LIN協(xié)議是新出現(xiàn)的一種新型低成本串行通信總線，其全稱是Local Interconnect Network，即局部互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。它最開始出現(xiàn)于汽車行業(yè)，是為解決汽車智能化和網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展要求和降低汽車制造成本的矛盾而提出來的一種串行總線協(xié)議，主要用于車門、車燈等需要簡單控制但又要求智能控制的場合。它的主要特點是：采用單個主控制器／多從設(shè)備通信模式；基于普通UART／SCI接口硬件實現(xiàn)，協(xié)議簡單；網(wǎng)絡(luò)傳輸速率不高，最高可達20kb／s。由于LIN協(xié)議的突出特點是協(xié)議對硬件的依賴程度低，可以基于普通單片機的通用串口等硬件資源以軟件方式實現(xiàn)，成本低廉，因此可廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)以外的其他領(lǐng)域，如智能家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸、節(jié)點控制等場合。
本文依據(jù)對LIN協(xié)議的分析，對其協(xié)議在普通單片機上的具體實現(xiàn)，即如何利用單片機有限的硬件資源實現(xiàn)LIN的主節(jié)點、從節(jié)點，進行可行性方案的研究、探討。
2 LIN協(xié)議的簡介
LIN協(xié)議的最新版本是LIN Specification Package Revision 2.O，包括協(xié)議規(guī)范、節(jié)點診斷配置規(guī)范、物理層規(guī)范、API規(guī)范等幾個方面，從硬件配置到節(jié)點配置語言都作了詳細的規(guī)定。下面就其協(xié)議規(guī)范作一簡要介紹和分析。
LIN的數(shù)據(jù)傳輸是采用報文幀的形式進行的。一個完整的報文幀由1個主機節(jié)點發(fā)送的報文頭(header)和1個主機或從機節(jié)點發(fā)送的響應(yīng)(response)組成，如圖1所示。報文頭包括1個間隔場(break)、1個同步字節(jié)場(synch)和1個保護標識符字節(jié)場PID(Protected IDentifier)。間隔場是由持續(xù)了至少13個位時的顯性電平和至少1個位時的隱性電平組成；由主機節(jié)點產(chǎn)生，標志著一次數(shù)據(jù)通信過程報文幀的開始。同步字節(jié)場包含時鐘同步信息。同步字節(jié)場的格式是0x55，表現(xiàn)在8個位定時中有5個下降沿，即隱性跳變到顯性的邊沿。
下一步，所有的從機節(jié)點以計算得到的波特率來接收報文頭的保護標識符字節(jié)場。
保護標識符字節(jié)場PID(Protected IDentifier)與標準的串行通信數(shù)據(jù)幀格式相同，由1位起始位和1位停止位及8位數(shù)據(jù)位組成，屬于數(shù)據(jù)場，如圖2所示。
保護標識符字節(jié)場由兩部分組成：標識符和標識符奇偶校驗。ID0～ID5屬標識符，確定了標識符的內(nèi)容，可從0～63取值。其中，0～59(0x3b)用于信號傳送幀，60(0x3c)和61(0x3d)用于傳送診斷數(shù)據(jù)，62(0x3e)保留用于用戶定義的擴展，63(0x3f)保留用于將來協(xié)議升級。奇偶校驗位P0和P1則是對標識符位ID0～ID5的奇校驗和偶校驗，作為對接收到ID的校驗措施，以確保接收ID的正確性。
報文幀的響應(yīng)(response)由3～9個字節(jié)場(data field)組成，包括2、4或8字節(jié)的數(shù)據(jù)場(data field)和1個校驗和場(checksum)。它們是由要發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點(主機節(jié)點或從機節(jié)點)所發(fā)送的數(shù)據(jù)和校驗場所組成，都屬于數(shù)據(jù)場。
校驗和場(checksum)有兩種：一般的校驗和場與增強的校驗和場。一般的校驗和是數(shù)據(jù)場所有字節(jié)數(shù)據(jù)和的反碼。和是按帶進位加(ADDC)方式計算，所有數(shù)據(jù)字節(jié)和的補碼與校驗和字節(jié)相加的和必須是“0xFF”。增強的校驗和與一般的校驗和的區(qū)別在于計算數(shù)據(jù)場和時加上了保護標識符字節(jié)場。
3 LlN協(xié)議在普通單片機上的實現(xiàn)
現(xiàn)在單片機種類繁多，硬件資源各不相同，功能也千差萬別�？傮w來講，基于普通單片機軟件實現(xiàn)LIN協(xié)議的方法可分為兩大類：一種是基于單片機通用串口的實現(xiàn)方式，另一種是基于單片機兩個普通端口位的位操作實現(xiàn)方法。
3. 1基于單片機通用串口LlN協(xié)議的實現(xiàn)
基于單片機通用串口的LIN協(xié)議的實現(xiàn)方法主要是針對具有通用串口的單片機來講的。這類單片機的代表當屬最常用的51系列單片機，如Atmel公司的AT89C51／52。
(1)基于單片機串口LlN主節(jié)點的實現(xiàn)
由LIN協(xié)議的分析可知，在一次幀通信過程中，主從節(jié)點在大部分時間里是以標準的串行通信數(shù)據(jù)幀的形式交換數(shù)據(jù)的，這也是LIN協(xié)議可以基于單片機通用串口實現(xiàn)的原因。幀通信的關(guān)鍵是要實現(xiàn)主節(jié)點和從節(jié)點的同步。在同步過程中，主、從節(jié)點所執(zhí)行的操作是不同的：主機節(jié)點的任務(wù)是要發(fā)送報文頭，從節(jié)點的任務(wù)是接收和判斷報文頭，實現(xiàn)與主節(jié)點的同步。報文頭的間隔場是一個基于主機節(jié)點時鐘頻率的13個以上位時(bit time)和至少1個位時的間隔界定符。對主節(jié)點來講，這一部分是實現(xiàn)主節(jié)點功能的關(guān)鍵。間隔場和間隔界定符的實現(xiàn)可采用改變串口波特率，用串口輸出特定數(shù)據(jù)的方法來實現(xiàn)。例如在一般情況下，單片機采用19.2kb／s波特率的速率傳輸數(shù)據(jù)，可先將串口的波特率設(shè)置為9.6kb／s，則傳輸0xc0這樣一個數(shù)據(jù)就可以實現(xiàn)按照19.2kb／s的波特率來計算位時的同步間隔和同步間隔界定符的位時長度要求(因若采用19.2kb／s的傳輸率傳輸00數(shù)據(jù)只能實現(xiàn)10個位時的同步間隔符，無法達到13個位時的要求)。隨后的PID場的發(fā)送和數(shù)據(jù)場的發(fā)送或接收，可以基于單片機的通用串口以正常的19.2.kb／s的波特率來操作。
基于串口LlN主節(jié)點硬件原理如圖3所示。
(2)基于單片機串口LlN從節(jié)點的實現(xiàn)
從節(jié)點實現(xiàn)的關(guān)鍵是能夠正確實時地接收報文頭，達到與主節(jié)點的同步，為下一步的數(shù)據(jù)交換做好準備�；趩纹瑱C通用串口構(gòu)成的LIN從節(jié)點的實現(xiàn)方案有兩種：一種是查詢方式，另一種是中斷方式。兩種方法的區(qū)別在于報文頭接收判斷方法的不同。查詢方式硬件原理如圖4所示。
