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摘 要 通过对系统的总体需求性分析，进行虚拟仪表的硬件框架设计，基于该设计搭建硬件平台，同时基于该硬件框架设计软件代码模块，开发出符合总体性能需求的虚拟仪表。
关键词 功能需求；硬件框架设计；软件代码模块
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）01-0020-02
虚拟仪表是指在测量中不存在直接的物理传感器实体，而是接收其他与物理传感器实体直接相连的设备发送的信息，通过数学模型将获得的信息转成所需要的检测信息，再通过图形界面设计，将所需仪表界面友好呈现在用户之前的功能实体。
它是以硬件平台为基础，以计算机软件为核心的新型仪表，具有“软仪表”之称，相比于传统仪表，它具有以下优点。
1）开放性好。基于相同的硬件平台，编写不同的软件模块，可以实现不同的用户需求。
2）界面友好。通过对图形界面的编程，用户可以选择自己期望的界面形式，界面更改灵活方便。
3）使用方便。虚拟仪表可以使用触摸或鼠标操作完成所有功能。
4）误差小。由于在测量中减少了硬件 的使用，硬件电路造成的误差减小。
5）功能可扩展性好。可以切换显示界面，进行车辆导航或显示倒车视频等。
1 系统性能需求分析
总体系统功能要求：
1）仪表类显示：转速、车速、气压、油量等。
2）指示灯显示：ABS、侧门、左右转向等。
3）数字类显示：电压、电流等。
4）具有导航功能。
5）具有倒车视频自动切换显示功能。
6）具有触摸功能，实现导航时的手动操作。
7）具有物理按键功能，可以实现软仪表、导航、倒车视频显示的手动切换。
总体系统功能分析：
第一、二、三点为虚拟显示功能，第五点为视频自动切换，通过代码的编写可以实现，需要的硬件条件为主板和显示屏。第四点的导航功能可以有两种解决方案，一是提供导航板卡，采取硬切换的方式实现；二是下载导航软件代码，直接通过程序调用。考虑到空间问题，采用调用导航软件代码的方式，需要的硬件条件为主板、显示屏和GPS定位板卡。第六点的触摸功能所需硬件条件为触摸屏。第七点需要的硬件条件为物理按键。
2 硬件平台框架的设计
根据所需的环境要求、功能要求、电气接口等的条件进行市场调研，确定各硬件的选型，确定各硬件之间的电气接口关系，设计硬件平台框架。
硬件平台框架图如图1。
图1 硬件平台框架
该总体框架以主板为核心，其他各硬件传输各自信号进入主板，经软件代码接收处理后，进行对应的功能实现。
主板是基于ARM A8的开发板，其构成为核心板+底板。核心板上的处理器核心频率600MHz，内存DDR2 256MB，可以满足该虚拟仪表终端的性能要求。底板上为与其他硬件连接的硬件接口，主要用到了：
1）CANBus接口，采用CANBus 2.0B总线协议，波特率250kbps，标准帧格式，传输仪表信号。
2）CVBS视频接口，传输倒车视频信号。
3）RS232串口，接收GPS标准协议信号。
4）标准键盘接口，接收物理按键的标键盘信号和触摸屏信号。
5）CRT接口，向显示屏传输VGA信号。
显示部分包含了液晶屏、升压条和屏驱动板。升压条提供足够的电压产生背光，驱动板为升压条提供电源和为显示屏提供信号。
物理按键在经过相应的电路板后以USB接口输出标准的键盘信号。
触摸屏为五线制，经过其自带的控制板后，以USB接口输出信号。
GPS板卡则以RS232与主板进行通信。
3 软件设计
3.1 软件功能模块设计
依据硬件平台框图，确定主板的各个输入输出信号，依据该输入信号和输出信号进行软件功能模块的结构图设计和对各模块功能的详细设计。
由硬件平台框架的搭建可知，具有的输入信号有video视频信号、CAN信号输入、触摸屏和键盘的USB信号输入、GPS板卡的串口信号输入以及供显示屏输出的VGA信号。
根据这些输入输出信号设计的软件模块功能结构图如图2。
图2 软件模块功能结构图
再根据软件模块功能结构图，进行具体软件模块的详细设计，设计内容如表1。
表1 软件模块功能说明
模 块 说 明
接收视频解码信号 接收视频采集装置捕捉的视频流信号，
经过解码后在显示屏上以特定的分辨率进行回放
CANBus协议解析 接收CAN总线上广播的数据帧，
从中解析出各种信号并予以缓存。
虚拟仪表显示 将经过处理的信号，以图形方式在画面中展现
画面/任务切换 接收按键信号，确定当前需要显示的画面内容
显示管理 根据画面/任务的切换信号，确定输出内容
地图应用 根据GPS信号，提供地图定位或导航功能
（该项功能采用成熟商业软件），
本软件提供切换显示
3.2 软件流程设计
依据设计的软件模块以及实际工程应用中的实际工作流程，设计软件流程图，如图3。
4 小结
通过总体系统功能分析，市场调研，硬件平台框架设计和软件设计，最终形成工程产品。图4为实际虚拟仪表界面。
图3 软件流程图
图4 实际仪表界面
经用户使用后反馈，设计的虚拟仪表终端很好的符合了总体功能性需求，并具有很高的可靠性和稳定性，是一件非常成功的工程产品。
参考文献
[1]张倩.基于WinCE的车载智能仪表系统设计[D].西安电子科技大学，2009.
[2]刘鹏.汽车虚拟仪表平台的设计与研究[D].大连理工大学，2010.
[3]梁广省.基于CAN总线和ARM的汽车液晶仪表的设计与研究[D].南京航空航天大学，2007.
