Freescale LIN總線(xiàn)應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)

摘要：CAN/LIN（Local Interconnect Network）總線(xiàn)的引入帶來(lái)了車(chē)身電子控制的模塊化和智能化。在低速的車(chē)身控制條件下，與CAN總線(xiàn)相比較，LIN總線(xiàn)控制方案成本較低是最大的優(yōu)勢(shì)。本文介紹了基于Freescale半導(dǎo)體公司（原摩托羅拉半導(dǎo)體部）的單片機(jī)（MCU）和智能模擬器件的LIN總線(xiàn)Demo系統(tǒng)，為汽車(chē)電子用戶(hù)提供了一種能快速掌握的車(chē)身LIN總線(xiàn)控制的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)電子；車(chē)身電子；總線(xiàn)；LIN

引言

在汽車(chē)電子系統(tǒng)中，主要存在如圖1所示的幾種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。LIN主要應(yīng)用低速（<20Kb/s）的車(chē)身控制環(huán)境，低速CAN多用于事件驅(qū)動(dòng)的控制環(huán)境（125Kb/s），高速CAN（>500Kb/s），F(xiàn)lexray和Byteflight主要應(yīng)用于時(shí)間驅(qū)動(dòng)的同步高速控制環(huán)境，而D2B和MOST主要應(yīng)用于汽車(chē)娛樂(lè)（圖像和語(yǔ)音）的傳輸和控制。

就車(chē)身控制而言，主要的應(yīng)用基于CAN/LIN總線(xiàn)協(xié)議?；贑AN總線(xiàn)車(chē)身控制，在汽車(chē)電子上已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用。隨著車(chē)上總線(xiàn)節(jié)點(diǎn)的增加及高性能系統(tǒng)向中低檔汽車(chē)的發(fā)展，CAN總線(xiàn)相對(duì)較高的實(shí)現(xiàn)成本就成為一種障礙。因此LIN總線(xiàn)隨之產(chǎn)生。由于LIN硬件的實(shí)現(xiàn)是基于普通的串行通信接口（SCI），甚至在子節(jié)點(diǎn)中可以用普通I/O口加上定時(shí)器進(jìn)行模擬，所以其實(shí)現(xiàn)成本較低。LIN的目標(biāo)應(yīng)用是不需要CAN的性能、帶寬及復(fù)雜性的低端系統(tǒng)。通常LIN子總線(xiàn)是現(xiàn)有的CAN網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)充，與CAN網(wǎng)絡(luò)一起形成汽車(chē)的控制網(wǎng)絡(luò)（圖2）。當(dāng)然，由于其成本較低，也可以獨(dú)立用于不是特別復(fù)雜的車(chē)身控制網(wǎng)絡(luò)中。

為了加速基于LIN總線(xiàn)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期，F(xiàn)reescale半導(dǎo)體公司開(kāi)發(fā)了LIN開(kāi)發(fā)平臺(tái)（LIN DEMO）。LIN DEMO系統(tǒng)提供了完整的軟件和硬件，其中，軟件包括標(biāo)準(zhǔn)的LIN底層驅(qū)動(dòng)軟件和LED顯示的應(yīng)用軟件。用戶(hù)可以在此平臺(tái)上很快的搭建起LIN控制網(wǎng)絡(luò)

LIN DEMO應(yīng)用系統(tǒng)

DEMO節(jié)點(diǎn)

LIN DEMO由2個(gè)主節(jié)點(diǎn)（9S12C32和MC68HC908GZ60）和4個(gè)從節(jié)點(diǎn)（MC68HC908GR60、MC68HC908EY16、MC68HC908QY和MC68HC908QL組成。每個(gè)LIN節(jié)點(diǎn)上，都提供了調(diào)試和編程接口（BDM接口（16位單片機(jī)）和CYCLONE/Multilink08接口（8位單片機(jī)）），同時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)還有1個(gè)RS232的串口，可以和PC通信。主節(jié)點(diǎn)有兩種工作模式，兩種模式的切換由1個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)控制。

