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LIN網絡的發展及其技術特點

2009年03月16日 17:42:49人氣:1621來源:煙臺勾股通信技術有限公司

    LIN是一種低成本的單線串列通訊介面。它基於通用的UART/SCI介面,可以20kbps的串列傳輸速率保證數據的可靠傳輸。LIN總線一般應用於集成裝置,比如門、方向盤、座椅、溫度控制和發動機冷卻風扇等。在這些裝置中,LIN網絡對成本敏感的特性使其采用了一系列*的機械電子裝置,如智能傳感器/執行器。此外,通過用數字編碼代替模擬編碼,機械電子裝置可以輕松連接到車輛網絡系統,并易於進行各種診斷和維修,包括系統的重新編程和更新。 
  LIN協議的另一個主要特徵是從節點中可以自動完成同步而無需晶振或陶瓷振蕩器。這一特性和基於SCI的通訊的簡便性是任何LIN實施提供經濟性的主要因素。
  1、操作基礎
  LIN的操作概念基於一主多從的拓撲結構。在這種情況下,LIN集群(LIN 2.0版中LIN網絡的同義詞)包含一個主節點和幾個(多達15個)從節點。



圖1∶ 操作概念
  如圖1所示,LIN節點實際上可以分成兩個獨立的部分∶主任務(Master task),負責決定何時傳輸哪個幀;從任務(Slave task),提供將通過LIN總線傳輸的數據,并允許通過節點從低功耗模式中喚醒LIN集群。
  典型的主節點包含主任務和從任務,而從節點只包含從任務。
  2、幀的組成
  通過LIN總線傳輸的數據單位稱為幀。每幀包含兩個主要部分∶主任務提供的報頭,從任務處理的響應。



圖2∶LIN幀的組成
  報頭包含以下幾個部分∶
  (1)中斷(Break)——至少13位長的LIN總線的主導狀態,由主任務產生,包含每個LIN幀。
  (2)同步欄位(Synchronisation field)——數據值在0x55的位欄位,使從任務能與主時鐘同步。
  (3)受保護的識別符(PID)——*地定義消息內容但不定義接收方的位址。PID以一個6位長的識別符開始,後面跟有兩個奇偶校驗位。
  LIN幀的響應部分是節點的從任務提供的,可分為以下兩部分∶
  (4)數據欄位——傳輸1到8個字節的數據。
  (5)檢驗和欄位——包含反向轉化的8個字節總和,包括後續(Carry Over)數據字節。LIN幀的結構見圖3。



圖3∶LIN幀結構
  在LIN幀的響應部分傳輸的數據內容有三種類型∶
  (1)信號——響應的數據欄位中包含的梯狀值或字節陣列。在這種情況下,幀的ID必須在0x00和0x3B之間。注意,數據段中信號的位置對帶有相同PID的幀來說是固定的。
  (2)診斷資訊——用來傳輸診斷或配置數據。這些信息總是8位元長,并帶有預留的ID號。0x3C ID用於主請求,而0x3D用於從響應。
  (3)保留資訊——可用於用戶定義的擴展名 (這種情況下ID等於0x3E)或預留用於未來的協議改進(ID設為0x3F)。
  主任務對報頭的傳輸基於集群的時間表。時間表規定了傳送幀的順序,以及當前和下一個幀之間的間隔。由於時間表的數量從理論上講沒有限制,所以可以定義幾個不同的時間表來滿足集群運行的不同需求。時間表概念是一個機制,有助於確保網絡不會過載,并確保有保證的數據傳輸。
LIN驅動器實施
    根據目標MCU提供的功能,可以采用幾種LIN驅動器實施策略。
    對於沒有UART模塊的MCU,需要位元響應(Bit-Bang)解決方案,使用一個定時器和兩個通用IO引腳將UART功能構建到軟件中。主要優勢是沒有UART的MCU一般是*的處理器。另一方面,這樣的CPU使用非常精密,需要為每個字節都發送中斷請求。zui後,這種解決方案與基於UART的解決方案相比一般需要更多內存,比如,在飛思卡爾68HC908QY器件中就可以找到這類LIN驅動器。
    帶有標準的UART(SCI)模塊的MCU一般意味著驅動器的軟件安裝更加簡單,但另一方面,UART模塊會增加zui終解決方案的MCU成本。與需要位元響應(Bit-Bang)解決方案相比,這種解決方案的優勢在於CPU的負荷更低,因為基於LIN通訊的中斷只對接收到的每個字節進行。
    LIN優化UART模塊的MCU是減少驅動器軟件部分而增加功能/特性的下一個步驟。飛思卡爾68HC908EY或68HC908GR設備中采用的增強型SCI模塊提供串列傳輸速率調節和仲裁模塊選項,無需額外的定時器就能測量輸入信號(對LIN同步消息有用)。另一方面,這種方法可能會增加zui終設計的成本。
    zui後一點,也是很重要的一點,理想的解決方案應使用LIN的UART模塊。飛思卡爾MCU(如68HC908QL設備)的SLIC(LIN從介面控制器)模塊就是一個范例。與標準的UART解決方案相比,這種解決方案的成本和復雜性更高,并且要求實施SLIC優化的驅動器。另一方面,SLIC提供如下功能∶自動同步、自動串列傳輸速率調整、與上述任何解決方案相比中斷數大大減少、自動校驗和的生成與驗證。因此,它允許將MCU於用戶應用。
    此外,還有一種非常有趣的解決方案是將所有與LIN有關的計算轉移到支持LIN的協處理器模塊上。飛思卡爾的MC9S12X系列采用了這種方案。這些產品配備有*獨立於核心的X-gate RISC協處理器,可將整個LIN通訊負載從CPU核心中釋放,從而保證CPU在所有時間內都可用於用戶應用。
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