基于UART以狀態(tài)機的形式實(shí)現LIN通信

該車(chē)身控制系統包括車(chē)燈模塊、車(chē)門(mén)模塊、車(chē)內模塊、控制面板模塊和儀表盤(pán)模塊，分別完成對相應負載的控制和監測，同時(shí)通過(guò)CAN總線(xiàn)完成數據交換。其中車(chē)燈模塊和車(chē)門(mén)模塊基于CAN/LIN總線(xiàn)以分布式的形式實(shí)現。本文重點(diǎn)論述的是LIN協(xié)議的實(shí)現。

LIN協(xié)議分析和狀態(tài)機的設計

有限狀態(tài)機是由一組狀態(tài)、一個(gè)起始狀態(tài)、輸入以及將輸入與當前狀態(tài)轉換為下一個(gè)狀態(tài)的轉換函數所組成，它是一個(gè)特殊的有向圖，包括一些狀態(tài)節點(diǎn)和連接這些狀態(tài)的有向弧。對特定的狀態(tài)機而言，首先要建立一些有效的狀態(tài)，然后設計相應的算法完成狀態(tài)的轉換。

一個(gè)完整的LIN幀由間隔場(chǎng)、同步場(chǎng)、PID、數據場(chǎng)以及校驗和場(chǎng)組成，LIN協(xié)議驅動(dòng)器要實(shí)現的便是依序完成間隔場(chǎng)和同步場(chǎng)的檢測、ID的發(fā)送和接收、數據場(chǎng)字節的發(fā)送和接收，最后完成校驗。狀態(tài)機形式與LIN協(xié)議數據鏈路層規范的定義相吻合，可以通過(guò)建立相應的狀態(tài)來(lái)描述相應的場(chǎng)從而描述整個(gè) LIN幀，且可以通過(guò)監控當前狀態(tài)，按照當前接收到的字節切換其狀態(tài)，從而以狀態(tài)轉換的方式依序完成各個(gè)場(chǎng)的發(fā)送和接收。設計以下幾個(gè)狀態(tài)：IDLE、BREAK、SYNBYTE、IDENTIFY、TRANCEIVE和 CHECKS UM，設置標志位state反映LINdriver的狀態(tài)，idle，pendin g，succe ss，當處于LIN正確通訊的中間狀態(tài)時(shí)，state=pending，當LIN通訊失敗，state=idle，當完成一次完整的LIN通訊，state=success。

狀態(tài)的監控和轉換是在UART接收中斷服務(wù)程序中實(shí)現的。因為L(cháng)IN總線(xiàn)采用單根線(xiàn)通信，UART外接LIN物理層收發(fā)器，所以當UART發(fā)送的總線(xiàn)數據和接收到的總線(xiàn)數據一樣時(shí)，UART接收到的數據便是UART發(fā)送的數據，在接收中斷服務(wù)程序中完成狀態(tài)轉換算法，如圖2。通過(guò)判斷當前狀態(tài)和接收到的數據切換LINdriver的狀態(tài)，同時(shí)更新標志位。

圖2 LIN協(xié)議狀態(tài)機

軟件設計

軟件設計流程如圖3所示。首先進(jìn)行初始化，主要包括UART模塊的初始化和I/O腳初始化，設置波特率，使能接收中斷，設置LIN物理層收發(fā)器相應I/O腳方向及電平，然后在UART接收中斷服務(wù)程序中以狀態(tài)機的形式完成LIN通訊。下面結合LIN幀結構和LINdriver的狀態(tài)轉換對該狀態(tài)機算法進(jìn)行闡述。

圖3 軟件流程圖

LIN幀以間隔場(chǎng)起始的，LIN- driver的起始狀態(tài)為IDLE，此時(shí)state=idle。間隔場(chǎng)是一個(gè)13位0的場(chǎng)，引起接收中斷同時(shí)置位UART模塊的frameerror位，在UART接收中斷服務(wù)程序中，判斷接收到的數據為0x00且frameerror標志位為1時(shí)，便認為接收到了間隔場(chǎng)，這時(shí)LINdriver從IDLE切換到BREAK，state=pending。

同步場(chǎng)是一個(gè)0x55的字節，當前狀態(tài)為BREAK時(shí)，如果接收到的數據為0x55，LINdriver切換為SYNBYTE，state=pending保持不變，否則切換為IDLE，state=idle；

PID是帶奇偶校驗的ID，它以低6 位 ID0-ID5表示ID，高兩位P0、P1是對 該ID的奇偶校驗，當前狀態(tài)為SY NBYTE時(shí)，收到的數據便為PID。首先按照奇偶校驗算法對PID進(jìn)行校驗，校驗通過(guò)再按照應用層協(xié)議對該PID進(jìn)行過(guò)濾，過(guò)濾成功則LINdriver切換為T(mén)RANCEIVE，校驗失敗或者過(guò)濾失敗則LINdriver返回IDLE，state=idle；

當前狀態(tài)為T(mén)RANCEIVE時(shí)，接收到的數據便是數據場(chǎng)中字節，當數據接收完畢，LINdriver切換為CHECKSUM。當前狀態(tài)為CHECKSUM時(shí)，接收到的數據便為校驗和場(chǎng)，校驗成功，便置state=success，表示成功地完成了一次LIN通訊，這時(shí)數據場(chǎng)中的數據是有效的，可以用于應用程序；校驗失敗表示LIN通訊失敗，數據場(chǎng)中數據無(wú)效。

結語(yǔ)

本文針對普通單片機，借助于其片上UART，以狀態(tài)機的形式實(shí)現了LIN協(xié)議驅動(dòng)，降低了LIN的實(shí)現成本，運行可靠穩定，符合LIN總線(xiàn)以低成本作為CAN總線(xiàn)有效補充的初衷。