Freescale LIN總線應用開發(fā)平臺

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

關鍵詞：汽車電子；車身電子；總線；LIN

引言

在汽車電子系統(tǒng)中，主要存在如圖1所示的幾種網(wǎng)絡協(xié)議。LIN主要應用低速（<20Kb/s）的車身控制環(huán)境，低速CAN多用于事件驅(qū)動的控制環(huán)境（125Kb/s），高速CAN（>500Kb/s），F(xiàn)lexray和Byteflight主要應用于時間驅(qū)動的同步高速控制環(huán)境，而D2B和MOST主要應用于汽車娛樂（圖像和語音）的傳輸和控制。

就車身控制而言，主要的應用基于CAN/LIN總線協(xié)議。基于CAN總線車身控制，在汽車電子上已經(jīng)有廣泛的應用。隨著車上總線節(jié)點的增加及高性能系統(tǒng)向中低檔汽車的發(fā)展，CAN總線相對較高的實現(xiàn)成本就成為一種障礙。因此LIN總線隨之產(chǎn)生。由于LIN硬件的實現(xiàn)是基于普通的串行通信接口（SCI），甚至在子節(jié)點中可以用普通I/O口加上定時器進行模擬，所以其實現(xiàn)成本較低。LIN的目標應用是不需要CAN的性能、帶寬及復雜性的低端系統(tǒng)。通常LIN子總線是現(xiàn)有的CAN網(wǎng)絡的擴充，與CAN網(wǎng)絡一起形成汽車的控制網(wǎng)絡（圖2）。當然，由于其成本較低，也可以獨立用于不是特別復雜的車身控制網(wǎng)絡中。

為了加速基于LIN總線控制系統(tǒng)的開發(fā)周期，F(xiàn)reescale半導體公司開發(fā)了LIN開發(fā)平臺（LIN DEMO）。LIN DEMO系統(tǒng)提供了完整的軟件和硬件，其中，軟件包括標準的LIN底層驅(qū)動軟件和LED顯示的應用軟件。用戶可以在此平臺上很快的搭建起LIN控制網(wǎng)絡

LIN DEMO應用系統(tǒng)

DEMO節(jié)點

LIN DEMO由2個主節(jié)點（9S12C32和MC68HC908GZ60）和4個從節(jié)點（MC68HC908GR60、MC68HC908EY16、MC68HC908QY和MC68HC908QL組成。每個LIN節(jié)點上，都提供了調(diào)試和編程接口（BDM接口（16位單片機）和CYCLONE/Multilink08接口（8位單片機）），同時每個節(jié)點還有1個RS232的串口，可以和PC通信。主節(jié)點有兩種工作模式，兩種模式的切換由1個轉(zhuǎn)換開關來控制。

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

LIN總線工作模式（此模式下，主節(jié)點發(fā)送幀頭，LED燈用來顯示從節(jié)點LED的狀態(tài)。）

LIN總線工作模式下，主節(jié)點LED顯示LED狀態(tài)有變化的從節(jié)點LED狀態(tài)。每個從節(jié)點有4個LED燈，這些燈的狀態(tài)可以通過1個單片機的鍵盤中斷引腳來改變。主節(jié)點有8個LED燈，其中的右邊（低位）4個LED用來顯示從節(jié)點LED燈的狀態(tài)，另外的左邊（高位）4個LED燈用來從節(jié)點的類型和ID號，其中2個用來顯示節(jié)點類型（GR、EY、QY和QL），另外2用來顯示和此從節(jié)點類型相匹配的節(jié)點ID號最低的兩位。

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

所有的從節(jié)點可以在不斷電情況下加入或者脫離總線。當監(jiān)測到有新的從節(jié)點加入，主節(jié)點從0到7清除主節(jié)點的LED，然后把該節(jié)點存入主節(jié)點LED的顯示序列。當監(jiān)測到有節(jié)點脫離總線時候，主節(jié)點從7到0清除主節(jié)點的LED，然后從主節(jié)點LED的顯示序列去掉該從節(jié)點。

正常工作模式下，復位后，每個從節(jié)點響應對于該從節(jié)點ID（可以重新配置）的主接點幀頭，響應的數(shù)據(jù)定義為2個字節(jié)。按動從節(jié)點上的開關，可以增加從節(jié)點上LED的值（從1到15，除去全為零的情況）。當從節(jié)點上的LED值變化之后，主接點上的LED的右邊（低位）4個LED將顯示對應從節(jié)點上LED的值。

在模式配置模式下，用戶可以改變從節(jié)點的ID。從節(jié)點的LED用來顯示本節(jié)點的ID號。從節(jié)點上第一位的LED點亮，表示XXXXXX00；第二位的LED點亮，表示XXXXXX01；第三位的LED點亮，表示XXXXXX10；第四位的LED點亮，表示XXXXXX11。

當所有的從節(jié)點連接到主節(jié)點并且工作正常的時候，通過撥動主節(jié)點上的1個開關，我們可以很容易的讓從節(jié)點進入睡眠狀態(tài)。撥動此開關到OFF檔，5秒鐘以后，GR60和EY16就進入了睡眠（QY4不支持此操作）。

MC68HC908EY16的基本電路原理圖，它包含了LIN節(jié)點和3個跳線。值得注意的是，這些跳線只是在對芯片編程和調(diào)試的時候用到。對芯片編程和調(diào)試時，需要用到Freescale的開發(fā)工具（MULTILIN08/12、CYCLONE08），通過這些工具再和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的引腳到其他的應用中）。

