LIN總線(xiàn)節點(diǎn)的設計

自動(dòng)化與儀器儀表LIN總線(xiàn)節點(diǎn)的設計杭州浙江大學(xué)流體傳動(dòng)及控制國家重點(diǎn)實(shí)驗室(310027)宋開(kāi)臣陳舒摘要: 介紹了汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )系統A類(lèi)串行總線(xiàn)通信標準LIN協(xié)議2.0版本(最新版本),設計了總線(xiàn)節點(diǎn)的硬件和通信程序,規劃了電動(dòng)汽車(chē)車(chē)身網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)結構。關(guān)鍵詞: LIN總線(xiàn)通信節點(diǎn)隨著(zhù)汽車(chē)電子業(yè)的飛速發(fā)展，車(chē)輛上的電子裝置越任務(wù)模塊 (Master Task) 和若干個(gè)從機任務(wù)模塊(Slave來(lái)越多,電子裝置之間的通信技術(shù)也越來(lái)越先進(jìn)。傳統的Task)組成。主機節點(diǎn)中既有主機任務(wù)模塊又有從機任電器系統大多采用點(diǎn)對點(diǎn)的單一通信方式，相互之間少務(wù)模塊;其它節點(diǎn)中只有從機任務(wù)模塊。圖1是由一個(gè)有聯(lián)系,這樣必然造成布線(xiàn)系統龐大,因而現代車(chē)輛上的主機節點(diǎn)、兩個(gè)從機節點(diǎn)組成的LIN網(wǎng)絡(luò )。電子系統廣泛采用網(wǎng)絡(luò )技術(shù)來(lái)實(shí)現彼此之間的通信。1998年",汽車(chē)制造商奧迪公司、寶馬公司、戴姆勒克主節點(diǎn)從節點(diǎn)萊斯勒公司、沃爾沃汽車(chē)公司、大眾汽車(chē)公司、通信領(lǐng)域主機任務(wù)的專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)商火山通信技術(shù)公司以及半導體生產(chǎn)商摩托從機任務(wù)_「從機任務(wù)7從機任務(wù)羅拉公司共同創(chuàng )建了LIN( Local Interconneet Network)協(xié)會(huì ),其目的是為汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )系統提供一個(gè)開(kāi)放的A類(lèi)(數據傳LIN總線(xiàn)輸位速率通常小于10kb/sv 的低速車(chē)身網(wǎng)絡(luò ))串行總線(xiàn)圖1 LIN網(wǎng)絡(luò )結構圖通信標準，允許在此基礎上開(kāi)發(fā)汽車(chē)低端網(wǎng)絡(luò )系統,并在LIn網(wǎng)絡(luò )中,主機任務(wù)模塊決定什么時(shí)候在總線(xiàn)且不需要使用者支付使用費用或版稅。上傳輸什么報文幀,而從機任務(wù)模塊則提供每一幀需要1LIN協(xié)議的通訊機制傳送的數據。主機任務(wù)模塊和從機任務(wù)模塊都是幀處理1.1主機和從機從通訊協(xié)議的角度來(lái)看,一個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò )由一個(gè)主機層的組成部分。(接上頁(yè))器快速、平穩、準確,從而獲得滿(mǎn)意的控制效果。PID調節器的參數整定可以使用擴充臨界比例度法I51。計算E(h )= Voset- Vo(h)該設計將經(jīng)典PID控制理論融入激光二極管功率計算U(k)=K,E(k)控制中,采用數字調節方式,初始驅動(dòng)電流(LD輸出功率)可設置,最小電流可調量小,調節精度高,最大驅動(dòng).計算U(k)=KE(k)+P(k-1)電流可變。將該驅動(dòng)電路與溫度控制電路配合使用(LD的閾值電流和輸出功率受工作溫度的影響較大)，可使| 計算U,(k)=Ko[E(k)-E(h-1)]激光二極管輸出功率高度穩定且可調。