采用ARM控制器的制动性能测试仪设计

器芯片将串口数据信号按照一定的编码规则转换为驱动红外发光管的信号，对于编程者来说可看作直接通过串口控制打印机，而不需要了解编码转换的细节。

测试仪采用4.3吋，分辨率为272*480的触摸式液晶屏作为人机交互界面。界面内容、触摸设置等都被固化在触摸屏的Flash ROM中，不占用仪表主控制芯片的内存。ARM控制器对触摸屏的控制也是通过串口进行的。

软件设计

制动性能测试仪的软件设计基于μC/OS嵌入式操作系统，μC/OS是一个多任务的实时操作系统，它的工作原理是把程序分割为多个相对独立的任务，每个任务有自己的优先级，在操作系统的调度下运行。任务之间的通信通过信号量和消息邮箱方式实现^[4]。

根据仪表的功能，我们把程序划分为不同的任务，各任务间的关系如图6所示，其中人机界面任务负责根据用户指令启动其它各项任务。

现以制动性能测试任务为例介绍测量任务的实现以及与人机界面任务之间的交互通信。图7是制动性能测试任务的工作流程图，在测量前首先进行传感器校准，然后由踏板开关启动测量过程，开始采样加速度传感器数据，在测量过程中需要保证采样时间间隔的精确和稳定，为了达到这一要求，我们利用定时器中断来触发A/D转换。数据计算主要根据积分近似计算原理。测量结束后通过文件系统把测量数据和结论存储到SD卡上。制动性能测试任务与人机界面任务的交互过程采用消息邮箱方式，如图8所示，其中OS_Mbox_Brake1、OS_Mbox_Brake2是消息邮箱名称。制动性能测量任务在校准过程完成后设置OS_Mbox_Brake1的值为字符A。在系统中运行的人机界面任务不断地读取该邮箱，当邮箱收到字符A后该任务控制触摸屏显示“准备”，然后设置OS_Mbox_Brake2的值为字符B，以通知制动性能测量任务进入测试准备状态。两个任务之间就是通过这种方式实现同步的。

其它测量任务的实现与制动性能测试任务类似，在此不再赘述。实践表明，面向任务的软件设计方法非常适合团队式协同开发。

测试仪保存和读取测试数据是通过文件系统实现的。文件系统我们采用FatFs模块，FatFs是一个为小型嵌入式系统设计的通用FAT(File Allocation Table)文件系统模块，采用ANSI C编写，模块提供了创建目录、创建文件、写文件以及读取文件等函数，应用程序通过调用这些函数实现相应的功能。FatFs模块独立于硬件架构，它的底层为磁盘I/O驱动程序。

制动性能测试仪的车速表校验以及上传数据功能涉及对USB接口的编程。USB接口有两种工作模式：主机模式和设备模式。USB主机软件主要负责提供电源、检测设备、检查错误、管理数据以及与设备交换数据等工作。USB设备软件主要负责检测通信、检查错误、响应标准请求以及与主机交换数据等工作。USB规范定义了4种传输类型：控制传输、块传输、中断传输和同步传输^[5]。在我们的程序中主要用到控制传输和块传输。ST公司提供了USB开发软件包，其中包括各种USB应用的范例，程序开发者只需在例程基础上进行少量修改即可移植到自己的系统中。

人机界面任务的底层是对触摸屏的操作。仪表的触摸屏软件设计分为两部分，第一部分是使用上位机软件设计人机交互界面，其中包括为触摸区域分配上传代码，界面设计完成后需要把设计文件下载到触摸屏的Flash ROM中。第二部分是按照触摸屏的通信协议编写主控制器串口通信程序，在通信协议中定义了对触摸屏操作的各类命令格式，通过这些命令我们可以实现诸如文本显示、画面切换、按钮处理等各项功能。

结语

制动性能测试仪通过对加速度传感器和力传感器的测量得到机车的充分发出平均减速度、最大初速度、制动距离、踏板力等与汽车制动性能相关的指标。新一代制动性能测试仪的硬件在原有测试仪器的基础上采用了ARM控制器，大容量的SD存储卡，USB通信以及触摸式人机界面，软件采用了基于μC/OS-II操作系统的面向任务的设计方式。这些改进使得仪表在很多方面的性能得到提高，比如计算速度更快，可支持更多测试功能，兼容目前主流的通信接口，人机交互方面更加友好等。这些提高给用户带来了全新的测量体验。经过实际测试，新一代仪表的性能完全达到设计要求。

参考文献：
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