LIN協(xié)議驅(qū)動(dòng)器的關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)計(jì)原理

 

LIN總線做為CAN總線的有效補(bǔ)充，在低端車(chē)身電子領(lǐng)域替代CAN總線，既能滿(mǎn)足功能要求，又能節(jié)約成本，在對(duì)成本更加敏感的國(guó)產(chǎn)車(chē)上得到大規(guī)模應(yīng)用。不同于CAN總線有專(zhuān)門(mén)的協(xié)議驅(qū)動(dòng)器，用戶(hù)不用管理底層的通信而直接進(jìn)行應(yīng)用程序的編寫(xiě)1，LIN總線沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的協(xié)議驅(qū)動(dòng)器，一般需要在SCI模塊的基礎(chǔ)上用軟件實(shí)現(xiàn)其底層通信，筆者為某國(guó)產(chǎn)車(chē)設(shè)計(jì)了一款LIN主節(jié)點(diǎn)產(chǎn)品，結(jié)合LIN 2.0規(guī)范，首先介紹下LIN協(xié)議驅(qū)動(dòng)器的功能，然后從數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層兩個(gè)方面介紹協(xié)議驅(qū)動(dòng)器的關(guān)鍵設(shè)計(jì)技術(shù)。

 

1 驅(qū)動(dòng)器功能：

 

LIN規(guī)范定義了數(shù)據(jù)格式、報(bào)文格式以及基于時(shí)間片的調(diào)度通信機(jī)制，做為L(zhǎng)IN主節(jié)點(diǎn)，需要實(shí)現(xiàn)的功能包括：

 

1、報(bào)文的封裝和發(fā)送、接收和解析，根據(jù)報(bào)文格式填充/提取ID和數(shù)據(jù);

 

2、通信管理，以調(diào)度表的方式控制時(shí)間片的輪轉(zhuǎn)和相應(yīng)幀的發(fā)送;

 

3、網(wǎng)絡(luò)管理，休眠和喚醒;

 

LIN總線采取8N1的SCI數(shù)據(jù)格式，協(xié)議驅(qū)動(dòng)器在SCI的基礎(chǔ)上以軟件的形式實(shí)現(xiàn)。軟件就是“數(shù)據(jù)+操作”2，做為一個(gè)可復(fù)用、移植性強(qiáng)的軟件模塊，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和API函數(shù)的設(shè)計(jì)是軟件模塊設(shè)計(jì)的兩個(gè)重要組成部分，下面從數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層兩個(gè)方面介紹下協(xié)議驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和API函數(shù)設(shè)計(jì)。

 

2 數(shù)據(jù)鏈路層：

 

數(shù)據(jù)鏈路層主要實(shí)現(xiàn)LIN報(bào)文的發(fā)送及接收，報(bào)文格式如圖1所示：

 

 

 

 

圖1 LIN報(bào)文格式

 

LIN報(bào)文由報(bào)文頭+響應(yīng)組成，報(bào)文頭包括同步間隔、同步字段和標(biāo)識(shí)符三個(gè)部分，其中同步間隔為10bit 0，同步場(chǎng)為0x55，標(biāo)識(shí)符唯一標(biāo)識(shí)該報(bào)文;響應(yīng)包括數(shù)據(jù)和校驗(yàn)和兩個(gè)部分，報(bào)文數(shù)據(jù)長(zhǎng)度由應(yīng)用層設(shè)計(jì)指定，也可以認(rèn)為由標(biāo)識(shí)符唯一指定，校驗(yàn)和包括經(jīng)典校驗(yàn)和和增強(qiáng)型校驗(yàn)和兩種方式，均采用帶進(jìn)位加法進(jìn)行計(jì)算，不同之處在于經(jīng)典校驗(yàn)和只對(duì)數(shù)據(jù)做校驗(yàn)，而增強(qiáng)型校驗(yàn)和的校驗(yàn)數(shù)據(jù)中含有標(biāo)識(shí)符，診斷報(bào)文采用經(jīng)典校驗(yàn)和，其它報(bào)文采用增強(qiáng)型校驗(yàn)和。

 

由于LIN物理層為單線通信，且采取一種多從的時(shí)間片輪轉(zhuǎn)方式，不存在CAN總線的競(jìng)爭(zhēng)總線問(wèn)題3，所以LIN節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)可以回讀到同樣的數(shù)據(jù)，其報(bào)文的發(fā)送和接收可以統(tǒng)一在SCI的接收中斷中，以狀態(tài)機(jī)的形式實(shí)現(xiàn)4，狀態(tài)對(duì)應(yīng)報(bào)文的各個(gè)組成部分，狀態(tài)機(jī)跳轉(zhuǎn)條件便是數(shù)據(jù)接收中斷。根據(jù)LIN報(bào)文結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)如下形式的結(jié)構(gòu)體，

