2、硬件设计

　　汽车仪表需要处理的信号主要有：车速、发动机转速、水温、油量、以及各种开关量或报警信号。其中，发动机转速信号和前后灯信号是从CAN总线(发动机电控模块和前后灯电控模块)获取，而车速信号、水温、油量和其他开关量信号从相应的传感

　　器获取。

　　本系统对车速、发动机转速、水温和油量信息采用步进表头显示，里程信息采用LCD显示，开关量或报警信号采用LED显示，串口EEPROM用于存储里程信息。采用Microchip公司的具有SPI接口的控制器MCP2510与收发器80C250构成CAN节点，用于实现与汽车其他CAN节点间的通信。

　　2．1 MCU、外扩存储器和里程存储电路

　　系统采用三星公司的ARM7TDMI器件S3C44BOX作为主控制器。S3C44BOX是16／32位RISC处理器，其工作主频可达75 MHz，内部资源丰富。由于S3C44BOX内部无存储器(内部SRAM用于缓存)，因此必须采用总线扩展外部存储器，包括程序存储器和数据存储器，采用16 Mbit的：FlashSST39VF160及64 Mbit的SDRAM HY57V641620分别作为程序存储器和数据存储器。系统还采用一片AT24C04存储器件来存储里程信息。AT24C04是4 Kbit的串行存储器，采用I2C总线方式实现里程信息的存储。

　　2．2 电源和复位电路

　　该汽车数字仪表系统采用汽车蓄电池供电，汽车蓄电池的电压约为12 V，而该系统需采用5 V、2．5 V和3．3 V工作电压，S3C44BOX内核工作电压是2．5 V，I／O端口的工作电压是3．3 V，调理电路以及一些驱动器件需用5 V的工作电压。因此，系统

　　选用7805稳压器作为5 V电压转换器，选用AS2515AU2．5和AS2515AU3．3分别作为2．5 V和3．3 V电压转换器。掉电时能够及时存储里程信息，电源地需接一只1 000 μF的电容。掉电时，大电容可以确保S3C44BOX工作一段时间，完成里程信息的存储。复位电路采用专用的复位电路IPM811实现系统稳定启动。

　　2．3 车速、水温、油量以及开关量的处理电路

　　由于汽车大多工作在恶劣环境下，将干扰车速传感器信号，因此在输入至中断端口EINT0前需要对车速脉冲信号进行处理，这里采用RC滤波、三极管放大以及斯密特整形方法调理车速脉冲信号。

　　水温、油量信号是电阻信号，须转化为电压信号，再将其电压信号输入至S3C44BOX的AD端口。而其他开关量则经过滤波降压后输入至S3C44BOX的I／O端口。

　　2．4 CAN总线通信电路

　　S3C44BOX无SPI接口，但有SIO接口，SIO模块的发送和接收既可在上升沿锁存数据位，也可在下降沿锁存数据位，因此可通过设置S3C44BOX的SIO模块所对应的寄存器实现上升沿发送数据，下降沿接收数据，从而与MCP2510的SPI总线时序相配合。

　　步进电机表头电路等。其中步进电机选用Switec的汽车仪表专用步进电机X15．168，以及专用四通道步进电机驱动器件X12．017。S3C44BOX的I／O电平为3．3LVCMOS电平，而X12．017是5VCMOS电平，需采用74LVX4245电平转换。

　　3 软件设计

　　3．1 操作系统

　　μC／OS-II是Jean J-Labrosse开发的免费的、开源的嵌入式实时操作系统。μC／OS-II是一个基于优先级的可剥夺型内核，系统所有任务都有一个唯一的优先级别，适用于实时性要求较强的场合。μC／OS-II提供多种系统服务，如消息邮箱、消息队列、信号量管理以及时间延时等，实时内核使得CPU的利用更有效。

