如何做网站背景,建立自己的网站怎么样做,代刷网站推广,php网站开发简介汽车电子系统总线LIN通信协议精要 文章目录 汽车电子系统总线LIN通信协议精要简介LIN信号的物理层LIN总线收发器 LIN通信协议LIN的主机和从机LIN报文帧结构同步间隔段#xff08;Break field#xff09;同步段#xff08;Sync field#xff09;受保护的帧ID#xff08;Pro…汽车电子系统总线LIN通信协议精要 文章目录 汽车电子系统总线LIN通信协议精要简介LIN信号的物理层LIN总线收发器 LIN通信协议LIN的主机和从机LIN报文帧结构同步间隔段Break field同步段Sync field受保护的帧IDProtected Identifier field应答数据段Data field校验和段Checksum field LIN总线的波形 参考文献 简介
本地互联网络 LINLocal Interconnect Network总线协议是基于UART/SCIUniversal Asynchronous Receiver-Transmitter/SerialCommunication Interface通用异步收发器/串行通信接口的低成本串行通信协议。在车载电子系统中相对于CAN总线而言LIN总线协议较为简单对单片机的要求也并不高基本的串口就可以实现成本较低可作为CAN总线的辅助总线。LIN总线广泛应用于车门、车窗、车灯以及中控锁等车身控制领域。
表x LIN总线协议大事记 时间事件1998年10月在德国 Baden Baden 召开的汽车电子会议上LIN 总线的设想首次被提出。1999年LIN 联盟成立。最初的成员有奥迪、宝马、克莱斯勒、摩托罗拉、博世、大众和沃尔沃。2000年LIN 联盟开始接收第一批成员。2001年第一辆使用 LIN 总线汽车下线。2002年LIN 规范 V.1.3 版本发布。2003年LIN 规范 V.2.0 版本发布。2004年LIN 总线一致性测试规范发布。2006年LIN 标准规范 V.2.1 版发布。2010年LIN 规范包Specification Package Revision 2.2A 发布。
最新的标准
ISO 17897-2016/2019SAE J2602-1_202110: LIN Network for Vehicle Applications - SAE International ISO 17987-1,Part1: General information and use case definitionISO 17987-2,Part2: Transport protocol and network layer servicesISO 17987-3,Part3: Protocol specificationISO 17987-4,Part4: Electrical Physical Layer (EPL) specification 12V/24VISO 17987-5,Part5: Application Programmers Interface (API)ISO 17987-6,Part6: Protocol conformance test specificationISO 17987-7,Part7: Electrical Physical Layer (EPL) conformance test specificationISO 17987-8,Part 8: Electrical physical layer (EPL) specification: LIN over DC powerline (DC-LIN)
LIN总线有如下特点
单主机同多从机通信无需仲裁机制所有通信过程由主机主导低成本基于通用UART接口几乎所有的微控制器都具备LIN必需的硬件单线信号传输通信协议简单LIN具有可预测的电磁兼容性能为了限制EMC的强度LIN协议规定了最大传输速率为20kbpsLIN总线提供信号的配置、处理、识别和诊断功能。
LIN总线在汽车中一般不独立存在通常与上层CAN网络相连形成CAN-LIN网关节点通常汽车电子中整车厂会规定该“网关节点”的控制器归属。如图x所示。