 

typedef struct

 

{

 

uchar pid;

 

uchar datalen;

 

uchar data[8];

 

uchar checksum;

 

l_bool done;

 

l_state state;

 

l_bool error;

 

}l_frame;

 

其中pid為標(biāo)識(shí)符，data為報(bào)文數(shù)據(jù)，datalen為數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，checksum為校驗(yàn)和，state為狀態(tài)機(jī)狀態(tài)，其類(lèi)型定義如下：

 

typedef enum

 

{

 

l_IDLE,

 

l_BREAK,

 

l_SYNC,

 

l_PID,

 

l_DATA,

 

l_CHECKSUM

 

}l_state;

 

狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)在SCI接收中斷處理函數(shù)中實(shí)現(xiàn)，部分實(shí)現(xiàn)如下：

 

void l_ifc_rx_BcmIfc(void)

 

{

 

uchar ch,tmp,i;

 

ch=Lin_periph[SCIDRL];

 

switch(Cur_frame.state){

 

case l_IDLE:

 

if(0x00==ch){

 

Cur_frame.state=l_BREAK;

 

l_SendChar(0x55);

 

}else{

 

Cur_frame.state=l_IDLE;

 

}

 

break;

 

case l_BREAK:

 

if(0x55==ch){

 

Cur_frame.state=l_SYNC;

 

l_SendChar(Cur_sch_item->pid);

 

}else{

 

Cur_frame.state=l_IDLE;

 

}

 

break;

 

case l_SYNC:

 

if(Cur_sch_item->pid!=ch){

 

Cur_frame.state=l_IDLE;

 

}else{

 

Cur_frame.state=l_PID;

 

Cur_frame.pid=Cur_sch_item->pid;

 

Cur_frame.datalen=Cur_sch_item->datalen;

 

if(l_SEND==Cur_sch_item->mode){

 

tmp=Cur_sch_item->data[0];

 

l_SendChar(tmp);

 

Cur_frame.data[0]=tmp;

 

Cur_frame.datalen--;

 

}

 

}

 

break;

 

case l_PID:

 

Cur_frame.state=l_DATA;

 

if(l_SEND==Cur_sch_item->mode){

 

if(Cur_frame.datalen==0){

 

Cur_frame.check=l_CalcChksum();

 

l_SendChar(Cur_frame.checksum);

 

Cur_frame.done=1;

 

}else{

 

tmp=Cur_sch_item->data[Cur_sch_item->datalen-Cur_frame.datalen];

 

l_SendChar(tmp);

 

Cur_frame.data[Cur_sch_item->datalen-Cur_frame.datalen]=tmp;

 

Cur_frame.datalen--;

 

}

 

}else{

 

Cur_frame.data[0]=ch;

 

Cur_frame.datalen--;

 

}

 

break;

 

case l_DATA:

 

...

 

break;

 

case l_CHECKSUM:

 

default:

 

break;

 

}

 

}

 

在聲明變量和函數(shù)時(shí)，均以“l_”開(kāi)頭，這樣可以避免跟其他模塊在變量和函數(shù)命名空間上的沖突，從而增強(qiáng)了可移植性。

 

3 應(yīng)用層：

 

應(yīng)用層主要實(shí)現(xiàn)報(bào)文信號(hào)訪問(wèn)及通信管理。

 

3.1 信號(hào)訪問(wèn)

 

首先為每個(gè)報(bào)文的數(shù)據(jù)場(chǎng)根據(jù)信號(hào)在報(bào)文數(shù)據(jù)場(chǎng)中的位置及長(zhǎng)度設(shè)計(jì)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體，然后以結(jié)構(gòu)體成員變量的方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行訪問(wèn)。以與本節(jié)點(diǎn)通信的一個(gè)陽(yáng)光傳感器所發(fā)報(bào)文為例，報(bào)文數(shù)據(jù)場(chǎng)長(zhǎng)度為l_SunSensLen=4，其信號(hào)包括陽(yáng)光采樣值、大燈操作請(qǐng)求、小燈操作請(qǐng)求等，報(bào)文數(shù)據(jù)場(chǎng)結(jié)構(gòu)體如下所示：

 

typedef struct

 

