基于XC886單片機的門(mén)控系統LIN總線(xiàn)通信模塊設計

0 引言
隨著(zhù)汽車(chē)業(yè)的飛速發(fā)展，汽車(chē)電控系統的配置不斷升級，使得車(chē)輛上的電子元件越來(lái)越多，其相互連接的網(wǎng)絡(luò )結構也越來(lái)越復雜。過(guò)去所采用的電纜連接方式所帶來(lái)的龐大布線(xiàn)負擔，容易造成車(chē)體過(guò)重和線(xiàn)路的磨損老化。在這種情況下，就需要引入標準的總線(xiàn)技術(shù)，從而降低車(chē)身重量，同時(shí)提高各個(gè)電控元件之間的通信可靠性。上世紀80年代，根據車(chē)用通信網(wǎng)絡(luò )在不同控制層面的不同功能要求，SAE (Societv ofAuto－mobile Engineering)將其分為A，B，C三類(lèi)。其中A類(lèi)為低速網(wǎng)，數據傳輸速率通常為1～10kb／s，LIN總線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )就屬于此類(lèi)。LIN總線(xiàn)一般應用于不需要高性能及帶寬和復雜性較大的低端系統，如車(chē)門(mén)控制模塊、座椅調節、車(chē)燈控制和空調系統中傳感器和執行器之間的通信。由于其LIN總線(xiàn)成本較低，也可以獨立用于不是特別復雜的車(chē)身控制網(wǎng)絡(luò )中。

1 LIN總線(xiàn)協(xié)議簡(jiǎn)介
LIN協(xié)議標準于1998年由Audi、BMW、Mo－torola、Daimlerehrysler、VCT、Volvo和Volkswa－gen等七家公司在A(yíng)類(lèi)網(wǎng)已有協(xié)議的基礎上聯(lián)合提出。LIN總線(xiàn)在當今汽車(chē)電子的網(wǎng)絡(luò )結構中被廣泛使用，它基于通用的UART／SCI接口，使用單線(xiàn)信號傳輸，從節點(diǎn)無(wú)需晶振或陶瓷振蕩器就能實(shí)現自同步，因此成本低廉。LIN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )采用單主多從模式，圖1所示是UN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的結構示意圖，它由一個(gè)主節點(diǎn)和一個(gè)或若干個(gè)從節點(diǎn)組成，不需要總線(xiàn)仲裁。LIN總線(xiàn)協(xié)議基于ISO參考模型中的物理層，數據鏈路層采用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(xiàn)一般采用單總線(xiàn)(12 V)串行通訊，總線(xiàn)長(cháng)度最大可達到40 m，傳輸速率最高可達到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)行數據傳輸。由于從節點(diǎn)的個(gè)數除了受標識符數量的限制中，也受到總線(xiàn)的物理特性限制，節點(diǎn)過(guò)多必然減少網(wǎng)絡(luò )阻抗，從而導致通訊條件變差，所以協(xié)議規定：一個(gè)LIN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上的節點(diǎn)數目不能超過(guò)16個(gè)。
1．2 數據鏈路層
LIN總線(xiàn)協(xié)議的一個(gè)報文幀由報文頭和響應組成，圖2所示是LIN總線(xiàn)協(xié)議的報文幀結構。一般情況下，報文頭都是由主節點(diǎn)發(fā)送，而響應則是由一個(gè)主節點(diǎn)或者一個(gè)從節點(diǎn)發(fā)送。LIN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中的數據通訊都是由主節點(diǎn)發(fā)送一個(gè)報文頭來(lái)初始化的。報文頭包含一個(gè)空白場(chǎng)、一個(gè)同步場(chǎng)和一個(gè)標識符場(chǎng)，而響應則包括1到9個(gè)字節場(chǎng)(0～8個(gè)數據場(chǎng)和一個(gè)校驗和場(chǎng))。其中，字節場(chǎng)由字節間的間隔分開(kāi)，報文頭和響應則由幀內響應間隔分開(kāi)，它們的最小長(cháng)度皆為0。

報文頭中的空白場(chǎng)可使節點(diǎn)能夠識別一個(gè)報文的開(kāi)始?？瞻讏?chǎng)為13位或者持續更長(cháng)時(shí)間的顯性電平(‘0’)加上持續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)字節長(cháng)度(ox55)，可用來(lái)使相關(guān)從節點(diǎn)進(jìn)行主從節點(diǎn)的時(shí)鐘同步。
標識符場(chǎng)格式如圖3所示，定義報文的信息，長(cháng)度為一個(gè)字節，其中前6位為標識符位，可定義26=64個(gè)標識符(其中保留4個(gè)標識符作為命令和擴展幀標識符)，后2位為奇偶校驗位。

標識符用于定義數據的傳輸方向和響應中數據場(chǎng)的長(cháng)度，并從節點(diǎn)根據標識符判斷報文是否與自己相關(guān)，從而對報文做出反應，進(jìn)行通訊。當主節點(diǎn)發(fā)送的報文頭被相關(guān)從節點(diǎn)接受并對標識符判斷之后，從節點(diǎn)被要求進(jìn)行數據發(fā)送，而主節點(diǎn)要接收從節點(diǎn)發(fā)送的數據，則需要將此標識符定義為接收標識符，對于從節點(diǎn)來(lái)說(shuō)，則需定義為發(fā)送標識符，反之亦然。
響應中數據場(chǎng)的長(cháng)度由標識符位中的第4位和第5位(ID5和ID4)決定，它們將所有的標識符分成四組。每組有16個(gè)標識符，這些標識符代表著(zhù)2、4和8個(gè)數據場(chǎng)。數據場(chǎng)的傳輸由低位到高位，包含了各個(gè)節點(diǎn)需要傳輸的數據。校驗和場(chǎng)是數據場(chǎng)所有字節的和的反碼，當節點(diǎn)收到數據并進(jìn)行校驗時(shí)，要求所有數據字節和與校驗和場(chǎng)的字節相加必須是0xFF。