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基于UART以狀態(tài)機(jī)的形式實(shí)現(xiàn)LIN通信

作者: 時(shí)間:2014-03-14 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
隨著汽車智能化程度的提高和迅速升級(jí)換代的需要,汽車電子網(wǎng)絡(luò)正在由集中式控制向分布式控制發(fā)展。LIN總線作為CAN總線的有效補(bǔ)充,以低速率和低成本的實(shí)現(xiàn)有效解決了分布式控制帶來(lái)的成本增加問題。車身分布式控制系統(tǒng)中,采用CAN總線和LIN總線連接各個(gè)控制單元,完成單元之間的數(shù)據(jù)交換,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 車身控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

該車身控制系統(tǒng)包括車燈模塊、車門模塊、車內(nèi)模塊、控制面板模塊和儀表盤模塊,分別完成對(duì)相應(yīng)負(fù)載的控制和監(jiān)測(cè),同時(shí)通過CAN總線完成數(shù)據(jù)交換。其中車燈模塊和車門模塊基于CAN/LIN總線以分布式的形式實(shí)現(xiàn)。本文重點(diǎn)論述的是LIN協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。

LIN協(xié)議分析和的設(shè)計(jì)

有限是由一組狀態(tài)、一個(gè)起始狀態(tài)、輸入以及將輸入與當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)換為下一個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換函數(shù)所組成,它是一個(gè)特殊的有向圖,包括一些狀態(tài)節(jié)點(diǎn)和連接這些狀態(tài)的有向弧。對(duì)特定的而言,首先要建立一些有效的狀態(tài),然后設(shè)計(jì)相應(yīng)的算法完成狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。

一個(gè)完整的LIN幀由間隔場(chǎng)、同步場(chǎng)、PID、數(shù)據(jù)場(chǎng)以及校驗(yàn)和場(chǎng)組成,LIN協(xié)議驅(qū)動(dòng)器要實(shí)現(xiàn)的便是依序完成間隔場(chǎng)和同步場(chǎng)的檢測(cè)、ID的發(fā)送和接收、數(shù)據(jù)場(chǎng)字節(jié)的發(fā)送和接收,最后完成校驗(yàn)。狀態(tài)機(jī)形式與LIN協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)范的定義相吻合,可以通過建立相應(yīng)的狀態(tài)來(lái)描述相應(yīng)的場(chǎng)從而描述整個(gè) LIN幀,且可以通過監(jiān)控當(dāng)前狀態(tài),按照當(dāng)前接收到的字節(jié)切換其狀態(tài),從而以狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方式依序完成各個(gè)場(chǎng)的發(fā)送和接收。設(shè)計(jì)以下幾個(gè)狀態(tài):IDLE、BREAK、SYNBYTE、IDENTIFY、TRANCEIVE和 CHECKS UM,設(shè)置標(biāo)志位state反映LINdriver的狀態(tài),idle,pendin g,succe ss,當(dāng)處于LIN正確通訊的中間狀態(tài)時(shí),state=pending,當(dāng)LIN通訊失敗,state=idle,當(dāng)完成一次完整的LIN通訊,state=success。

狀態(tài)的監(jiān)控和轉(zhuǎn)換是在接收中斷服務(wù)程序中實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)長(zhǎng)IN總線采用單根線通信,外接LIN物理層收發(fā)器,所以當(dāng)發(fā)送的總線數(shù)據(jù)和接收到的總線數(shù)據(jù)一樣時(shí),UART接收到的數(shù)據(jù)便是UART發(fā)送的數(shù)據(jù),在接收中斷服務(wù)程序中完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換算法,如圖2。通過判斷當(dāng)前狀態(tài)和接收到的數(shù)據(jù)切換LINdriver的狀態(tài),同時(shí)更新標(biāo)志位。


圖2 LIN協(xié)議狀態(tài)機(jī)

軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)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(shè)置波特率,使能接收中斷,設(shè)置LIN物理層收發(fā)器相應(yīng)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(jī)的形式完成LIN通訊。下面結(jié)合LIN幀結(jié)構(gòu)和LINdriver的狀態(tài)轉(zhuǎn)換對(duì)該狀態(tài)機(jī)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(shù)據(jù)為0x00且frameerror標(biāo)志位為1時(shí),便認(rèn)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(jié),當(dāng)前狀態(tài)為BREAK時(shí),如果接收到的數(shù)據(jù)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(yàn)的ID,它以低6 位 ID0-ID5表示ID,高兩位P0、P1是對(duì) 該ID的奇偶校驗(yàn),當(dāng)前狀態(tài)為SY NBYTE時(shí),收到的數(shù)據(jù)便為PID。首先按照奇偶校驗(yàn)算法對(duì)PID進(jìn)行校驗(yàn),校驗(yàn)通過再按照應(yīng)用層協(xié)議對(duì)該P(yáng)ID進(jìn)行過濾,過濾成功則LINdriver切換為TRANCEIVE,校驗(yàn)失敗或者過濾失敗則LINdriver返回IDLE,state=idle;

當(dāng)前狀態(tài)為TRANCEIVE時(shí),接收到的數(shù)據(jù)便是數(shù)據(jù)場(chǎng)中字節(jié),當(dāng)數(shù)據(jù)接收完畢,LINdriver切換為CHECKSUM。當(dāng)前狀態(tài)為CHECKSUM時(shí),接收到的數(shù)據(jù)便為校驗(yàn)和場(chǎng),校驗(yàn)成功,便置state=success,表示成功地完成了一次LIN通訊,這時(shí)數(shù)據(jù)場(chǎng)中的數(shù)據(jù)是有效的,可以用于應(yīng)用程序;校驗(yàn)失敗表示LIN通訊失敗,數(shù)據(jù)場(chǎng)中數(shù)據(jù)無(wú)效。

結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)普通單片機(jī),借助于其片上UART,以狀態(tài)機(jī)的形式實(shí)現(xiàn)了LIN協(xié)議驅(qū)動(dòng),降低了LIN的實(shí)現(xiàn)成本,運(yùn)行可靠穩(wěn)定,符合LIN總線以低成本作為CAN總線有效補(bǔ)充的初衷。

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