參考文獻|計算U(k)=U,(k)+U/(k)+ Ur(k)1劉偉,萬(wàn)秋玉,遲立華.穩定化激光二極管電源.哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報, 2001 ;6(6):98將U(h)轉換成雙字節整數2孫番典.-種高精度可調節半導體激光管控制電路.大學(xué)物理實(shí)驗, 1996;9(2):18E(k-1)←-E(k)3賈宏志,李育林，張倍琨.半導體激光器驅動(dòng)電源的設計.應用激光, 1999(4):181回)4楊位欽,謝錫祺.自動(dòng)控制理論基礎.北京:北京理工大學(xué)出版社, 1991:230圖5位置型浮點(diǎn)PID運算程序流程圖5潘新民,王燕中國煤化工:設計.北京:人定,加快系統的動(dòng)作速度,減少超調時(shí)間,改善系統的動(dòng)民郵電出版社YHCNMH G態(tài)特性。若能將三種作用的強度配合適當,可以使控制(收稿日期:2004-08-20)《電子技術(shù)應用》2004年第12期.本刊郵箱:eta@ncse.com.cn41自動(dòng)化與儀器儀表1.2報文幀總線(xiàn);采用AT89C2051作為從機節點(diǎn)的MCU是因為暫一個(gè)報文幀由一個(gè)幀頭(由主機任務(wù)模塊提供)和時(shí)不對從機節點(diǎn)所實(shí)現的具體功能進(jìn)行設計,而只是著(zhù)一個(gè)響應幀(由從機任務(wù)模塊提供)組成。幀頭包括一個(gè)重于LIN網(wǎng)絡(luò )通訊部分的設計。要履行LIN規范的通訊同步間隔場(chǎng)(SYNCH BREAK FIELD)、 一個(gè)同步場(chǎng)時(shí)序，所有節點(diǎn)都必須配備-個(gè)精確的振蕩參考源,即(SYNCH FIELD)和一個(gè)標識符場(chǎng)。報文幀的用途由標識主 機節點(diǎn)( M306NBFCTFP )和從機節點(diǎn)(AT89C2051)上的符唯一定義,約定的從機任務(wù)根據標識符提供相關(guān)的響晶振。M306NBFCTFP片內有一個(gè)專(zhuān)用的波特率發(fā)生器用應幀并發(fā)送到總線(xiàn)上(如圖2、圖3所示),響應幀由2、于串口通訊，而AT89C2051則把定時(shí)器T1作為波特率4或8字節的數據場(chǎng)(DATA FIELD) 和一個(gè)校驗和場(chǎng).發(fā)生器。M306NBFCTFP將I/O口作為擴展區域。這兩種.(CHECKSUM FIELD)組成。 對這個(gè)標識符相聯(lián)的數據感微控制 器都具有增強型UART,可用于支持串行LIN傳興趣的從機任務(wù)將接收響應幀,校驗和檢驗通過(guò)后對數輸。 定時(shí)器T0可用于各種超時(shí)檢測。此外,由于LIN的據進(jìn)行處理。同步間隔超過(guò)普通UART所能處理的長(cháng)度,所以從機節點(diǎn)AT89C2051使用中斷來(lái)進(jìn)行同步間隔檢測。主機任務(wù)--幀頭幀頭圖4和圖5分別為主機節點(diǎn)和從機節點(diǎn)的電路原理圖從機任務(wù)|響應幀}.2.2LIN總線(xiàn)通訊軟件的設計LIN節點(diǎn)是通過(guò)應用程序中的主機任務(wù)和從機任務(wù)圖2LIN網(wǎng)絡(luò )的通訊過(guò)程來(lái)實(shí)現LIN網(wǎng)絡(luò )通訊的。主機節點(diǎn)包含主機任務(wù)和從機幀時(shí)段任務(wù),從機節點(diǎn)僅包含從機任務(wù)。主機任務(wù)流程圖如圖6所示,從機任務(wù)流程圖如圖7所示。LN主機任務(wù)包括以下內容:。幀頭響應作響應幀.定義波特率(2kbit/s到20kbit/s); .