图x CAN-LIN节点在CAN网络中的角色 LIN网络内部包括LIN Master Node主机节点和LIN Slave Node从机节点其中主机节点可以运行一个主机任务和一个从机任务而从机节点上仅能运行一个从机任务。整个网络中必须包含一个主机节点和最多15个从机节点。如图x所示。 图x LIN网络中的主机和从机 注意LIN协议对任务进行建模约定主机任务仅为发送帧首从机节点处理应答数据发送或接收。所以从机节点仅实现发送数据和接收数据的操作故仅运行从机任务主机节点的主机任务发送帧首后还可交由主机节点的从机任务发送或者接收应答任务。其中主机任务发送的帧ID就包含了数据应由哪个节点发送上线、哪个节点捕获数据的约定。由此还可以设想一种只有主机任务的主机节点但此时意义不大主机任务协调网络中的各节点最终都是为了将本机的数据部署至网络节点或从网络节点中取数如果将主机节点的主机任务同自己的从机任务分类就需要这两个任务做好同步如此还不如放在同一个节点上方便管理。
LIN信号的物理层
LIN总线仅使用一根信号线信号线上传输逻辑电平信号其中“0”为显性电平、“1”为隐性电平显隐性与CAN总线是相同的。传输信号在总线上实行“线-与”
当总线有至少一个节点发送显性电平时总线呈现显性电平所有节点均发送隐性电平或者不发送信息时总线呈隐性电平即显性电平起着主导作用。
实际上在使用LIN总线时相对于微控制器上集成的LIN协议控制器LIN通信引擎外设例如LINFlexD还需要搭配一个LIN收发器芯片将LIN协议控制器的Tx和Rx信号同LIN总线上的显性信号和隐形信号进行转换。如图x所示。 图x LIN协议控制器和和LIN收发器 ### LIN协议控制器
协议控制器主体是一个基于UART/SCI的通信控制器以半双工方式工作。协议控制器既可以使用专用模块实现也可以用“UART/SCI定时器”实现
发送数据时LIN协议控制器把数据以UART的数据格式8数据位1停止位无校验位送往LIN总线收发器接收数据时LIN总线收发器捕获来自总线的串行信号流显性隐性数据转换成UART的数据格式送回LIN协议控制器。
LIN协议控制器需要产生和识别帧的同步间隔段。同步间隔段包含一段长度至少为13位的低电平再加上一段长度至少为1位的高电平的同步间隔隔离段。产生和识别同步间隔段的机制虽然增加了硬件设计的复杂度但是从接收方的角度看这样做能把同步间隔段与普通的数据字节区别开确保了同步信息的准确性。
协议控制器需要能够发送和捕获唤醒信号
协议控制器要能执行本地唤醒Local Wakeup。当需要唤醒总线时协议控制器通过总线收发器向 LIN 总线送出唤醒信号。协议控制器要能识别总线唤醒Bus Wakeup。当收到来自 LIN 总线的唤醒信号时协议控制器能够正确动作进入规定的通信状态。
LIN总线收发器
总线收发器的主体是一个双向工作的电平转换器完成协议控制器的高-低电平与LIN总线的隐性-显性电平之间的转换。
LIN规范规定LIN总线的电平以总线收发器的供电作为参考电平。为了克服电源波动和参考点漂移的影响LIN规范要求总线收发器要能承受±11.5%的电源波动和参考点电平波动并且能承受电源和参考点之间8%的电位差波动。收发双方的电平鉴别门限也设置了较大的冗余度。
总线收发器还包括一些附加的功能例如总线阻抗匹配、压摆率(Slew-rate)控制等。
此外LIN规范要求总线收发器具备这样一种特性本地节点掉电或工作异常时不能影响总线上其他节点工作。
一个典型的总线收发器应用电路如图x所示。 图x EVB-YTM32B1M-Q144开发板上的LIN收发器电路 LIN通信协议
LIN的主机和从机
LIN报文帧由帧头Hearder与应答Response两部分组成。如下图所示传输过程中
帧头总是由主机任务发出。帧头包括一个帧间隔段、一个同步段以及一个帧标识号从机任务接收帧头作出解析决定发送应答数据接收来自主机或别的从机的应答数据不回复
图x LIN主机和从机的交互 注意图x中描述的是主机任务和从机任务而不是节点。通常情况下从机节点中仅执行从机任务根据主机任务发出的帧头做出响应发送数据和接收数据。但主机节点是包含主机任务和从机任务主机节点把发送帧头的工作归到主机任务上把数据通信的工作归到从机任务上。即当主机节点向从机节点送数时先由主机节点的主机任务发出帧头再由主机节点的从机任务送出数据当主机节点从从机节点要数时先由主机节点的主机任务发出帧头再由主机节点的从机任务从总线上捕获数据。由此也可以将主机任务别称为“帧头任务”对应从机任务为“数据任务”。
LIN报文帧结构
LIN报文分为帧头和应答两个阶段其中由主机发送的帧头内部包含同步间隔段、同步段和受保护ID段主机发送或者从机发送的应答段内部包含最多8个字节的数据段和校验和。
