基于硬件加速的汽车虚拟仪表的设计

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1、分类号：TP391_密级：公开_UDC：编号：_河北工业大学硕士学位论文基于硬件加速的汽车虚拟仪表的设计论文作者：李睿琦学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：集成电路工程指导教师：牛新环职称：教授资助基金项目：国家02重大专项(2016ZX02301003-004-007);天津市自然科学基金(16JCYBJC16100);天津市科技计划项目(10ZCKFGX01300)IDissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofIntegratedCircuitEngineeri

2、ngDESIGNOFAUTOMOBILEVIRTUALINSTRUMENTBASEDONHARDWAREACCELERATIONbyLiRuiqiSupervisor:Prof.NiuXinhuanMay2017ThisworksupportedbytheMajorNationalScienceandTechnologySpecialProjectsofChina(No.2016ZX02301003-004-007),NaturalScienceFoundationofTianjin,China(No.16JCYBJC16100),ScienceandTechnology

3、PlanProjectsofTianjin,China(No.10ZCKFGX01300).II原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或

4、其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：III摘要由于经济日益发达，消费者对汽车科技性能和驾驶体验的需求不断提高，因此虚拟仪表这一人机交互的重要界面在整个汽车测评体系中受到了越来越多的关注。传统的机械仪表不仅设计复杂，而且外形古板、功能单调，早已不能满足人们的驾驶需求，所以设计集功能与美观于一体的汽车虚拟仪表成为备受关注的研究课题之一。本文针对嵌入

5、式系统在计算和图形处理等方面较弱的特点，设计出了一种新型的嵌入式虚拟仪表系统，并根据平台特性，采用GPU深度优化，使该系统具有较高的处理速度和精美的显示界面。由于软件是通过嵌入式系统开放图形库（OpenGLES）开放式标准实现的，因此它具有跨平台性、低成本、界面显示精美、可扩展性良好等优点。本文主要研究内容和方法如下:首先，以恩智浦开发的i.MX6Q为核心处理器搭建硬件开发平台，以Linux系统构建软件开发环境，利用OpenGLES对仪表系统进行着色器处理，深度测试、面剔除、透视的应用，设定顶点缓冲区对象（VBO）、顶点数组对象（VAO）、元素缓冲区对象（EBO）等操作，

6、使图形处理器（GPU）的使用效率获得提高，进而加强其图形处理能力并减轻中央处理器（CPU）的负荷。其次，采用3DMAX定制特殊的3D汽车模型，并导出相应的3ds文件，对得到的cpp文件进行深入分析，明确顶点坐标、纹理坐标、法线坐标的对应方式，实现车体的肢解，分离成不同部分，从而分别绘制。利用旋转变换、平移变换、透视投影手段，使得汽车模型显示在仪表界面中。同时，利用多线程的方法，加入车载摄像头、按键调用功能和串口通信功能，丰富了汽车虚拟仪表的使用功能，减小了物理空间。最后，运行该设计中完整的汽车虚拟仪表程序，利用Vivante的VAnalyzer工具对GPU性能进行测评。其

7、中，由性能分析曲线及数据表明，本程序尽管包含复杂的3D汽车模型及数据量较大的视频流，由于充分利用GPU优化内核，可使GPU利用率达到60%-80%，对着色器的利用率达到90%，从而能够获得较高的处理速度，使系统流畅运行。关键词：虚拟仪表i.MX6QOpenGLES3D汽车模型图形界面开发IVABSTRACTWiththeeconomydevelopment,theconsumerdemandforautomobilescienceandtechnologyperformanceanddrivingexperienceisimp