2 LIN總線簡介
---LIN總線是一種串行通信網(wǎng)絡(luò),可以將開關(guān)、顯示器、傳感器和執(zhí)行器等簡單控制設(shè)備連接起來,主要用于汽車中的分布式電子控制系統(tǒng)。LIN采用單主機(jī)/多從機(jī)的總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（沒有總線仲裁）,僅使用一根12V信號(hào)總線。主節(jié)點(diǎn)包含主任務(wù)和從任務(wù),從節(jié)點(diǎn)只包含從任務(wù)。它不需要專門的片上通訊模塊,采用標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口USART,速率可達(dá)20kbps,總線長度不大于40m。LIN總線作為一種輔助的總線網(wǎng)絡(luò),在不需要CAN總線的優(yōu)越性能的場合,相比于CAN總線具有更高的性價(jià)比。它有如下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。
● LIN是一種低端網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),可提供簡單的網(wǎng)絡(luò)解決方案,支持網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的互操作性,大大減少了系統(tǒng)安裝、調(diào)試和接線的成本和時(shí)間。
● LIN的通信量小、配置靈活,采用單線連接及單主機(jī)/多從機(jī)的通信結(jié)構(gòu)（無需總線仲裁）,可保證低端設(shè)備及電子控制單元簡便、快捷的實(shí)時(shí)通信。
● 通過主機(jī)節(jié)點(diǎn)可將LIN與上層網(wǎng)絡(luò)（如CAN）相連接,實(shí)現(xiàn)LIN的子總線輔助通信功能,從而優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),提高網(wǎng)絡(luò)效率和可靠性。
● LIN的協(xié)議是開放的,任何組織和個(gè)人無需支付費(fèi)用即可獲取。
---LIN規(guī)范包括三個(gè)主要部分：LIN協(xié)議規(guī)范部分（說明LIN的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層）、LIN配置語言部分（說明LIN配置文件的格式）和LIN API部分（說明網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用程序間的接口）。
---LIN協(xié)議的通信機(jī)制和幀結(jié)構(gòu)如圖3所示,LIN網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)從任務(wù)模塊,主節(jié)點(diǎn)還包含一個(gè)主任務(wù)模塊。幀頭由主任務(wù)發(fā)出,包括同步間隙、同步場和信息標(biāo)識(shí)符。所有節(jié)點(diǎn)中的從任務(wù)（包括主節(jié)點(diǎn)）對信息標(biāo)識(shí)符進(jìn)行濾波,并發(fā)回?cái)?shù)據(jù)場和校驗(yàn)場。字節(jié)場采用SCI/UART串行數(shù)據(jù)格式。
3 LIN總線技術(shù)在汽車智能燈控系統(tǒng)中的應(yīng)用
---汽車燈光控制模塊的控制實(shí)際上是根據(jù)車燈的狀態(tài)信息及駕駛員對車燈狀態(tài)的要求來實(shí)現(xiàn)的。車燈的狀態(tài)信息主要是故障信息的反饋,駕駛員對車燈狀態(tài)的要求通過儀表盤的車燈按鈕來傳遞。本汽車燈光控制模塊為了便于整車安裝,分成兩個(gè)子模塊,如圖4所示。子模塊1負(fù)責(zé)根據(jù)儀表盤車燈按鈕的狀態(tài)控制功率器件開關(guān)動(dòng)作,同時(shí)監(jiān)控車燈狀態(tài),提供反饋信號(hào),并根據(jù)反饋信號(hào)判斷車燈的故障狀態(tài)。子模塊2負(fù)責(zé)采集儀表盤車燈按鈕信息,同時(shí)用LCD顯示出目前車燈的故障狀態(tài)信息。
---下面對汽車智能燈控模塊控制思想及LIN總線技術(shù)在其中的應(yīng)用做出具體分析：在系統(tǒng)啟動(dòng)并進(jìn)行初始化以后,子模塊1開始啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器,實(shí)現(xiàn)周期性地對數(shù)字量診斷輸出的車燈和模擬電流傳感器診斷輸出的車燈進(jìn)行檢測（檢測不同智能開關(guān)向微控制器反饋的數(shù)字和模擬故障信號(hào)）,對于出現(xiàn)故障的車燈信息,通過LIN總線傳輸?shù)阶幽K2。傳輸信息包括故障車燈的名稱、故障車燈所在的診斷組（數(shù)字量診斷組或模擬量診斷組）和故障狀態(tài)（斷路或短路等）。子模塊1同時(shí)亦接收來自于子模塊2的儀表盤的車燈按鈕掃描信息,該信息包含了駕駛員對于車燈狀態(tài)的要求（開通或關(guān)斷）。然后結(jié)合診斷結(jié)果及儀表盤的掃描結(jié)果,決定是否打開車燈或關(guān)閉車燈。子模塊2通過LIN總線接收子模塊1傳輸過來的車燈的故障診斷信息,周期性的通過LCD進(jìn)行顯示。同時(shí)亦周期性的掃描儀表盤的按鈕狀態(tài),并通過LIN總線傳輸?shù)阶幽K1。
