，接7.0寸lcd触摸屏来实现，可取代传统的（如图2a）机械按键与表盘显示的中控平台。hmi触控平台如图2b所示，由车灯、车窗、后视镜、多媒体、空调、导航以及状态参数显示菜单组成。将该终端嵌入到方向盘，驾驶员可点击触控菜单进入车灯、车窗等控制界面（如图2c和d）实现车灯、车窗等设备的触摸控制，也可实时采集与显示设备状态参数如：车速、故障码等。其中，触控与显示数据需调用arm 底层串口驱动来实现读写操作，触控界面通过button控件的信号与槽机制来实现数据的发送，状态参数的采集与显示通过事件驱动方式实现。终端可外接gps模块实现导航功能，设计了qt媒体媒体播放器实现娱乐功能，也可接入无线网卡来实现无线上网功能。
图2 车载hmi终端
4 车载hmi终端的软件设计
4.1 can/rs232网关软件设计
主程序中首先要完成初始化操作， 包括单片机、sja1000、rs232通信以及中断源的初始化。其中sja1000的初始化是整个设计最重要的部分，也是保证can 通信的前提。考虑车辆内部网络的兼容性，sja1000配置为peli模式，支持can2.0a和b规范，实现标准帧和扩展帧两种报文传输。sja1000初始化寄存器配置流程如图3所示。
图3 sja1000初始化寄存器配置流程
为保证数据实时传输，采用中断方式进行数据收发。
当can总线有数据接收时sja1000会跳入接收中断函数将数据接收并存储到接收缓存，根据数据帧头来判别数据类型和所带数据长度，最后提取can 数据拆分为单字节通过串口发送，并在hmi终端显示；当hmi终端有控制字发送，串口接收中断函数将所发送的控制字依次接收存入接收缓存，并根据首字节来判别所发数据类型和长度，组装成can数据帧格式发送到网络中去，以此实现各节点的控制。具体流程如图4所示。
图4 数据接收与发送流程图
4.2 车载hmi界面的设计
hmi界面采用qt creator2.0来设计，因为hmi终端是通过uart接口接入can网络中，所以通信时需接上面所介绍的can/rs232协议转换器来实现。同时，还需在linux下编写qt串口通信程序。
首先，在linux下利用open函数打开串口设备，用tcsetattr函数来设置串口属性。打开驱动设备uart0进行读写操作：const char*devname= “ /dev/ttysac0”;fd = ：：
open （devname，o_rdwr|o_nonblock）；设置波特率等参数：serialattr.c_cflag= b115200| hupcl| cs8|cread|clocal;serialattr.c_cc［vmin］=1;其中串口设备可使用linux下i/o函数进行read和write操作。但是，在数据接收时当数据量过大会导致界面被阻塞（造成界面假死），于是创建了一个线程通过事件驱动实现数据接收。
qt中可采用qsocketnotifier类来实现设备事件驱动的设计要求。qsocketnotifier类关联signal/slot机制，当有数据可读时会触发ativated信号，lcd number控件slot会被调用来连接到该信号并显示，从而实现数据采集与显示功能。在数据发送时，可通过button控件signal/slot调用qobject对象的connect（）函数来实现［3］。当按键被按下时触发signal信号，slot会调用pressed （）函数将定义好的数据通过串口write函数发送到总线上。函数实现如下：
void glass：：on_lu_pressed（）{char msg［］= {160，34，16，0};//定义所发送数据myserial-》mycom-》write（msg，4）；//写发送数据}
通过qpainter类进行对窗体界面和按键图像界面进行设计，达到美观的人机界面。最后将设计好的程序通过交叉编译，生产二进制文件移植到arm 中，然后在文件系统中调用执行，最终在lcd触摸屏上显示，如图2所示。
5 系统集成与测试
首先将设计好的hmi终端通过交叉串口线与pc机连接，进行相互通信，测试是否能够进行数据收发，测试成功后通过can/rs232网关接入polo车can试验台进行综合测试。试验台设备节点可通过触摸方式控制，同时可实时采集与显示运行状态信息，经过多次实验测试，运行稳定可靠，达到了设计要求。
6 结束语
本文所设计的车载hmi终端集车身控制、仪表显示、导航、多媒体和无线上网为一体，简化了车载中控平台，降低了车辆控制系统操作的复杂性。经实验测试实现了车身设备的触摸控制，能够对各设备运行状态信息进行采集与显示。为车载hmi开发提供了一种可行的设计思路与性价比更合理的解决方案。
英特尔开始交付新款Atom芯片 可降低能耗20%
AGV助力下 斯坦德机器人自动化效率将得到提高
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Wi-SUN 可最大限度地提高太阳能跟踪器的性能
什么是无焊端子
基于ARM和Qt/E的车载HMI终端的设计方案
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看一下EUV光刻的整个过程
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ARM处理器引领无线连接迈进LTE时代
光谱数据是否随时间的正常推移而变化
高低温交变试验箱使用对环境的要求
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用ChatGPT编写各种脚本
如何在STM32中收发float数据？
零线电流治理与谐波治理之间有着怎样的联系