LIN總線(xiàn)睡眠模式（此模式下，與主節(jié)點(diǎn)相連的所有從節(jié)點(diǎn)都處于睡眠模式，主節(jié)點(diǎn)不發(fā)送任何幀頭。）

LIN總線(xiàn)工作模式（此模式下，主節(jié)點(diǎn)發(fā)送幀頭，LED燈用來(lái)顯示從節(jié)點(diǎn)LED的狀態(tài)。）

LIN總線(xiàn)工作模式下，主節(jié)點(diǎn)LED顯示LED狀態(tài)有變化的從節(jié)點(diǎn)LED狀態(tài)。每個(gè)從節(jié)點(diǎn)有4個(gè)LED燈，這些燈的狀態(tài)可以通過(guò)1個(gè)單片機(jī)的鍵盤(pán)中斷引腳來(lái)改變。主節(jié)點(diǎn)有8個(gè)LED燈，其中的右邊（低位）4個(gè)LED用來(lái)顯示從節(jié)點(diǎn)LED燈的狀態(tài)，另外的左邊（高位）4個(gè)LED燈用來(lái)從節(jié)點(diǎn)的類(lèi)型和ID號(hào)，其中2個(gè)用來(lái)顯示節(jié)點(diǎn)類(lèi)型（GR、EY、QY和QL），另外2用來(lái)顯示和此從節(jié)點(diǎn)類(lèi)型相匹配的節(jié)點(diǎn)ID號(hào)最低的兩位。

這樣主節(jié)點(diǎn)上左邊（高位）4個(gè)LED為i*16的高4位。同時(shí)，主節(jié)點(diǎn)上右邊（低位）4個(gè)LED用來(lái)顯示從節(jié)點(diǎn)LED的數(shù)值（同樣次序的LED燈亮）。

所有的從節(jié)點(diǎn)可以在不斷電情況下加入或者脫離總線(xiàn)。當(dāng)監(jiān)測(cè)到有新的從節(jié)點(diǎn)加入，主節(jié)點(diǎn)從0到7清除主節(jié)點(diǎn)的LED，然后把該節(jié)點(diǎn)存入主節(jié)點(diǎn)LED的顯示序列。當(dāng)監(jiān)測(cè)到有節(jié)點(diǎn)脫離總線(xiàn)時(shí)候，主節(jié)點(diǎn)從7到0清除主節(jié)點(diǎn)的LED，然后從主節(jié)點(diǎn)LED的顯示序列去掉該從節(jié)點(diǎn)。

正常工作模式下，復(fù)位后，每個(gè)從節(jié)點(diǎn)響應(yīng)對(duì)于該從節(jié)點(diǎn)ID（可以重新配置）的主接點(diǎn)幀頭，響應(yīng)的數(shù)據(jù)定義為2個(gè)字節(jié)。按動(dòng)從節(jié)點(diǎn)上的開(kāi)關(guān)，可以增加從節(jié)點(diǎn)上LED的值（從1到15，除去全為零的情況）。當(dāng)從節(jié)點(diǎn)上的LED值變化之后，主接點(diǎn)上的LED的右邊（低位）4個(gè)LED將顯示對(duì)應(yīng)從節(jié)點(diǎn)上LED的值。

在模式配置模式下，用戶(hù)可以改變從節(jié)點(diǎn)的ID。從節(jié)點(diǎn)的LED用來(lái)顯示本節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)。從節(jié)點(diǎn)上第一位的LED點(diǎn)亮，表示XXXXXX00；第二位的LED點(diǎn)亮，表示XXXXXX01；第三位的LED點(diǎn)亮，表示XXXXXX10；第四位的LED點(diǎn)亮，表示XXXXXX11。

當(dāng)所有的從節(jié)點(diǎn)連接到主節(jié)點(diǎn)并且工作正常的時(shí)候，通過(guò)撥動(dòng)主節(jié)點(diǎn)上的1個(gè)開(kāi)關(guān)，我們可以很容易的讓從節(jié)點(diǎn)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。撥動(dòng)此開(kāi)關(guān)到OFF檔，5秒鐘以后，GR60和EY16就進(jìn)入了睡眠（QY4不支持此操作）。