●發(fā)送間隔場(chǎng)和同步場(chǎng)信號序列;間隔場(chǎng)同步場(chǎng) 標識符數據1數據2數據N校驗和●發(fā)送標識符場(chǎng);圖3LIN網(wǎng)絡(luò )的幀結構.監控并檢查校驗和,驗證數據的有效性;這樣的通訊機制帶來(lái)了非常理想的效果:.請求從機進(jìn)入睡眠模式,需要時(shí)再將其喚醒;..系統靈活性:在LIN網(wǎng)絡(luò )中可以直接增加節點(diǎn)而不需.對從機的喚醒進(jìn)行響應。要對其它從機節點(diǎn)的硬件和軟件進(jìn)行修改;從機任務(wù)包括以下內容:. . 報文路由:報文的內容由標識符定義;●檢測間隔場(chǎng)信號;.廣播:多個(gè)節點(diǎn)可以同時(shí)接收一個(gè)單獨的報文.在同步區與網(wǎng)絡(luò )取得同步;幀,并對報文作出反應。2LIN總線(xiàn)試驗平臺的軟硬件設計Master2.1 MCU芯片MCU主機MCU選用了瑞薩(Renesas)公司的M16C/6N系總線(xiàn)物胞CAN!廠(chǎng)CANCAN| SCI/IN'LIN .l UART物理層接口總線(xiàn).列的M306NBFCTFP,其特點(diǎn)如下:. i------.--...........................128KROM,5KRAM圖4主機節點(diǎn)電路原理圖.三路串行口(兩路UART/時(shí)鐘同步口,-路時(shí)鐘同步口)Slave-路CAN模塊JIN↑LIN●豐富的I/O資源總線(xiàn)| | 物理層接口從機MCU選用Atmel公司的基于8051內核的微控.制器AT89C2051 ,其特點(diǎn)為:圖5從機節點(diǎn)電路原理圖.2K字節的Flash|按照進(jìn)度表.128x8位的內部RAM執行任務(wù)-入發(fā)送條件.兩個(gè)16位定時(shí)器/計數器不滿(mǎn)足.可編程的串行UART口采用M306NBFCTFP作為主機節點(diǎn)的MCU是因為它發(fā)送間中國煤化工送受保護具有CAN接口模塊,而且增強型UART可用于支持LINYHCNMH C標識符圖6主機任務(wù)流程圖42歡迎 網(wǎng)上投稿www .aetnet.cn www .aetnet.com.cn《電子技術(shù)應用》2004年第12期自動(dòng)化與儀器儀表.●+總線(xiàn)休眠中J同步間隔場(chǎng)檢測同步間隔場(chǎng)檢測出錯[頂篷天窗接收受保護總線(xiàn)喚醒.標識符無(wú)法識別或者雨刷后視鏡的標識符發(fā)送，接收條件不夠”標識符為標識符為發(fā)送數據傳感器接收數據讀回值不等于發(fā)送值| 空調電機方向盤(pán)多個(gè)數據發(fā)送數據發(fā)送最后一個(gè)數據J出錯處理[空調電機LIN發(fā)送校驗和讀回值等于發(fā)送值則空調控制控制面板幀出錯,則出錯處理成功，否則出錯處理日一CAN目車(chē)門(mén)控制|座椅控制|燈組控制多個(gè)數據.接收最后一個(gè)數據接收校驗和校驗和有效則保存數據并置工JINqo| LIN成功位,否則出錯處理司機門(mén)圖7從機任務(wù)流程圖[ 副司機門(mén)位置電機前車(chē)燈.解釋標識符,并作出相應動(dòng)作:左后門(mén)后車(chē)燈不需要任何通訊操作;右后門(mén)[ 開(kāi)關(guān)面板電機接收數據場(chǎng)數據;發(fā)送響應幀;行李箱.檢查/發(fā)送校驗和。3電動(dòng)汽車(chē)車(chē)身總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )結構圖9車(chē)身系統 LIN網(wǎng)絡(luò )規劃圖.根據LIN總線(xiàn)的物理層規定,LIN總線(xiàn)采用改進(jìn)的模塊、控制 面板模塊以及燈組模塊,這些模塊分別作為1IS09141單總線(xiàn)標準,總線(xiàn)驅動(dòng)為12V 電源。編碼方式為L(cháng)IN子網(wǎng)絡(luò )的主機節點(diǎn)。