基本的LIN節(jié)點電路圖比較簡單，主要包括MCU，LIN物理層接口和1個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)基礎芯片（SBC）所替換。MCU允許MC33399控制電壓調(diào)節(jié)器。當LIN總線上沒有任何活動時，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)點進入睡眠狀態(tài)，整個從節(jié)點的靜態(tài)電流將小于50微安。在從結(jié)點的電路板（除去QY4）上，我們可以看到所有的LED燈都關閉了（程序的最初設計，使得當MCU上電后，總是有1個LED燈是亮）。

其他節(jié)點得電路圖和MC68HC908EY16的差不多。48腳的GR60主要是用于一些高端應用的LIN節(jié)點中，但是GR60沒有內(nèi)部時鐘，需要外接1個時鐘。GZ60和GR60比較接近，但是，GZ60主接點上多出了1個MC33388的CAN接口。C32是16位單片機，和8位單片機相比，它有了BDM模塊，相對于8位單片機的MULTILINK接口，調(diào)試簡單了很多。

DEMO軟件結(jié)構(gòu)

1.主節(jié)點的軟件結(jié)構(gòu)

主節(jié)點的軟件流程圖。在單片機和LIN驅(qū)動程序初始化以后，通過主節(jié)點PCB板上的1個開關，調(diào)整LIN是否被允許工作。如果睡眠，主節(jié)點上的LED燈會關閉；如果LIN總線工作，則主函數(shù)Main將會周期的發(fā)送幀頭到從節(jié)點。所有的ID號（如表1）在idList[16]中定義。如果函數(shù)LIN_MSG_STATUS（）顯示有對應于幀頭的特定ID，從節(jié)點有反應，則反饋回來的數(shù)據(jù)被讀取，同時，檢查idActiveList[16]判斷這是否為新的LIN從節(jié)點，如果是，則idActiveList[16]對應的位置1，然后NewNode（）函數(shù)被執(zhí)行，節(jié)點的LED燈顯示有新的節(jié)點加入。[!--empirenews.page--]

如果對應于幀頭的特定ID，從節(jié)點沒有反饋，則檢查idActiveList[16]判斷對應的位置是否為1，如果為1，則表明有節(jié)點被除去。同時，LostNode（）函數(shù)執(zhí)行，節(jié)點的LED燈顯示有節(jié)點丟失。

2.從節(jié)點的軟件結(jié)構(gòu)

首先，配置寄存器（CONFIG），I/O寄存器和定時器寄存器初始化。初始化完成后，進入主程序While（1）循環(huán)。對GR60和EY16，程序中的定時由時間基準模塊來實現(xiàn)（TBM）。由于QY4沒有時間基準模塊（TBM），所以程序中的定時由定時器來實現(xiàn)。由于不同的從節(jié)點上，時鐘不一樣，所以每個從節(jié)點執(zhí)行完1個主程序程序環(huán)的時間也不一樣。程序中我們用#Define定義了2個時間周期：按一次開關的時間（按下和跳起，60毫秒）和持續(xù)按住開關的時間（3秒）。對于第3個定時（LIN總線持續(xù)5秒沒有活動，則進入睡眠）在文件Slave.cfg中定義。

是LIN從節(jié)點的主軟件結(jié)構(gòu)。當完成初始化工作，進入主循環(huán)之后，如果LIN總線5秒鐘沒有活動，則進入睡眠狀態(tài)；如果由，則查看按鍵（開關）的類型判斷是進入ID節(jié)點的配置模式，還是進入正常模式。如果是正常模式，則將數(shù)據(jù)（DATA）寫入LED，若進入ID節(jié)點配置模式，則配置ID，然后將ID寫入LED。

是按鍵軟件流程圖。首先判斷按鍵有沒有被按下，如果有則計算按鍵被按下的時間。如果按鍵按下的時間超過3秒，則進入節(jié)點ID配置模式（從0到4，然后再到0，反復進行）；如果按鍵按下的時間為60毫秒，則數(shù)據(jù)（DATA）加1，然后用這個數(shù)據(jù)給LED顯示，同時反饋給主節(jié)點（主節(jié)用LED顯示此數(shù)據(jù)）。

3．LIN底層驅(qū)動軟件

前面的兩個小節(jié)我們講到了應用軟件。本小節(jié)將對LIN底層的驅(qū)動函數(shù)作一個介紹。首先是數(shù)據(jù)類型，主要的數(shù)據(jù)類型是無符號8位數(shù)，惟一的一個16位數(shù)，用來給地址變量（指針）。在驅(qū)動函數(shù)中，主要用到的常量有兩種，一種用來標示LIN總線的驅(qū)動狀態(tài)，一種用來表示LIN傳輸過程中消息幀的狀態(tài)。由于篇幅有限，與作者聯(lián)系可獲得免費的軟件源程序?？偨Y(jié)

Freescale的LIN節(jié)點通信演示平臺，提供了一個很好的LIN控制開發(fā)平臺。用戶可以基于此LIN控制開發(fā)平臺的軟件（驅(qū)動程序）和硬件非常簡單的編寫自己的應用程序（利用CODEWARRIOR集成開發(fā)環(huán)境），然后利用此平臺的底層驅(qū)動軟件和硬件環(huán)境，利用與PC相連的通信接口，燒寫程序，并進行調(diào)試。

參考文獻

1 Motorola Inc.，MC68HC908EY/D，09/2003.

2 Motorola Inc.，MC68HC908QY/D，09/2003.

3 Motorola Inc.，MC68HC908GZ/D，09/2003.

4 Motorola Inc.，MC68HC908GR/D，09/2003.

5 Motorola Inc.，MC9S12C32，2003.

6 LIN Protocol 1.3.

7 AN2573/D，2003.

8 AN2396/D，2003.