LIN協(xié)議驅(qū)動(dòng)器的關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)計(jì)原理

引言：

LIN總線做為CAN總線的有效補(bǔ)充，在低端車身電子領(lǐng)域替代CAN總線，既能滿足功能要求，又能節(jié)約成本，在對成本更加敏感的國產(chǎn)車上得到大規(guī)模應(yīng)用。不同于CAN總線有專門的協(xié)議驅(qū)動(dòng)器，用戶不用管理底層的通信而直接進(jìn)行應(yīng)用程序的編寫¹，LIN總線沒有專門的協(xié)議驅(qū)動(dòng)器，一般需要在SCI模塊的基礎(chǔ)上用軟件實(shí)現(xiàn)其底層通信，筆者為某國產(chǎn)車設(shè)計(jì)了一款LIN主節(jié)點(diǎn)產(chǎn)品，結(jié)合LIN 2.0規(guī)范，首先介紹下LIN協(xié)議驅(qū)動(dòng)器的功能，然后從數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層兩個(gè)方面介紹協(xié)議驅(qū)動(dòng)器的關(guān)鍵設(shè)計(jì)技術(shù)。

1 驅(qū)動(dòng)器功能：

LIN規(guī)范定義了數(shù)據(jù)格式、報(bào)文格式以及基于時(shí)間片的調(diào)度通信機(jī)制，做為LIN主節(jié)點(diǎn)，需要實(shí)現(xiàn)的功能包括：

1、報(bào)文的封裝和發(fā)送、接收和解析，根據(jù)報(bào)文格式填充/提取ID和數(shù)據(jù)；

2、通信管理，以調(diào)度表的方式控制時(shí)間片的輪轉(zhuǎn)和相應(yīng)幀的發(fā)送；

3、網(wǎng)絡(luò)管理，休眠和喚醒；

LIN總線采取8N1的SCI數(shù)據(jù)格式，協(xié)議驅(qū)動(dòng)器在SCI的基礎(chǔ)上以軟件的形式實(shí)現(xiàn)。軟件就是“數(shù)據(jù)+操作”²，做為一個(gè)可復(fù)用、移植性強(qiáng)的軟件模塊，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和API函數(shù)的設(shè)計(jì)是軟件模塊設(shè)計(jì)的兩個(gè)重要組成部分，下面從數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層兩個(gè)方面介紹下協(xié)議驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和API函數(shù)設(shè)計(jì)。

2 數(shù)據(jù)鏈路層：

數(shù)據(jù)鏈路層主要實(shí)現(xiàn)LIN報(bào)文的發(fā)送及接收，報(bào)文格式如圖1所示：

圖1 LIN報(bào)文格式

LIN報(bào)文由報(bào)文頭+響應(yīng)組成，報(bào)文頭包括同步間隔、同步字段和標(biāo)識(shí)符三個(gè)部分，其中同步間隔為10bit 0，同步場為0x55，標(biāo)識(shí)符唯一標(biāo)識(shí)該報(bào)文；響應(yīng)包括數(shù)據(jù)和校驗(yàn)和兩個(gè)部分，報(bào)文數(shù)據(jù)長度由應(yīng)用層設(shè)計(jì)指定，也可以認(rèn)為由標(biāo)識(shí)符唯一指定，校驗(yàn)和包括經(jīng)典校驗(yàn)和和增強(qiáng)型校驗(yàn)和兩種方式，均采用帶進(jìn)位加法進(jìn)行計(jì)算，不同之處在于經(jīng)典校驗(yàn)和只對數(shù)據(jù)做校驗(yàn)，而增強(qiáng)型校驗(yàn)和的校驗(yàn)數(shù)據(jù)中含有標(biāo)識(shí)符，診斷報(bào)文采用經(jīng)典校驗(yàn)和，其它報(bào)文采用增強(qiáng)型校驗(yàn)和。

由于LIN物理層為單線通信，且采取一種多從的時(shí)間片輪轉(zhuǎn)方式，不存在CAN總線的競爭總線問題³，所以LIN節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)可以回讀到同樣的數(shù)據(jù)，其報(bào)文的發(fā)送和接收可以統(tǒng)一在SCI的接收中斷中，以狀態(tài)機(jī)的形式實(shí)現(xiàn)⁴，狀態(tài)對應(yīng)報(bào)文的各個(gè)組成部分，狀態(tài)機(jī)跳轉(zhuǎn)條件便是數(shù)據(jù)接收中斷。根據(jù)LIN報(bào)文結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)如下形式的結(jié)構(gòu)體，

typedef struct

{

uchar pid;

uchar datalen;

uchar data[8];

uchar checksum;

l_bool done;

l_state state;

l_bool error;

}l_frame;

其中pid為標(biāo)識(shí)符，data為報(bào)文數(shù)據(jù)，datalen為數(shù)據(jù)長度，checksum為校驗(yàn)和，state為狀態(tài)機(jī)狀態(tài)，其類型定義如下：

typedef enum

{

l_IDLE,

l_BREAK,

l_SYNC,

l_PID,

l_DATA,

l_CHECKSUM

}l_state;

狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)在SCI接收中斷處理函數(shù)中實(shí)現(xiàn)，部分實(shí)現(xiàn)如下：

void l_ifc_rx_BcmIfc(void)

{

uchar ch,tmp,i;

ch=Lin_periph[SCIDRL];

switch(Cur_frame.state){

case l_IDLE:

if(0x00==ch){

Cur_frame.state=l_BREAK;

l_SendChar(0x55);

}else{

Cur_frame.state=l_IDLE;

}

break;

case l_BREAK:

if(0x55==ch){

Cur_frame.state=l_SYNC;

l_SendChar(Cur_sch_item->pid);

}else{

Cur_frame.state=l_IDLE;

}

break;

case l_SYNC:

if(Cur_sch_item->pid!=ch){

Cur_frame.state=l_IDLE;

}else{

Cur_frame.state=l_PID;

Cur_frame.pid=Cur_sch_item->pid;

Cur_frame.datalen=Cur_sch_item->datalen;

if(l_SEND==Cur_sch_item->mode){

tmp=Cur_sch_item->data[0];

l_SendChar(tmp);

Cur_frame.data[0]=tmp;

Cur_frame.datalen--;

}

}

break;

case l_PID:

Cur_frame.state=l_DATA;

if(l_SEND==Cur_sch_item->mode){

if(Cur_frame.datalen==0){

Cur_frame.check=l_CalcChksum();

l_SendChar(Cur_frame.checksum);

Cur_frame.done=1;

}else{

tmp=Cur_sch_item->data[Cur_sch_item->datalen-Cur_frame.datalen];

l_SendChar(tmp);

Cur_frame.data[Cur_sch_item->datalen-Cur_frame.datalen]=tmp;

Cur_frame.datalen--;

}

}else{

Cur_frame.data[0]=ch;

Cur_frame.datalen--;

}

break;

case l_DATA:

...

break;

case l_CHECKSUM:

default:

break;

}

}

在聲明變量和函數(shù)時(shí)，均以“l(fā)_”開頭，這樣可以避免跟其他模塊在變量和函數(shù)命名空間上的沖突，從而增強(qiáng)了可移植性。