LIN总线节点的设计

自动化与仪器仪表LIN总线节点的设计杭州浙江大学流体传动及控制国家重点实验室(310027)宋开臣陈舒摘要: 介绍了汽车网络系统A类串行总线通信标准LIN协议2.0版本(最新版本),设计了总线节点的硬件和通信程序,规划了电动汽车车身网络总线结构。关键词: LIN总线通信节点随着汽车电子业的飞速发展，车辆上的电子装置越任务模块 (Master Task) 和若干个从机任务模块(Slave来越多,电子装置之间的通信技术也越来越先进。传统的Task)组成。主机节点中既有主机任务模块又有从机任电器系统大多采用点对点的单一通信方式，相互之间少务模块;其它节点中只有从机任务模块。图1是由一个有联系,这样必然造成布线系统庞大,因而现代车辆上的主机节点、两个从机节点组成的LIN网络。电子系统广泛采用网络技术来实现彼此之间的通信。1998年",汽车制造商奥迪公司、宝马公司、戴姆勒克主节点从节点莱斯勒公司、沃尔沃汽车公司、大众汽车公司、通信领域主机任务的专业厂商火山通信技术公司以及半导体生产商摩托从机任务_「从机任务7从机任务罗拉公司共同创建了LIN( Local Interconneet Network)协会,其目的是为汽车网络系统提供一个开放的A类(数据传LIN总线输位速率通常小于10kb/sv 的低速车身网络)串行总线图1 LIN网络结构图通信标准，允许在此基础上开发汽车低端网络系统,并在LIn网络中,主机任务模块决定什么时候在总线且不需要使用者支付使用费用或版税。上传输什么报文帧,而从机任务模块则提供每一帧需要1LIN协议的通讯机制传送的数据。主机任务模块和从机任务模块都是帧处理1.1主机和从机从通讯协议的角度来看,一个LIN网络由一个主机层的组成部分。(接上页)器快速、平稳、准确,从而获得满意的控制效果。PID调节器的参数整定可以使用扩充临界比例度法I51。计算E(h )= Voset- Vo(h)该设计将经典PID控制理论融入激光二极管功率计算U(k)=K,E(k)控制中,采用数字调节方式,初始驱动电流(LD输出功率)可设置,最小电流可调量小,调节精度高,最大驱动.计算U(k)=KE(k)+P(k-1)电流可变。将该驱动电路与温度控制电路配合使用(LD的阈值电流和输出功率受工作温度的影响较大)，可使| 计算U,(k)=Ko[E(k)-E(h-1)]激光二极管输出功率高度稳定且可调。参考文献|计算U(k)=U,(k)+U/(k)+ Ur(k)1刘伟,万秋玉,迟立华.稳定化激光二极管电源.哈尔滨理工大学学报, 2001 ;6(6):98将U(h)转换成双字节整数2孙番典.-种高精度可调节半导体激光管控制电路.大学物理实验, 1996;9(2):18E(k-1)←-E(k)3贾宏志,李育林，张倍琨.半导体激光器驱动电源的设计.应用激光, 1999(4):181回)4杨位钦,谢锡祺.自动控制理论基础.北京:北京理工大学出版社, 1991:230图5位置型浮点PID运算程序流程图5潘新民,王燕中国煤化工:设计.北京:人定,加快系统的动作速度,减少超调时间,改善系统的动民邮电出版社YHCNMH G态特性。若能将三种作用的强度配合适当,可以使控制(收稿日期:2004-08-20)《电子技术应用》2004年第12期.本刊邮箱:eta@ncse.com.cn41自动化与仪器仪表1.2报文帧总线;采用AT89C2051作为从机节点的MCU是因为暂一个报文帧由一个帧头(由主机任务模块提供)和时不对从机节点所实现的具体功能进行设计,而只是着一个响应帧(由从机任务模块提供)组成。帧头包括一个重于LIN网络通讯部分的设计。要履行LIN规范的通讯同步间隔场(SYNCH BREAK FIELD)、 一个同步场时序，所有节点都必须配备-个精确的振荡参考源,即(SYNCH FIELD)和一个标识符场。报文帧的用途由标识主 机节点( M306NBFCTFP )和从机节点(AT89C2051)上的符唯一定义,约定的从机任务根据标识符提供相关的响晶振。M306NBFCTFP片内有一个专用的波特率发生器用应帧并发送到总线上(如图2、图3所示),响应帧由2、于串口通讯，而AT89C2051则把定时器T1作为波特率4或8字节的数据场(DATA FIELD) 和一个校验和场.发生器。M306NBFCTFP将I/O口作为扩展区域。这两种.(CHECKSUM FIELD)组成。 对这个标识符相联的数据感微控制 器都具有增强型UART,可用于支持串行LIN传兴趣的从机任务将接收响应帧,校验和检验通过后对数输。 定时器T0可用于各种超时检测。此外,由于LIN的据进行处理。同步间隔超过普通UART所能处理的长度,所以从机节点AT89C2051使用中断来进行同步间隔检测。主机任务--帧头帧头图4和图5分别为主机节点和从机节点的电路原理图从机任务|响应帧}.2.2LIN总线通讯软件的设计LIN节点是通过应用程序中的主机任务和从机任务图2LIN网络的通讯过程来实现LIN网络通讯的。主机节点包含主机任务和从机帧时段任务,从机节点仅包含从机任务。主机任务流程图如图6所示,从机任务流程图如图7所示。LN主机任务包括以下内容:。帧头响应作响应帧.定义波特率(2kbit/s到20kbit/s); .●发送间隔场和同步场信号序列;间隔场同步场 标识符数据1数据2数据N校验和●发送标识符场;图3LIN网络的帧结构.监控并检查校验和,验证数据的有效性;这样的通讯机制带来了非常理想的效果:.