NRZ (Not Returm Zero), 電平分為隱性電平“1”和顯性電LIN總線(xiàn)的目標是為現有汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )提供一種低速平“0”兩種,其誤差要求如下:對于發(fā)出信息的節點(diǎn),發(fā)總線(xiàn)通訊標準，它能滿(mǎn)足CAN總線(xiàn)所不要求的帶寬和出的隱性電平不得低于電源電壓的80% ,顯性電平不得功能,使用LIN總線(xiàn)可大大節省成本。而在我國,對于汽.高于電源電壓的20%;對接收節點(diǎn)來(lái)說(shuō),接收到的隱性車(chē)總線(xiàn)的研究只是 處于初步階段。為了縮短同國外轎車(chē)電平不得低于電源電壓的60% ,顯性電平不得高于電源技術(shù)水平的差距,提高自身的競爭力,單純靠技術(shù)引進(jìn)電壓的40%?？紤]到信號衰弱等因素,LIN總線(xiàn)的長(cháng)度不利于我國汽車(chē)電子技術(shù)的長(cháng)期發(fā)展，研究和開(kāi)發(fā)我國最大不超過(guò)40米;同時(shí)一個(gè)LIN子網(wǎng)絡(luò )上的節點(diǎn)數目自己的汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )應用系統勢在必行。本文確立了MCU+小于16個(gè)。LIN接口芯片的LIN節點(diǎn)硬件結構,實(shí)現了主機/從機任根據電動(dòng)汽車(chē)A類(lèi)網(wǎng)絡(luò )各功能單元對通訊功能的務(wù)的LIN網(wǎng)絡(luò )通訊，規劃出了我國電動(dòng)汽車(chē)車(chē)身系統實(shí)時(shí)性、傳輸距離的要求,均衡考慮性能和成本等因素,LIN總線(xiàn)結構,為我國汽車(chē)LIN總線(xiàn)A類(lèi)網(wǎng)絡(luò )高層通訊確定LIN總線(xiàn)在電動(dòng)汽車(chē)車(chē)身上的網(wǎng)絡(luò )結構,可以從圖協(xié)議的制定奠定了基礎。8中幾個(gè)典型的A類(lèi)網(wǎng)絡(luò )功能單元進(jìn)行分析。參考文獻車(chē)身系統網(wǎng)絡(luò )規劃如圖9所示。圖9中將車(chē)身系統1 Lin Consortium. LIN Organization & Access Policy ,2002.4的A類(lèi)網(wǎng)絡(luò )功能單元劃分為車(chē)門(mén)模塊,空調模塊、座椅2 LIN Specifcation Package, Revision 2.0. Motorola Co, Sep.23, 2003車(chē)尾:傳感器、| 方向盤(pán):方向控制開(kāi)關(guān)、擋風(fēng)3 M16C/6N0/6N1 Group Data Sheet. Renesas Technology Cop,照明燈組等玻璃上的擦試裝置、燈組2003控制健盤(pán)、空調、座椅、控制|車(chē)頂:濕度傳感器、光敏電機、轉速傳感器等4 Philips Micrortoles in LIN Apicaions. Philis Semicon-傳感器、信號燈控制、汽車(chē)頂篷、天窗等ductors, 2002.85 Prelimninary Application Note TJA1020 LIN Transceiver.車(chē)門(mén):車(chē)窗玻璃、中樞鎖、Philips Semicondn車(chē)窗玻璃開(kāi)關(guān)、吊窗于大特高小電機、中國煤化工前照明燈組等6 TJA1020 Data; 2002圖8車(chē)身系統主要功能單元7 AT89C2051 DatCNMHGo0o(收稿日期: 2004-08-20)《電子技術(shù)應用》2004年第12期本刊郵箱:eta@ncse.com.cn4