LIN总线协议介绍与汽车电子中的应用zz
上世纪80年代，根据车用通信网络在不同控制层面的不同功能要求，SAE (Societv ofAuto-mobile Engineering)将其分为A，B，C三类。其中A类为低速网，数据传输速率通常为1～10kb/s，LIN总线通信网络就属于此类。LIN总线一般应用于不需要高性能及带宽和复杂性较大的低端系统，如车门控制模块、座椅调节、车灯控制和空调系统中传感器和执行器之间的通信。由于其LIN总线成本较低，也可以独立用于不是特别复杂的车身控制网络中。LIN总线协议简介 LIN协议标准于1998年由Audi、BMW、Mo-torola、Daimlerehrysler、VCT、Volvo和Volkswa-gen等七家公司在A类网已有协议的基础上联合提出。LIN总线在当今汽车电子的网络结构中被广泛使用，它基于通用的UART/SCI接口，使用单线信号传输，从节点无需晶振或陶瓷振荡器就能实现自同步，因此成本低廉。LIN总线网络采用单主多从模式，图1所示是UN总线网络的结构示意图，它由一个主节点和一个或若干个从节点组成，不需要总线仲裁。LIN总线协议基于ISO参考模型中的物理层，数据链路层采用NRZ (Not Re-turn Zero)编码方式，电平分为隐性电平(‘1’)和显性电平(‘0’)。1 物理层 LIN总线一般采用单总线(12 V)串行通讯，总线长度最大可达到40 m，传输速率最高可达到20 Kb/s，通常使用2.4Kb/s、9.6 Kb/s和19.2 Kb/s这三个波特率进行数据传输。由于从节点的个数除了受标识符数量的限制中，也受到总线的物理特性限制，节点过多必然减少网络阻抗，从而导致通讯条件变差，所以协议规定：一个LIN总线网络上的节点数目不能超过16个。2 数据链路层 LIN总线协议的一个报文帧由报文头和响应组成，下图所示是LIN总线协议的报文帧结构。一般情况下，报文头都是由主节点发送，而响应则是由一个主节点或者一个从节点发送。LIN总线网络中的数据通讯都是由主节点发送一个报文头来初始化的。报文头包含一个空白场、一个同步场和一个标识符场，而响应则包括1 到9个字节场(0～8个数据场和一个校验和场)。其中，字节场由字节间的间隔分开，报文头和响应则由帧内响应间隔分开，它们的最小长度皆为0。报文头中的空白场可使节点能够识别一个报文的开始。空白场为13位或者持续更长时间的显性电平(‘0’)加上持续1个位时间以上的隐性电平(‘1’)组成。同步场则为一个字节长度(ox55)，可用来使相关从节点进行主从节点的时钟同步。标识符场格式如下图所示，定义报文的信息，长度为一个字节，其中前6位为标识符位，可定义26=64个标识符(其中保留4个标识符作为命令和扩展帧标识符)，后2位为奇偶校验位。标识符用于定义数据的传输方向和响应中数据场的长度，并从节点根据标识符判断报文是否与自己相关，从而对报文做出反应，进行通讯。当主节点发送的报文头被相关从节点接受并对标识符判断之后，从节点被要求进行数据发送，而主节点要接收从节点发送的数据，则需要将此标识符定义为接收标识符，对于从节点来说，则需定义为发送标识符，反之亦然。 响应中数据场的长度由标识符位中的第4位和第5位(ID5和ID4)决定，它们将所有的标识符分成四组。每组有16个标识符，这些标识符代表着2、4和8 个数据场。数据场的传输由低位到高位，包含了各个节点需要传输的数据。校验和场是数据场所有字节的和的反码，当节点收到数据并进行校验时，要求所有数据字节和与校验和场的字节相加必须是0xFF。下面通过实例来说明总线的应用，车门控制中LIN通信系统的设计。本设计方案主要采用英飞凌XC886单片机作为主节点控制器，以英飞凌的TLE7259芯片作为LIN驱动模块，这样可使主节点车门控制器可以通过LIN 总线与3个从节点车门控制器(TLE7810)进行通信。作为主节点，在此门控系统中，可以通过司机侧按钮开关对所有车窗进行升降，并可进行后视镜的调节和中央门锁的控制。下图所示是车门控制系统的结构框图。XC886与UN驱动模块的接口设计英飞凌公司的XC886单片机是基于8051工业标准架构的高性能8位微控制器，其内部集成有CAN控制器并支持UN通信，同时包含两个UART(其中一个用于支持LIN)和两个单独16位计时器的捕捉/比较单元(CCU)，可灵活产生PWM信号。此外，还集成有高精度8路10位ADC、四个通用16位计时器和可编程16位看门狗计时器(WDT)，并支持片内调试。XC886包含多种省功耗模式，非常适用于各种汽车车身控制网络以及工业和农业设备控制、建筑物照明控制、智能传感器和工业自动化等领域。系统中的LIN驱动模块选用英飞凌公司的TLE7259芯片，它具有总线接地短路保护功能，适用于传输速率为2.4 kb/s～20 kb/s的车载系统通信网络。同时，该器件还具有极强的防静电放电(ESD)特性和优越的抗电磁干扰(EMI)能力。其基于固定斜率的斜率控制机制，还可实现在宽频带范围内优越的EMC性能。在XC886作为LIN总线主节点控制器的设计方案中，必须在TLE7259芯片的LIN_BUS引脚与INH引脚之间连接一个1kΩ的电阻和一个反向二极管，并将TLE7259配置成主节点驱动模块。下图所示是系统LIN驱动模块的接口电路。
TLE7259芯片具有等待模式、正常模式和睡眠模式等三个工作模式。上电后。芯片立即进入等待模式，然后可通过EN引脚置1使之进入正常模式。在正常模式，XC886单片机可在TXD LIN管脚输入所需发送的数据流，并通过TLE725芯片转换成LIN总线信号，以控制转换速率和波形，从而降低电磁辐射(EME)。LIN总线的输出管脚(Bus)可通过一个内部终端电阻拉成高电平。TLE725芯片可在LIN总线的输入管脚检测数据流并通过管脚RXD_LIN发送到XC886单片机。在正常模式下，将EN引脚置0可使芯片进入睡眠模式，此时的静态电流不超过8 mA，用户也可以通过LIN总线或本地引脚(WK)进行唤醒，使之重新进入等待模式。
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