请求从机进入睡眠模式,需要时再将其唤醒;..系统灵活性:在LIN网络中可以直接增加节点而不需.对从机的唤醒进行响应。要对其它从机节点的硬件和软件进行修改;从机任务包括以下内容:. . 报文路由:报文的内容由标识符定义;●检测间隔场信号;.广播:多个节点可以同时接收一个单独的报文.在同步区与网络取得同步;帧,并对报文作出反应。2LIN总线试验平台的软硬件设计Master2.1 MCU芯片MCU主机MCU选用了瑞萨(Renesas)公司的M16C/6N系总线物胞CAN!厂CANCAN| SCI/IN'LIN .l UART物理层接口总线.列的M306NBFCTFP,其特点如下:. i------.--...........................128KROM,5KRAM图4主机节点电路原理图.三路串行口(两路UART/时钟同步口,-路时钟同步口)Slave-路CAN模块JIN↑LIN●丰富的I/O资源总线| | 物理层接口从机MCU选用Atmel公司的基于8051内核的微控.制器AT89C2051 ,其特点为:图5从机节点电路原理图.2K字节的Flash|按照进度表.128x8位的内部RAM执行任务-入发送条件.两个16位定时器/计数器不满足.可编程的串行UART口采用M306NBFCTFP作为主机节点的MCU是因为它发送间中国煤化工送受保护具有CAN接口模块,而且增强型UART可用于支持LINYHCNMH C标识符图6主机任务流程图42欢迎 网上投稿www .aetnet.cn www .aetnet.com.cn《电子技术应用》2004年第12期自动化与仪器仪表.●+总线休眠中J同步间隔场检测同步间隔场检测出错[顶篷天窗接收受保护总线唤醒.标识符无法识别或者雨刷后视镜的标识符发送，接收条件不够”标识符为标识符为发送数据传感器接收数据读回值不等于发送值| 空调电机方向盘多个数据发送数据发送最后一个数据J出错处理[空调电机LIN发送校验和读回值等于发送值则空调控制控制面板帧出错,则出错处理成功，否则出错处理日一CAN目车门控制|座椅控制|灯组控制多个数据.接收最后一个数据接收校验和校验和有效则保存数据并置工JINqo| LIN成功位,否则出错处理司机门图7从机任务流程图[ 副司机门位置电机前车灯.解释标识符,并作出相应动作:左后门后车灯不需要任何通讯操作;右后门[ 开关面板电机接收数据场数据;发送响应帧;行李箱.检查/发送校验和。3电动汽车车身总线网络结构图9车身系统 LIN网络规划图.根据LIN总线的物理层规定,LIN总线采用改进的模块、控制 面板模块以及灯组模块,这些模块分别作为1IS09141单总线标准,总线驱动为12V 电源。编码方式为LIN子网络的主机节点。NRZ (Not Returm Zero), 电平分为隐性电平“1”和显性电LIN总线的目标是为现有汽车网络提供一种低速平“0”两种,其误差要求如下:对于发出信息的节点,发总线通讯标准，它能满足CAN总线所不要求的带宽和出的隐性电平不得低于电源电压的80% ,显性电平不得功能,使用LIN总线可大大节省成本。而在我国,对于汽.高于电源电压的20%;对接收节点来说,接收到的隐性车总线的研究只是 处于初步阶段。为了缩短同国外轿车电平不得低于电源电压的60% ,显性电平不得高于电源技术水平的差距,提高自身的竞争力,单纯靠技术引进电压的40%。考虑到信号衰弱等因素,LIN总线的长度不利于我国汽车电子技术的长期发展，研究和开发我国最大不超过40米;同时一个LIN子网络上的节点数目自己的汽车网络应用系统势在必行。本文确立了MCU+小于16个。LIN接口芯片的LIN节点硬件结构,实现了主机/从机任根据电动汽车A类网络各功能单元对通讯功能的务的LIN网络通讯，规划出了我国电动汽车车身系统实时性、传输距离的要求,均衡考虑性能和成本等因素,LIN总线结构,为我国汽车LIN总线A类网络高层通讯确定LIN总线在电动汽车车身上的网络结构,可以从图协议的制定奠定了基础。8中几个典型的A类网络功能单元进行分析。参考文献车身系统网络规划如图9所示。图9中将车身系统1 Lin Consortium. LIN Organization & Access Policy ,2002.4的A类网络功能单元划分为车门模块,空调模块、座椅2 LIN Specifcation Package, Revision 2.0. Motorola Co, Sep.23, 2003车尾:传感器、| 方向盘:方向控制开关、挡风3 M16C/6N0/6N1 Group Data Sheet. Renesas Technology Cop,照明灯组等玻璃上的擦试装置、灯组2003控制健盘、空调、座椅、控制|车顶:湿度传感器、光敏电机、转速传感器等4 Philips Micrortoles in LIN Apicaions. Philis Semicon-传感器、信号灯控制、汽车顶篷、天窗等ductors, 2002.85 Prelimninary Application Note TJA1020 LIN Transceiver.车门:车窗玻璃、中枢锁、Philips Semicondn车窗玻璃开关、吊窗于大特高小电机、中国煤化工前照明灯组等6 TJA1020 Data; 2002图8车身系统主要功能单元7 AT89C2051 DatCNMHGo0o(收稿日期: 2004-08-20)《电子技术应用》2004年第12期本刊邮箱:eta@ncse.com.cn4