[4]杨槐.基于嵌入技术的车载虚拟仪表系统的研究[D].重庆大学，2007.
关键词 功能需求；硬件框架设计；软件代码模块
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）01-0020-02
虚拟仪表是指在测量中不存在直接的物理传感器实体，而是接收其他与物理传感器实体直接相连的设备发送的信息，通过数学模型将获得的信息转成所需要的检测信息，再通过图形界面设计，将所需仪表界面友好呈现在用户之前的功能实体。
它是以硬件平台为基础，以计算机软件为核心的新型仪表，具有“软仪表”之称，相比于传统仪表，它具有以下优点。
1）开放性好。基于相同的硬件平台，编写不同的软件模块，可以实现不同的用户需求。
2）界面友好。通过对图形界面的编程，用户可以选择自己期望的界面形式，界面更改灵活方便。
3）使用方便。虚拟仪表可以使用触摸或鼠标操作完成所有功能。
4）误差小。由于在测量中减少了硬件 的使用，硬件电路造成的误差减小。
5）功能可扩展性好。可以切换显示界面，进行车辆导航或显示倒车视频等。
1 系统性能需求分析
总体系统功能要求：
1）仪表类显示：转速、车速、气压、油量等。
2）指示灯显示：ABS、侧门、左右转向等。
3）数字类显示：电压、电流等。
4）具有导航功能。
5）具有倒车视频自动切换显示功能。
6）具有触摸功能，实现导航时的手动操作。
7）具有物理按键功能，可以实现软仪表、导航、倒车视频显示的手动切换。
总体系统功能分析：
第一、二、三点为虚拟显示功能，第五点为视频自动切换，通过代码的编写可以实现，需要的硬件条件为主板和显示屏。第四点的导航功能可以有两种解决方案，一是提供导航板卡，采取硬切换的方式实现；二是下载导航软件代码，直接通过程序调用。考虑到空间问题，采用调用导航软件代码的方式，需要的硬件条件为主板、显示屏和GPS定位板卡。第六点的触摸功能所需硬件条件为触摸屏。第七点需要的硬件条件为物理按键。
2 硬件平台框架的设计
根据所需的环境要求、功能要求、电气接口等的条件进行市场调研，确定各硬件的选型，确定各硬件之间的电气接口关系，设计硬件平台框架。
硬件平台框架图如图1。
图1 硬件平台框架
该总体框架以主板为核心，其他各硬件传输各自信号进入主板，经软件代码接收处理后，进行对应的功能实现。
主板是基于ARM A8的开发板，其构成为核心板+底板。核心板上的处理器核心频率600MHz，内存DDR2 256MB，可以满足该虚拟仪表终端的性能要求。底板上为与其他硬件连接的硬件接口，主要用到了：
1）CANBus接口，采用CANBus 2.0B总线协议，波特率250kbps，标准帧格式，传输仪表信号。
2）CVBS视频接口，传输倒车视频信号。
3）RS232串口，接收GPS标准协议信号。
4）标准键盘接口，接收物理按键的标键盘信号和触摸屏信号。
5）CRT接口，向显示屏传输VGA信号。
显示部分包含了液晶屏、升压条和屏驱动板。升压条提供足够的电压产生背光，驱动板为升压条提供电源和为显示屏提供信号。
物理按键在经过相应的电路板后以USB接口输出标准的键盘信号。
触摸屏为五线制，经过其自带的控制板后，以USB接口输出信号。
GPS板卡则以RS232与主板进行通信。
3 软件设计
3.1 软件功能模块设计
依据硬件平台框图，确定主板的各个输入输出信号，依据该输入信号和输出信号进行软件功能模块的结构图设计和对各模块功能的详细设计。
由硬件平台框架的搭建可知，具有的输入信号有video视频信号、CAN信号输入、触摸屏和键盘的USB信号输入、GPS板卡的串口信号输入以及供显示屏输出的VGA信号。
根据这些输入输出信号设计的软件模块功能结构图如图2。
图2 软件模块功能结构图
再根据软件模块功能结构图，进行具体软件模块的详细设计，设计内容如表1。
表1 软件模块功能说明
模 块 说 明
接收视频解码信号 接收视频采集装置捕捉的视频流信号，
经过解码后在显示屏上以特定的分辨率进行回放
CANBus协议解析 接收CAN总线上广播的数据帧，
从中解析出各种信号并予以缓存。
虚拟仪表显示 将经过处理的信号，以图形方式在画面中展现
画面/任务切换 接收按键信号，确定当前需要显示的画面内容
显示管理 根据画面/任务的切换信号，确定输出内容
地图应用 根据GPS信号，提供地图定位或导航功能
（该项功能采用成熟商业软件），
本软件提供切换显示
3.2 软件流程设计
依据设计的软件模块以及实际工程应用中的实际工作流程，设计软件流程图，如图3。
4 小结
通过总体系统功能分析，市场调研，硬件平台框架设计和软件设计，最终形成工程产品。图4为实际虚拟仪表界面。
图3 软件流程图
图4 实际仪表界面
经用户使用后反馈，设计的虚拟仪表终端很好的符合了总体功能性需求，并具有很高的可靠性和稳定性，是一件非常成功的工程产品。
参考文献
[1]张倩.基于WinCE的车载智能仪表系统设计[D].西安电子科技大学，2009.
[2]刘鹏.汽车虚拟仪表平台的设计与研究[D].大连理工大学，2010.
[3]梁广省.基于CAN总线和ARM的汽车液晶仪表的设计与研究[D].南京航空航天大学，2007.
[4]杨槐.基于嵌入技术的车载虚拟仪表系统的研究[D].重庆大学，2007.