---本汽車燈光控制模塊作為車身低端網(wǎng)絡(luò),傳輸數(shù)據(jù)量小,對傳輸快速性要求不高,20kBaud完全可以滿足系統(tǒng)對傳輸速率的要求。相比于具有更多優(yōu)良性能而價(jià)格也更高昂的CAN總線,LIN總線成本較低,容易在UART中實(shí)現(xiàn),并具有較好的容故障能力和傳輸可靠性。在綜合考慮總線的硬件與軟件成本和總線的可靠性之后,選擇LIN總線實(shí)現(xiàn)燈控模塊內(nèi)部兩個(gè)子模塊間的數(shù)據(jù)傳輸,而CAN總線則用于燈控模塊與車身內(nèi)部其他ECU之間的通信。
3.1 LIN總線硬件接口電路
---LIN總線硬件接口電路如圖5所示,該模塊分為主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)兩個(gè)單元。供電電源電路采用英飛凌TLE4278電壓調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn),輸入Vi為12V,輸出Vq為5V。收發(fā)器采用英飛凌TLE 6258系列LIN總線收發(fā)器。從安全角度考慮,主節(jié)點(diǎn)電路在電源引腳和總線間以及總線和參考地之間分別連接1kΩ電阻和1nF電容,以保證總線信號(hào)在顯性電平和隱性電平間切換時(shí)有合適的時(shí)間延遲。
---TLE 6258是單線收發(fā)器,適用于LIN協(xié)議,與LIN規(guī)范1.2兼容,發(fā)送速率可達(dá)20kbps,功率消耗低,且具有短路保護(hù)和過溫保護(hù)等功能,特別適于作為汽車和工業(yè)應(yīng)用,且可用于標(biāo)準(zhǔn)的ISO9141系統(tǒng)。為了減小電流損耗,TLE 6258提供了一種空閑模式。在空閑模式下,TLE 6258退出總線活動(dòng),既不接收也不發(fā)送數(shù)據(jù),電流降到最低,從而達(dá)到減小電流損耗的目的。TLE 6258在正常工作模式和空閑模式之間的切換過程如圖6所示,在正常工作模式下,通過對ENN置1進(jìn)入空閑模式。在空閑模式下,通過在總線上發(fā)送喚醒幀,可把主機(jī)或從機(jī)從空閑模式喚醒,返回到正常工作模式。進(jìn)入正常工作模式后,ENN變?yōu)?,釋放RxD為傳輸數(shù)據(jù)狀態(tài)。
3.2 LIN總線通訊軟件設(shè)計(jì)
---LIN軟件基于幾個(gè)狀態(tài)機(jī)制和功能塊,狀態(tài)機(jī)制通過串行接口的中斷調(diào)用,在程序中用nTRANSCEIVER_STATUS表示每個(gè)狀態(tài)。主機(jī)任務(wù)發(fā)送同步間隔場（Synch Break Field）、同步場（Synch Field）和標(biāo)識(shí)符場,如果從機(jī)在總線上檢測到匹配的標(biāo)識(shí)符,它會(huì)接收或發(fā)送數(shù)據(jù)到總線（這里假設(shè)數(shù)據(jù)字節(jié)是8個(gè),主機(jī)為接收數(shù)據(jù),從機(jī)為發(fā)送數(shù)據(jù),也可定義為主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù),從機(jī)接收數(shù)據(jù)）。以下（1）～（3）為主機(jī)任務(wù),（4）～（13）為從機(jī)任務(wù)。
（1）發(fā)送同步間隔場;
（2）接收同步間隔場和發(fā)送同步場;
（3）接收同步場和產(chǎn)生/發(fā)送ID域;
（4）接收ID域（報(bào)文過濾）,拷貝數(shù)據(jù)到緩沖器（LIN transfer buffer） 并發(fā)送第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié);
（5）接收第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)和發(fā)送第二個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié);
（6）接收第二個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)和發(fā)送第三個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié);
（7）接收第三個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)和發(fā)送第四個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié);
（8）接收第四個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)和發(fā)送第五個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié);
（9）接收第五個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)和發(fā)送第六個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié);
（10）接收第六個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)和發(fā)送第七個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié);
（11）接收第七個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)和發(fā)送第八個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié);
（12）接收第八個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)和計(jì)算/發(fā)送校驗(yàn)和域;