　　3．2 μC／OS-II在ARM上的移植及配置

　　μC／OS-II的源代码除了那些与硬件关系紧密的软件模块需用汇编语言编写外，绝大部分代码都采用C语言编写，所以μC／OS-II的可移植性强。在ARM上移植μC／OS-II主要编写3个源文件，即OS_CPU．H、OS_CPU.C、OS_CPU_A.S。在OS_CPU．H

　　中完成所需的基本配置和定义(定义数据类型、定义使能和禁止中断宏等)；OS_CPU．C主要移植OS-TaskStkInit()、OSTaskCreateHook()、OSTaskDelHook()、OSTaskSwHook()、OSTaskStatHook()、OSTimeTickHo-ok()等6个函数；OS_CPU_A．S主要完成OSStartHighRdy()、OSCtxSw()、OSIntCtxSw()、OSTickISR()等4个汇编函数的移植。

　　3．3 系统任务及分析

　　对一个具体的嵌入式应用系统“任务划分”是实时操作系统应用软件的关键，任务划分是否合理将直接影响软件设计质量。本系统主要有8个任务，即车速脉冲测量任务、CAN总线任务、水温采样任务、油量采样任务、开关量处理任务、里程记录及LCD显示任务、步进电机驱动任务、WDT任务。任务间通过消息队列和信号量进行通信和共享数据。

　　主程序在完成初始化(硬件初始化ARMtarge-tInit()、μC／OS-II初始化OSInit()、建立消息队列等)工作后依次创建各任务，然后调用OSStart()启动操作系统，启动时钟ARMTargetStart()。在μC／OS-II中，各任务都是并发的，但优先级不同，拥有各自的任务堆栈，不同任务间通过消息队列和信号量进行通信和共享数据。任务采用无限循环结构，各任务通过延时或者等待信号量和消息队列来放弃CPU的使用权，这样在时钟脉冲到来时产生中断切换任务，系统转而运行准备就绪的高优先级任务，当延时或信号量和消息队列到来时，任务再次运行。系统采用TimerO定时中断作为系统时钟脉冲控制器，并在需要的任务中建立信号量。系统任务如下：

　　1)车速脉冲测量任务：脉冲信号接EINTO，使用定时器1定时，测量t时间内脉冲数，并将数据发送到消息队列。

　　2)CAN总线任务：CAN总线任务等待中断服务程序发送，接收CAN总线数据的信号量，获得CPU使用权后，CAN总线任务处理CAN总线数据并将其发送到消息队列，并再次等待接收信号量。

　　3)水温和油量采样任务：定时采样模拟量，并将采样到的模拟量数值发送到消息队列。

　　4)开关量处理任务：根据开关量的状态控制LED点亮或熄灭，延时。

　　5)里程记录及LCD显示任务：当车速脉冲值累加至0．1 km计数值，向本任务发出信号量，任务获得信号量后进入准备就绪状态，在任务调度时获得CPU的使用权，显示并记录里程信息，运行后继续等待接收信号量。

　　6)步进电机驱动任务：首先等待消息队列，再根据送出消息的任务识别出信息内容，根据队列中的数据驱动步进电机旋转相应的步数，运行后再次等待队列中的消息。本任务赋予第2高优先级。

　　7)WDT任务：用于监控，提高系统的可靠性，任务优先级最高，延时。

　　3．4 CAN总线任务及步进电机驱动任务流程

　　由于S3C44BOX的SIO接口的引脚与标准I／O端口复用，因此首先必须设置S3C44BOX的引脚57～引脚59为SIO接口，然后再通过配置SIO模块对应的寄存器，使得SIO时序与MCP2510的SPI接口协议一致。

　　初始化完成后，主程序发起CAN总线任务及步进电机驱动任务，两个任务先后进入等待信号量和等待消息队列，CAN总线发生中断后，中断服务程序释放信号量，使得CAN总线任务进入就绪状态，在其获得CPU控制权后，处理数据，然后将数据发送至消息队列，从而使得步进电机驱动任务进入就绪状态，电机任务通过任务调用获得CPU使用权，再根据消息队列中的数据计算出所需的驱动步数，驱动电机旋转。