MC68HC908EY16的基本電路原理圖，它包含了LIN節(jié)點(diǎn)和3個(gè)跳線(xiàn)。值得注意的是，這些跳線(xiàn)只是在對(duì)芯片編程和調(diào)試的時(shí)候用到。對(duì)芯片編程和調(diào)試時(shí)，需要用到Freescale的開(kāi)發(fā)工具（MULTILIN08/12、CYCLONE08），通過(guò)這些工具再和PC相連。完整的電路圖，還包括一些編程接口和雙排接口（連接MCU的引腳到其他的應(yīng)用中）。

基本的LIN節(jié)點(diǎn)電路圖比較簡(jiǎn)單，主要包括MCU，LIN物理層接口和1個(gè)5V的電壓調(diào)節(jié)器。本電路中，物理層接口用MC33399，電壓調(diào)節(jié)器用的是LT1121，可以被Freescale一顆新的系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片（SBC）所替換。MCU允許MC33399控制電壓調(diào)節(jié)器。當(dāng)LIN總線(xiàn)上沒(méi)有任何活動(dòng)時(shí)，MC33399控制電壓調(diào)節(jié)器LT1121停止工作，從而使MCU掉電，使LIN從結(jié)點(diǎn)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，整個(gè)從節(jié)點(diǎn)的靜態(tài)電流將小于50微安。在從結(jié)點(diǎn)的電路板（除去QY4）上，我們可以看到所有的LED燈都關(guān)閉了（程序的最初設(shè)計(jì)，使得當(dāng)MCU上電后，總是有1個(gè)LED燈是亮）。

其他節(jié)點(diǎn)得電路圖和MC68HC908EY16的差不多。48腳的GR60主要是用于一些高端應(yīng)用的LIN節(jié)點(diǎn)中，但是GR60沒(méi)有內(nèi)部時(shí)鐘，需要外接1個(gè)時(shí)鐘。GZ60和GR60比較接近，但是，GZ60主接點(diǎn)上多出了1個(gè)MC33388的CAN接口。C32是16位單片機(jī)，和8位單片機(jī)相比，它有了BDM模塊，相對(duì)于8位單片機(jī)的MULTILINK接口，調(diào)試簡(jiǎn)單了很多。

DEMO軟件結(jié)構(gòu)

1.主節(jié)點(diǎn)的軟件結(jié)構(gòu)

主節(jié)點(diǎn)的軟件流程圖。在單片機(jī)和LIN驅(qū)動(dòng)程序初始化以后，通過(guò)主節(jié)點(diǎn)PCB板上的1個(gè)開(kāi)關(guān)，調(diào)整LIN是否被允許工作。如果睡眠，主節(jié)點(diǎn)上的LED燈會(huì)關(guān)閉；如果LIN總線(xiàn)工作，則主函數(shù)Main將會(huì)周期的發(fā)送幀頭到從節(jié)點(diǎn)。所有的ID號(hào)（如表1）在idList[16]中定義。如果函數(shù)LIN_MSG_STATUS（）顯示有對(duì)應(yīng)于幀頭的特定ID，從節(jié)點(diǎn)有反應(yīng)，則反饋回來(lái)的數(shù)據(jù)被讀取，同時(shí)，檢查idActiveList[16]判斷這是否為新的LIN從節(jié)點(diǎn)，如果是，則idActiveList[16]對(duì)應(yīng)的位置1，然后NewNode（）函數(shù)被執(zhí)行，節(jié)點(diǎn)的LED燈顯示有新的節(jié)點(diǎn)加入。[!--empirenews.page--]

如果對(duì)應(yīng)于幀頭的特定ID，從節(jié)點(diǎn)沒(méi)有反饋，則檢查idActiveList[16]判斷對(duì)應(yīng)的位置是否為1，如果為1，則表明有節(jié)點(diǎn)被除去。同時(shí)，LostNode（）函數(shù)執(zhí)行，節(jié)點(diǎn)的LED燈顯示有節(jié)點(diǎn)丟失。

