LIN總線協(xié)議的應(yīng)用

　　1 LIN總線協(xié)議簡(jiǎn)介

　　LIN協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)于1998年由Audi、BMW、Mo-torola、Daimlerehrysler、VCT、Volvo和Volkswa-gen等七家公司在A類網(wǎng)已有協(xié)議的基礎(chǔ)上聯(lián)合提出。LIN總線在當(dāng)今汽車電子的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中被廣泛使用，它基于通用的UART/SCI接口，使用單線信號(hào)傳輸，從節(jié)點(diǎn)無需晶振或陶瓷振蕩器就能實(shí)現(xiàn)自同步，因此成本低廉。LIN總線網(wǎng)絡(luò)采用單主多從模式，圖1所示是UN總線網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖，它由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)和一個(gè)或若干個(gè)從節(jié)點(diǎn)組成，不需要總線仲裁。LIN總線協(xié)議基于ISO參考模型中的物理層，數(shù)據(jù)鏈路層采用NRZ (Not Re-turn Zero)編碼方式，電平分為隱性電平(‘1’)和顯性電平(‘0’)。

　　1.1 物理層

　　LIN總線一般采用單總線(12 V)串行通訊，總線長(zhǎng)度最大可達(dá)到40 m，傳輸速率最高可達(dá)到20 Kb/s，通常使用2.4Kb/s、9.6 Kb/s和19.2 Kb/s這三個(gè)波特率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。由于從節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)除了受標(biāo)識(shí)符數(shù)量的限制中，也受到總線的物理特性限制，節(jié)點(diǎn)過多必然減少網(wǎng)絡(luò)阻抗，從而導(dǎo)致通訊條件變差，所以協(xié)議規(guī)定：一個(gè)LIN總線網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)目不能超過16個(gè)。

　　1.2 數(shù)據(jù)鏈路層

　　LIN總線協(xié)議的一個(gè)報(bào)文幀由報(bào)文頭和響應(yīng)組成，圖2所示是LIN總線協(xié)議的報(bào)文幀結(jié)構(gòu)。一般情況下，報(bào)文頭都是由主節(jié)點(diǎn)發(fā)送，而響應(yīng)則是由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)或者一個(gè)從節(jié)點(diǎn)發(fā)送。LIN總線網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)通訊都是由主節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)報(bào)文頭來初始化的。報(bào)文頭包含一個(gè)空白場(chǎng)、一個(gè)同步場(chǎng)和一個(gè)標(biāo)識(shí)符場(chǎng)，而響應(yīng)則包括1 到9個(gè)字節(jié)場(chǎng)(0～8個(gè)數(shù)據(jù)場(chǎng)和一個(gè)校驗(yàn)和場(chǎng))。其中，字節(jié)場(chǎng)由字節(jié)間的間隔分開，報(bào)文頭和響應(yīng)則由幀內(nèi)響應(yīng)間隔分開，它們的最小長(zhǎng)度皆為0。

　　報(bào)文頭中的空白場(chǎng)可使節(jié)點(diǎn)能夠識(shí)別一個(gè)報(bào)文的開始?？瞻讏?chǎng)為13位或者持續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間的顯性電平(‘0’)加上持續(xù)1個(gè)位時(shí)間以上的隱性電平(‘1’)組成。同步場(chǎng)則為一個(gè)字節(jié)長(zhǎng)度(ox55)，可用來使相關(guān)從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行主從節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘同步。

　　標(biāo)識(shí)符場(chǎng)格式如圖3所示，定義報(bào)文的信息，長(zhǎng)度為一個(gè)字節(jié)，其中前6位為標(biāo)識(shí)符位，可定義26=64個(gè)標(biāo)識(shí)符(其中保留4個(gè)標(biāo)識(shí)符作為命令和擴(kuò)展幀標(biāo)識(shí)符)，后2位為奇偶校驗(yàn)位。

