LIN總線(xiàn)協(xié)議的應用

　　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。

　　2 車(chē)門(mén)控制中LIN通信系統的設計

　　本設計方案主要采用英飛凌XC886單片機作為主節點(diǎn)控制器，以英飛凌的TLE7259芯片作為L(cháng)IN驅動(dòng)模塊，這樣可使主節點(diǎn)車(chē)門(mén)控制器可以通過(guò)LIN 總線(xiàn)與3個(gè)從節點(diǎn)車(chē)門(mén)控制器(TLE7810)進(jìn)行通信。作為主節點(diǎn)，在此門(mén)控系統中，可以通過(guò)司機側按鈕開(kāi)關(guān)對所有車(chē)窗進(jìn)行升降，并可進(jìn)行后視鏡的調節和中央門(mén)鎖的控制。圖4所示是車(chē)門(mén)控制系統的結構框圖。

　　2.1 XC886與UN驅動(dòng)模塊的接口設計

　　英飛凌公司的XC886單片機是基于8051工業(yè)標準架構的高性能8位微控制器，其內部集成有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16位計時(shí)器的捕捉/比較單元(CCU)，可靈活產(chǎn)生PWM信號。此外，還集成有高精度8路10位ADC、四個(gè)通用16位計時(shí)器和可編程16位看門(mén)狗計時(shí)器(WDT)，并支持片內調試。XC886包含多種省功耗模式，非常適用于各種汽車(chē)車(chē)身控制網(wǎng)絡(luò )以及工業(yè)和農業(yè)設備控制、建筑物照明控制、智能傳感器和工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域。

　　系統中的LIN驅動(dòng)模塊選用英飛凌公司的TLE7259芯片，它具有總線(xiàn)接地短路保護功能，適用于傳輸速率為2.4 kb/s～20 kb/s的車(chē)載系統通信網(wǎng)絡(luò )。同時(shí)，該器件還具有極強的防靜電放電(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制，還可實(shí)現在寬頻帶范圍內優(yōu)越的EMC性能。在XC886作為L(cháng)IN總線(xiàn)主節點(diǎn)控制器的設計方案中，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配置成主節點(diǎn)驅動(dòng)模塊。圖5所示是系統LIN驅動(dòng)模塊的接口電路。