2.從節(jié)點(diǎn)的軟件結(jié)構(gòu)

首先，配置寄存器（CONFIG），I/O寄存器和定時(shí)器寄存器初始化。初始化完成后，進(jìn)入主程序While（1）循環(huán)。對(duì)GR60和EY16，程序中的定時(shí)由時(shí)間基準(zhǔn)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)（TBM）。由于QY4沒(méi)有時(shí)間基準(zhǔn)模塊（TBM），所以程序中的定時(shí)由定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于不同的從節(jié)點(diǎn)上，時(shí)鐘不一樣，所以每個(gè)從節(jié)點(diǎn)執(zhí)行完1個(gè)主程序程序環(huán)的時(shí)間也不一樣。程序中我們用#Define定義了2個(gè)時(shí)間周期：按一次開(kāi)關(guān)的時(shí)間（按下和跳起，60毫秒）和持續(xù)按住開(kāi)關(guān)的時(shí)間（3秒）。對(duì)于第3個(gè)定時(shí)（LIN總線(xiàn)持續(xù)5秒沒(méi)有活動(dòng)，則進(jìn)入睡眠）在文件Slave.cfg中定義。

是LIN從節(jié)點(diǎn)的主軟件結(jié)構(gòu)。當(dāng)完成初始化工作，進(jìn)入主循環(huán)之后，如果LIN總線(xiàn)5秒鐘沒(méi)有活動(dòng)，則進(jìn)入睡眠狀態(tài)；如果由，則查看按鍵（開(kāi)關(guān)）的類(lèi)型判斷是進(jìn)入ID節(jié)點(diǎn)的配置模式，還是進(jìn)入正常模式。如果是正常模式，則將數(shù)據(jù)（DATA）寫(xiě)入LED，若進(jìn)入ID節(jié)點(diǎn)配置模式，則配置ID，然后將ID寫(xiě)入LED。

是按鍵軟件流程圖。首先判斷按鍵有沒(méi)有被按下，如果有則計(jì)算按鍵被按下的時(shí)間。如果按鍵按下的時(shí)間超過(guò)3秒，則進(jìn)入節(jié)點(diǎn)ID配置模式（從0到4，然后再到0，反復(fù)進(jìn)行）；如果按鍵按下的時(shí)間為60毫秒，則數(shù)據(jù)（DATA）加1，然后用這個(gè)數(shù)據(jù)給LED顯示，同時(shí)反饋給主節(jié)點(diǎn)（主節(jié)用LED顯示此數(shù)據(jù)）。

3．LIN底層驅(qū)動(dòng)軟件

前面的兩個(gè)小節(jié)我們講到了應(yīng)用軟件。本小節(jié)將對(duì)LIN底層的驅(qū)動(dòng)函數(shù)作一個(gè)介紹。首先是數(shù)據(jù)類(lèi)型，主要的數(shù)據(jù)類(lèi)型是無(wú)符號(hào)8位數(shù)，惟一的一個(gè)16位數(shù)，用來(lái)給地址變量（指針）。在驅(qū)動(dòng)函數(shù)中，主要用到的常量有兩種，一種用來(lái)標(biāo)示LIN總線(xiàn)的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，一種用來(lái)表示LIN傳輸過(guò)程中消息幀的狀態(tài)。由于篇幅有限，與作者聯(lián)系可獲得免費(fèi)的軟件源程序?？偨Y(jié)

Freescale的LIN節(jié)點(diǎn)通信演示平臺(tái)，提供了一個(gè)很好的LIN控制開(kāi)發(fā)平臺(tái)。用戶(hù)可以基于此LIN控制開(kāi)發(fā)平臺(tái)的軟件（驅(qū)動(dòng)程序）和硬件非常簡(jiǎn)單的編寫(xiě)自己的應(yīng)用程序（利用CODEWARRIOR集成開(kāi)發(fā)環(huán)境），然后利用此平臺(tái)的底層驅(qū)動(dòng)軟件和硬件環(huán)境，利用與PC相連的通信接口，燒寫(xiě)程序，并進(jìn)行調(diào)試。

參考文獻(xiàn)

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