　　標(biāo)識(shí)符用于定義數(shù)據(jù)的傳輸方向和響應(yīng)中數(shù)據(jù)場(chǎng)的長(zhǎng)度，并從節(jié)點(diǎn)根據(jù)標(biāo)識(shí)符判斷報(bào)文是否與自己相關(guān)，從而對(duì)報(bào)文做出反應(yīng)，進(jìn)行通訊。當(dāng)主節(jié)點(diǎn)發(fā)送的報(bào)文頭被相關(guān)從節(jié)點(diǎn)接受并對(duì)標(biāo)識(shí)符判斷之后，從節(jié)點(diǎn)被要求進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，而主節(jié)點(diǎn)要接收從節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)，則需要將此標(biāo)識(shí)符定義為接收標(biāo)識(shí)符，對(duì)于從節(jié)點(diǎn)來說，則需定義為發(fā)送標(biāo)識(shí)符，反之亦然。

　　響應(yīng)中數(shù)據(jù)場(chǎng)的長(zhǎng)度由標(biāo)識(shí)符位中的第4位和第5位(ID5和ID4)決定，它們將所有的標(biāo)識(shí)符分成四組。每組有16個(gè)標(biāo)識(shí)符，這些標(biāo)識(shí)符代表著2、4和8 個(gè)數(shù)據(jù)場(chǎng)。數(shù)據(jù)場(chǎng)的傳輸由低位到高位，包含了各個(gè)節(jié)點(diǎn)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。校驗(yàn)和場(chǎng)是數(shù)據(jù)場(chǎng)所有字節(jié)的和的反碼，當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)并進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，要求所有數(shù)據(jù)字節(jié)和與校驗(yàn)和場(chǎng)的字節(jié)相加必須是0xFF。

　　2 車門控制中LIN通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　本設(shè)計(jì)方案主要采用英飛凌XC886單片機(jī)作為主節(jié)點(diǎn)控制器，以英飛凌的TLE7259芯片作為L(zhǎng)IN驅(qū)動(dòng)模塊，這樣可使主節(jié)點(diǎn)車門控制器可以通過LIN 總線與3個(gè)從節(jié)點(diǎn)車門控制器(TLE7810)進(jìn)行通信。作為主節(jié)點(diǎn)，在此門控系統(tǒng)中，可以通過司機(jī)側(cè)按鈕開關(guān)對(duì)所有車窗進(jìn)行升降，并可進(jìn)行后視鏡的調(diào)節(jié)和中央門鎖的控制。圖4所示是車門控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

　　2.1 XC886與UN驅(qū)動(dòng)模塊的接口設(shè)計(jì)

　　英飛凌公司的XC886單片機(jī)是基于8051工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)的高性能8位微控制器，其內(nèi)部集成有CAN控制器并支持UN通信，同時(shí)包含兩個(gè)UART(其中一個(gè)用于支持LIN)和兩個(gè)單獨(dú)16位計(jì)時(shí)器的捕捉/比較單元(CCU)，可靈活產(chǎn)生PWM信號(hào)。此外，還集成有高精度8路10位ADC、四個(gè)通用16位計(jì)時(shí)器和可編程16位看門狗計(jì)時(shí)器(WDT)，并支持片內(nèi)調(diào)試。XC886包含多種省功耗模式，非常適用于各種汽車車身控制網(wǎng)絡(luò)以及工業(yè)和農(nóng)業(yè)設(shè)備控制、建筑物照明控制、智能傳感器和工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域。

　　系統(tǒng)中的LIN驅(qū)動(dòng)模塊選用英飛凌公司的TLE7259芯片，它具有總線接地短路保護(hù)功能，適用于傳輸速率為2.4 kb/s～20 kb/s的車載系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，該器件還具有極強(qiáng)的防靜電放電(ESD)特性和優(yōu)越的抗電磁干擾(EMI)能力。其基于固定斜率的斜率控制機(jī)制，還可實(shí)現(xiàn)在寬頻帶范圍內(nèi)優(yōu)越的EMC性能。在XC886作為L(zhǎng)IN總線主節(jié)點(diǎn)控制器的設(shè)計(jì)方案中，必須在TLE7259芯片的LIN_BUS引腳與INH引腳之間連接一個(gè)1kΩ的電阻和一個(gè)反向二極管，并將TLE7259配置成主節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)模塊。圖5所示是系統(tǒng)LIN驅(qū)動(dòng)模塊的接口電路。