（13）接收校驗(yàn)和域。
---為了傳輸汽車智能燈控模塊中所需要的信息,定義了7個(gè)字節(jié)變量a0、a1、a2、a3、a4、a5和a6,用于存儲(chǔ)車燈故障狀態(tài)信息;另外還定義了兩個(gè)字節(jié)變量key_result0和key_result1,用于存儲(chǔ)儀表盤的車燈按鈕掃描信息。
---車燈故障狀態(tài)信息的定義分為數(shù)字量診斷組和模擬量診斷組：數(shù)字量診斷組包括駐車燈、示警燈和尾燈等20盞燈;模擬量診斷組包括前照燈、霧燈等6盞燈。每盞燈的故障狀態(tài)有三種情況,用兩個(gè)“位”來表示：正常狀態(tài)（DIAG_OK）,用“00”表示;斷路狀態(tài)（DIAG_OPEN_LOAD）,用“01”表示;過載狀態(tài)（DIAG_OVERLOAD）,用“10”表示。例如,左駐車燈用a2的低兩位表示,定義為static sbit parklightfrontleft_lowbit=a2^0、static sbit parklightfrontleft_highbit=a2^1;a2^1=0,a2^0=1,則表示駐車燈處于斷路故障狀態(tài)。如此推算,模擬量診斷組6盞車燈,故障狀態(tài)信息需要占用12位,我們用字節(jié)存儲(chǔ)器a0和a1表示;數(shù)字量診斷組20盞車燈,故障狀態(tài)信息需要占用40位,我們用字節(jié)存儲(chǔ)器a2、a3、a4、a5和a6表示。車燈故障狀態(tài)信息共計(jì)7字節(jié),采用字節(jié)數(shù)為8的報(bào)文幀格式傳輸,第8個(gè)字節(jié)用0補(bǔ)齊。
---儀表盤車燈按鈕共計(jì)16個(gè)開關(guān)量,每個(gè)開關(guān)量有兩種狀態(tài),用一個(gè)“位”表示：按鈕關(guān)斷,用“1”表示;按鈕打開,用“0”表示。我們用兩個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)器key_result0和key_result1存儲(chǔ)按鈕信息,報(bào)文幀含有兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)量。
---發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)過程如圖7所示。以發(fā)送車燈故障狀態(tài)信息為例,這個(gè)狀態(tài)機(jī)制用于把數(shù)據(jù)字節(jié)發(fā)送到總線上去,ID被定義為發(fā)送ID（SEND_ID）。
---子狀態(tài)及相應(yīng)的收發(fā)器狀態(tài)如下。
---子狀態(tài)1～8：節(jié)點(diǎn)用于發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié) 接收中斷 LIN_vRxd_Interrupt;
---子狀態(tài)9：節(jié)點(diǎn)用于發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié) 接收中斷 LIN_vRxd_Interrupt;
---子狀態(tài)10：校驗(yàn)和域已經(jīng)被正確接收 接收中斷 LIN_vRxd_Interrupt。
---其中,子狀態(tài)1接收中斷中調(diào)用功能函數(shù)UCB_Txd,該函數(shù)獲取用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的首地址。
---接收數(shù)據(jù)字節(jié)過程如圖8所示。以接收儀表盤車燈按鈕信息為例,這個(gè)狀態(tài)機(jī)制用于接收來自總線的數(shù)據(jù),ID被定義為接收ID（REC_ID）。
---子狀態(tài)及相應(yīng)的收發(fā)器狀態(tài)如下。
---子狀態(tài)1：節(jié)點(diǎn)用于接收數(shù)據(jù)字節(jié) 接收中斷 LIN_vRxd_Interrupt ;
---子狀態(tài)2：節(jié)點(diǎn)用于接收數(shù)據(jù)字節(jié) 接收中斷 LIN_vRxd_Interrupt;
---子狀態(tài)3：節(jié)點(diǎn)用于接收數(shù)據(jù)字節(jié) 接收中斷 LIN_vRxd_Interrupt;
---子狀態(tài)4：節(jié)點(diǎn)用于接收數(shù)據(jù)字節(jié) 接收中斷 LIN_vRxd_Interrupt。
---其中,子狀態(tài)4接收中斷中調(diào)用功能函數(shù)UCB_Rxd,該函數(shù)將接收到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)入用戶緩沖器。
結(jié)論
---本文結(jié)合汽車智能燈控系統(tǒng),對于LIN總線技術(shù)在汽車智能燈控系統(tǒng)中的具體實(shí)施應(yīng)用,包括LIN總線模塊的硬件接口電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)做了深入研究。實(shí)驗(yàn)證實(shí)：LIN總線憑借其結(jié)構(gòu)簡單、配置靈活、性價(jià)比高等方面的獨(dú)特優(yōu)勢,不僅能夠滿足汽車智能燈光控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)囊?而且節(jié)省成本,完全達(dá)到了期望的性能、價(jià)格要求,具有廣闊的應(yīng)用前景。
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