{

 

l_bool l_ss_sshealth:1;

 

l_u8 l_ss_headlampreq:2;

 

l_bool l_ss_poslampreq:2;

 

l_u8 :3;

 

l_u8 l_ss_ssvalue:8;

 

l_u8 l_ss_headlampswth:8;

 

l_bool l_ss_sserror:1;

 

l_u8 :3;

 

l_u8 l_ss_ssmsgcounter:4;[!--empirenews.page--]

 

}l_ss_msgType;

 

為了使用的方便，定義聯(lián)合體如下：

 

typedef union

 

{

 

l_u8 data[l_SunSensLen];

 

l_ss_msgType sunsens;

 

}l_ss_msgBuf;

 

為該報(bào)文數(shù)據(jù)場(chǎng)定義全局變量 l_ss_msgBuf l_SunSens;采取“不帶復(fù)制的訪問(wèn)方式”5，直接對(duì)LIN信號(hào)賦值和取值，如對(duì)l_SunSens.sunsens.l_ss_headlampreq進(jìn)行讀寫(xiě)便實(shí)現(xiàn)了對(duì)大燈操作請(qǐng)求信號(hào)的訪問(wèn)。之所以采取這種方式，是因?yàn)椴捎谜{(diào)度表方式的LIN報(bào)文周期固定，信號(hào)變化的速度為調(diào)度表長(zhǎng)度的整數(shù)倍，對(duì)于LIN應(yīng)用而言，基本為百毫秒的量級(jí)，應(yīng)用程序?qū)IN信號(hào)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)速度遠(yuǎn)大于這個(gè)變化速度，即在數(shù)據(jù)產(chǎn)生變化之前已經(jīng)被訪問(wèn)了，這種方式簡(jiǎn)單直觀而且節(jié)省了變量空間。

 

3.2 通信管理

 

LIN通信采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)的方式調(diào)度通信，調(diào)度表管理是通信管理的核心，下面先給出調(diào)度表?xiàng)l目的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

 

typedef struct

 

{

 

uchar handle;

 

uchar pid;

 

l_Resp_mode mode;

 

uchar datalen;

 

uchar *data;

 

uchar ticks;

 

}l_sch_table_item;

 

調(diào)度表為l_sch_table_item結(jié)構(gòu)體數(shù)組，pid表示該條目對(duì)應(yīng)哪一個(gè)報(bào)文，mode表示本節(jié)點(diǎn)發(fā)送還是接收該數(shù)據(jù)場(chǎng)，*data為該報(bào)文數(shù)據(jù)場(chǎng)結(jié)構(gòu)體的地址，ticks為該時(shí)間槽的長(zhǎng)度，在對(duì)調(diào)度表數(shù)組進(jìn)行初始化時(shí)，將報(bào)文數(shù)據(jù)場(chǎng)結(jié)構(gòu)體變量的地址賦給調(diào)度表?xiàng)l目中的*data，這樣便實(shí)現(xiàn)了訪問(wèn)方式一節(jié)中的“不帶復(fù)制的訪問(wèn)方式”。調(diào)度表是一個(gè)環(huán)形的序列，調(diào)度到表尾則切換到表頭繼續(xù)輪轉(zhuǎn)，調(diào)度表的輪轉(zhuǎn)函數(shù)如下所示：

 

void l_sch_tick(void)

 

{

 

if(1==TM[LIN_TIMESLOT_MS].overflow_flag){

 

TM[LIN_TIMESLOT_MS].overflow_flag=0;

 

if(Cur_sch_item==&l_sch_table_main[l_MAIN_SLOTS-1]){

 

Cur_sch_item=l_sch_table_main;

 

}else{

 

Cur_sch_item++;

 

}

 

Cur_frame.state=l_IDLE;

 

Cur_frame.done=0;

 

Cur_frame.error=0;

 

if(Cur_sch_item->pid!=l_Freepid){

 

l_SendBreak();

 

}else{

 

;

 

}

 

TimerStart(LIN_TIMESLOT_MS,Cur_sch_item->ticks,0,1);

 

}

 

}

 

應(yīng)用層功能還包括休眠和喚醒功能，在此不再贅述。

 

結(jié)語(yǔ)

 

 

 

本文實(shí)現(xiàn)的LIN協(xié)議驅(qū)動(dòng)器模塊可以方便得集成到應(yīng)用程序中，并且獨(dú)立于具體的處理器和所采用的操作系統(tǒng)，可移植性良好，具有很好的實(shí)用價(jià)值和借鑒意義。