图x LIN通信帧结构 还需要注意的是帧头和应答中间是允许有一定的时间间隔的用于给从机任务捕获和解析帧头并准备应答数据留足的时间。如图x所示。
图x LIN通信帧的响应延迟 在LINFlexD引擎中还可以由软件配置从帧头结束到应答开始中间的间隔时间容限判定超时事件。
同步间隔段Break field
注意 图x LIN通信帧结构 中帧的所有间隙均为隐性电平“1”总线空闲时也是保持隐性电平“1”的状态并且LIN通信帧中除了同步间隔段外任何其它字段都不会出现多于9位的显性电平。同步间隔段由至少13位通常选择13位或14位显性电平组成用于将不同的通信帧相互分隔开来。同步间隔段就用来表示一帧的开始。另外同步间隔段的间隔符Break Delimiter 至少为1位隐性电平。如图x所示。 图x 同步间隔段与同步间隔段隔离符 同步段Sync field
在介绍同步段之前先介绍一下字节段结构Byte Field Structure的概念字节段结构包括1位起始位Start Bit显性 8位数据位 1位停止位Stop Bit隐性这是一种标准UART数据传输格式。在 LIN 的一帧当中除了同步间隔段后面的各段都是通过字节域的格式传输的。 LIN 帧中的数据传输都是先发送LSBLeast Significant Bit最低有效位最后发送 MSBMost Significant Bit最高有效位。LIN总线使用字节0x5501010101b进行同步在从机节点上可以采用非高精度时钟如果存在偏差可以通过同步段来调整。同步段中的就是一个值为0x55的字节。
图x LIN通信帧中的同步段 受保护的帧IDProtected Identifier field
受保护的帧ID中包含两部分6个比特的ID编号和2比特的奇偶校验位。
图x LIN通信帧中的PID段 其中帧ID的取值范围为0x00~0x3F共64个帧ID标识了帧的类别从机任务会根据帧头ID作出反应接收/发送/忽略应答。其中校验位P0和P1的计算方式如下
P0 ID0 xor ID1 xor ID2 xor ID4
P1 not ( ID1 xor ID3 xor ID4 xor ID5 )特别注意LIN总线的ID同CAN总线相似标识的是消息的类型并不是从机节点的地址例如I2C总线。LIN总线根据帧ID的不同将报文分为信号携带帧、诊断帧、保留帧。此为应用层的约定此处暂不展开。
应答数据段Data field
数据段包含1-8个字节。LIN2.x规定可传输的LIN字节数为248并不是1-8内任意一个数字。一般而言车内会选择统一字节数最常用的是每帧传递8个字节。
图x LIN通信帧中的数据段 与CAN总线包括DLC字段不同LIN协议中并没有规定数据长度的信息数据内容和长度均由应用系统的设计者根据帧ID提前设计。总线上的数据以广播形式发出任何节点都可收到但并非对每个节点有用。具体到发布与接听是由哪个节点完成这取决于应用层的配置。通常情况下帧的应答总线上只存在一个发布节点否则会出现错误。事件触发帧例外它可能出现01和多个发布节点。
校验和段Checksum field
效验和段是为了对帧传输的内容进行效验。校验和段的1个字节的值是将本帧数据段和PID段的值按照8位求和再取反得到的。
效验分为标准型效验与增强型效验
经典款校验和Classical Checksum仅计算数据段的部分适用于LIN v1.3及更早期的版本。增强型校验和Enhanced Checksum计算数据段和PID部分适用于LIN v2.0及以后的版本。
采用标准型还是增强型是由主机节点管理发布节点和收听节点根据帧ID来判断采用哪种效验和。
在YTM32B1ME微控制器的手册中描述LINFlexD发送帧头时可以在寄存器LINFlexD_BIDR[CCS]中选择将发送或者检测增强型校验和还是经典款校验和。
LIN总线的波形 图x LIN总线上的波形 上图展示了LIN总线的通讯方式可以看出无论什么时候帧头都是由主机节点发布当主机节点要发布数据时整个帧全部由主机节点发送。当从机节点要发布数据时帧头部分由主机节点发布应答部分由从机节点发布这样其余节点都能收到完整的报文。所以LIN总线的通讯都是由主机节点发起只要合理的规定好每个节点的配置这样就不会存在总线冲突的情况事件触发帧冲突时采用冲突解决进度表。
参考文献
《一文看懂LIN总线》https://zhuanlan.zhihu.com/p/357967013Demu发布于 2021-03-18 09:38YTM32B1ME0x_RM.pdf
