LIN總線協議的應用

　　1 LIN總線協議簡介

　　LIN協議標準于1998年由Audi、BMW、Mo-torola、Daimlerehrysler、VCT、Volvo和Volkswa-gen等七家公司在A類網已有協議的基礎上聯合提出。LIN總線在當今汽車電子的網絡結構中被廣泛使用，它基于通用的UART/SCI接口，使用單線信號傳輸，從節點無需晶振或陶瓷振蕩器就能實現自同步，因此成本低廉。LIN總線網絡采用單主多從模式，圖1所示是UN總線網絡的結構示意圖，它由一個主節點和一個或若干個從節點組成，不需要總線仲裁。LIN總線協議基于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總線一般采用單總線(12 V)串行通訊，總線長度最大可達到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這三個波特率進行數據傳輸。由于從節點的個數除了受標識符數量的限制中，也受到總線的物理特性限制，節點過多必然減少網絡阻抗，從而導致通訊條件變差，所以協議規定：一個LIN總線網絡上的節點數目不能超過16個。

　　1.2 數據鏈路層

　　LIN總線協議的一個報文幀由報文頭和響應組成，圖2所示是LIN總線協議的報文幀結構。一般情況下，報文頭都是由主節點發送，而響應則是由一個主節點或者一個從節點發送。LIN總線網絡中的數據通訊都是由主節點發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識符場，而響應則包括1 到9個字節場(0～8個數據場和一個校驗和場)。其中，字節場由字節間的間隔分開，報文頭和響應則由幀內響應間隔分開，它們的最小長度皆為0。

　　報文頭中的空白場可使節點能夠識別一個報文的開始。空白場為13位或者持續更長時間的顯性電平(‘0’)加上持續1個位時間以上的隱性電平(‘1’)組成。同步場則為一個字節長度(ox55)，可用來使相關從節點進行主從節點的時鐘同步。

　　標識符場格式如圖3所示，定義報文的信息，長度為一個字節，其中前6位為標識符位，可定義26=64個標識符(其中保留4個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的長度，并從節點根據標識符判斷報文是否與自己相關，從而對報文做出反應，進行通訊。當主節點發送的報文頭被相關從節點接受并對標識符判斷之后，從節點被要求進行數據發送，而主節點要接收從節點發送的數據，則需要將此標識符定義為接收標識符，對于從節點來說，則需定義為發送標識符，反之亦然。

　　響應中數據場的長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個標識符，這些標識符代表著2、4和8 個數據場。數據場的傳輸由低位到高位，包含了各個節點需要傳輸的數據。校驗和場是數據場所有字節的和的反碼，當節點收到數據并進行校驗時，要求所有數據字節和與校驗和場的字節相加必須是0xFF。

　　2 車門控制中LIN通信系統的設計

　　本設計方案主要采用英飛凌XC886單片機作為主節點控制器，以英飛凌的TLE7259芯片作為LIN驅動模塊，這樣可使主節點車門控制器可以通過LIN 總線與3個從節點車門控制器(TLE7810)進行通信。作為主節點，在此門控系統中，可以通過司機側按鈕開關對所有車窗進行升降，并可進行后視鏡的調節和中央門鎖的控制。圖4所示是車門控制系統的結構框圖。

　　2.1 XC886與UN驅動模塊的接口設計

　　英飛凌公司的XC886單片機是基于8051工業標準架構的高性能8位微控制器，其內部集成有CAN控制器并支持UN通信，同時包含兩個UART(其中一個用于支持LIN)和兩個單獨16位計時器的捕捉/比較單元(CCU)，可靈活產生PWM信號。此外，還集成有高精度8路10位ADC、四個通用16位計時器和可編程16位看門狗計時器(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車身控制網絡以及工業和農業設備控制、建筑物照明控制、智能傳感器和工業自動化等領域。

　　系統中的LIN驅動模塊選用英飛凌公司的TLE7259芯片，它具有總線接地短路保護功能，適用于傳輸速率為2.4 kb/s～20 kb/s的車載系統通信網絡。同時，該器件還具有極強的防靜電放電(ESD)特性和優越的抗電磁干擾(EMI)能力。其基于固定斜率的斜率控制機制，還可實現在寬頻帶范圍內優越的EMC性能。在XC886作為LIN總線主節點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1kΩ的電阻和一個反向二極管，并將TLE7259配置成主節點驅動模塊。圖5所示是系統LIN驅動模塊的接口電路。