基于XC886單片機(jī)的門控系統(tǒng)LIN總線通信模塊設(shè)計

0 引言
隨著汽車業(yè)的飛速發(fā)展，汽車電控系統(tǒng)的配置不斷升級，使得車輛上的電子元件越來越多，其相互連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜。過去所采用的電纜連接方式所帶來的龐大布線負(fù)擔(dān)，容易造成車體過重和線路的磨損老化。在這種情況下，就需要引入標(biāo)準(zhǔn)的總線技術(shù)，從而降低車身重量，同時提高各個電控元件之間的通信可靠性。上世紀(jì)80年代，根據(jù)車用通信網(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。其中A類為低速網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸速率通常為1～10kb／s，LIN總線通信網(wǎng)絡(luò)就屬于此類。LIN總線一般應(yīng)用于不需要高性能及帶寬和復(fù)雜性較大的低端系統(tǒng)，如車門控制模塊、座椅調(diào)節(jié)、車燈控制和空調(diào)系統(tǒng)中傳感器和執(zhí)行器之間的通信。由于其LIN總線成本較低，也可以獨(dú)立用于不是特別復(fù)雜的車身控制網(wǎng)絡(luò)中。

1 LIN總線協(xié)議簡介
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，它由一個主節(jié)點(diǎn)和一個或若干個從節(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這三個波特率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。由于從節(jié)點(diǎn)的個數(shù)除了受標(biāo)識符數(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LIN總線網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)目不能超過16個。
1．2 數(shù)據(jù)鏈路層
LIN總線協(xié)議的一個報文幀由報文頭和響應(yīng)組成，圖2所示是LIN總線協(xié)議的報文幀結(jié)構(gòu)。一般情況下，報文頭都是由主節(jié)點(diǎn)發(fā)送，而響應(yīng)則是由一個主節(jié)點(diǎn)或者一個從節(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)送一個報文頭來初始化的。報文頭包含一個空白場、一個同步場和一個標(biāo)識符場，而響應(yīng)則包括1到9個字節(jié)場(0～8個數(shù)據(jù)場和一個校驗和場)。其中，字節(jié)場由字節(jié)間的間隔分開，報文頭和響應(yīng)則由幀內(nèi)響應(yīng)間隔分開，它們的最小長度皆為0。

報文頭中的空白場可使節(jié)點(diǎn)能夠識別一個報文的開始?？瞻讏鰹?3位或者持續(xù)更長時間的顯性電平(‘0’)加上持續(xù)1個位時間以上的隱性電平(‘1’)組成。同步場則為一個字節(jié)長度(ox55)，可用來使相關(guān)從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行主從節(jié)點(diǎn)的時鐘同步。
標(biāo)識符場格式如圖3所示，定義報文的信息，長度為一個字節(jié)，其中前6位為標(biāo)識符位，可定義26=64個標(biāo)識符(其中保留4個標(biāo)識符作為命令和擴(kuò)展幀標(biāo)識符)，后2位為奇偶校驗位。

標(biāo)識符用于定義數(shù)據(jù)的傳輸方向和響應(yīng)中數(shù)據(jù)場的長度，并從節(jié)點(diǎn)根據(jù)標(biāo)識符判斷報文是否與自己相關(guān)，從而對報文做出反應(yīng)，進(jìn)行通訊。當(dāng)主節(jié)點(diǎn)發(fā)送的報文頭被相關(guān)從節(jié)點(diǎn)接受并對標(biāo)識符判斷之后，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)識符定義為接收標(biāo)識符，對于從節(jié)點(diǎn)來說，則需定義為發(fā)送標(biāo)識符，反之亦然。
響應(yīng)中數(shù)據(jù)場的長度由標(biāo)識符位中的第4位和第5位(ID5和ID4)決定，它們將所有的標(biāo)識符分成四組。每組有16個標(biāo)識符，這些標(biāo)識符代表著2、4和8個數(shù)據(jù)場。數(shù)據(jù)場的傳輸由低位到高位，包含了各個節(jié)點(diǎn)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。校驗和場是數(shù)據(jù)場所有字節(jié)的和的反碼，當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)并進(jìn)行校驗時，要求所有數(shù)據(jù)字節(jié)和與校驗和場的字節(jié)相加必須是0xFF。