自動化與儀器儀表LIN總線節(jié)點的設計杭州浙江大學流體傳動及控制國家重點實驗室(310027)宋開臣陳舒摘要: 介紹了汽車網(wǎng)絡系統(tǒng)A類串行總線通信標準LIN協(xié)議2.0版本(最新版本),設計了總線節(jié)點的硬件和通信程序,規(guī)劃了電動汽車車身網(wǎng)絡總線結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞: LIN總線通信節(jié)點隨著汽車電子業(yè)的飛速發(fā)展，車輛上的電子裝置越任務模塊 (Master Task) 和若干個從機任務模塊(Slave來越多,電子裝置之間的通信技術(shù)也越來越先進。傳統(tǒng)的Task)組成。主機節(jié)點中既有主機任務模塊又有從機任電器系統(tǒng)大多采用點對點的單一通信方式，相互之間少務模塊;其它節(jié)點中只有從機任務模塊。圖1是由一個有聯(lián)系,這樣必然造成布線系統(tǒng)龐大,因而現(xiàn)代車輛上的主機節(jié)點、兩個從機節(jié)點組成的LIN網(wǎng)絡。電子系統(tǒng)廣泛采用網(wǎng)絡技術(shù)來實現(xiàn)彼此之間的通信。1998年",汽車制造商奧迪公司、寶馬公司、戴姆勒克主節(jié)點從節(jié)點萊斯勒公司、沃爾沃汽車公司、大眾汽車公司、通信領(lǐng)域主機任務的專業(yè)廠商火山通信技術(shù)公司以及半導體生產(chǎn)商摩托從機任務_「從機任務7從機任務羅拉公司共同創(chuàng)建了LIN( Local Interconneet Network)協(xié)會,其目的是為汽車網(wǎng)絡系統(tǒng)提供一個開放的A類(數(shù)據(jù)傳LIN總線輸位速率通常小于10kb/sv 的低速車身網(wǎng)絡)串行總線圖1 LIN網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖通信標準，允許在此基礎上開發(fā)汽車低端網(wǎng)絡系統(tǒng),并在LIn網(wǎng)絡中,主機任務模塊決定什么時候在總線且不需要使用者支付使用費用或版稅。上傳輸什么報文幀,而從機任務模塊則提供每一幀需要1LIN協(xié)議的通訊機制傳送的數(shù)據(jù)。主機任務模塊和從機任務模塊都是幀處理1.1主機和從機從通訊協(xié)議的角度來看,一個LIN網(wǎng)絡由一個主機層的組成部分。(接上頁)器快速、平穩(wěn)、準確,從而獲得滿意的控制效果。PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定可以使用擴充臨界比例度法I51。計算E(h )= Voset- Vo(h)該設計將經(jīng)典PID控制理論融入激光二極管功率計算U(k)=K,E(k)控制中,采用數(shù)字調(diào)節(jié)方式,初始驅(qū)動電流(LD輸出功率)可設置,最小電流可調(diào)量小,調(diào)節(jié)精度高,最大驅(qū)動.計算U(k)=KE(k)+P(k-1)電流可變。將該驅(qū)動電路與溫度控制電路配合使用(LD的閾值電流和輸出功率受工作溫度的影響較大)，可使| 計算U,(k)=Ko[E(k)-E(h-1)]激光二極管輸出功率高度穩(wěn)定且可調(diào)。參考文獻|計算U(k)=U,(k)+U/(k)+ Ur(k)1劉偉,萬秋玉,遲立華.穩(wěn)定化激光二極管電源.哈爾濱理工大學學報, 2001 ;6(6):98將U(h)轉(zhuǎn)換成雙字節(jié)整數(shù)2孫番典.-種高精度可調(diào)節(jié)半導體激光管控制電路.大學物理實驗, 1996;9(2):18E(k-1)←-E(k)3賈宏志,李育林，張倍琨.半導體激光器驅(qū)動電源的設計.應用激光, 1999(4):181回)4楊位欽,謝錫祺.自動控制理論基礎.北京:北京理工大學出版社, 1991:230圖5位置型浮點PID運算程序流程圖5潘新民,王燕中國煤化工:設計.北京:人定,加快系統(tǒng)的動作速度,減少超調(diào)時間,改善系統(tǒng)的動民郵電出版社YHCNMH G態(tài)特性。若能將三種作用的強度配合適當,可以使控制(收稿日期:2004-08-20)《電子技術(shù)應用》2004年第12期.本刊郵箱:eta@ncse.com.cn41自動化與儀器儀表1.2報文幀總線;采用AT89C2051作為從機節(jié)點的MCU是因為暫一個報文幀由一個幀頭(由主機任務模塊提供)和時不對從機節(jié)點所實現(xiàn)的具體功能進行設計,而只是著一個響應幀(由從機任務模塊提供)組成。幀頭包括一個重于LIN網(wǎng)絡通訊部分的設計。要履行LIN規(guī)范的通訊同步間隔場(SYNCH BREAK FIELD)、 一個同步場時序，所有節(jié)點都必須配備-個精確的振蕩參考源,即(SYNCH FIELD)和一個標識符場。報文幀的用途由標識主 機節(jié)點( M306NBFCTFP )和從機節(jié)點(AT89C2051)上的符唯一定義,約定的從機任務根據(jù)標識符提供相關(guān)的響晶振。M306NBFCTFP片內(nèi)有一個專用的波特率發(fā)生器用應幀并發(fā)送到總線上(如圖2、圖3所示),響應幀由2、于串口通訊，而AT89C2051則把定時器T1作為波特率4或8字節(jié)的數(shù)據(jù)場(DATA FIELD) 和一個校驗和場.發(fā)生器。M306NBFCTFP將I/O口作為擴展區(qū)域。這兩種.(CHECKSUM FIELD)組成。 對這個標識符相聯(lián)的數(shù)據(jù)感微控制 器都具有增強型UART,可用于支持串行LIN傳興趣的從機任務將接收響應幀,校驗和檢驗通過后對數(shù)輸。 定時器T0可用于各種超時檢測。此外,由于LIN的據(jù)進行處理。同步間隔超過普通UART所能處理的長度,所以從機節(jié)點AT89C2051使用中斷來進行同步間隔檢測。主機任務--幀頭幀頭圖4和圖5分別為主機節(jié)點和從機節(jié)點的電路原理圖從機任務|響應幀}.2.2LIN總線通訊軟件的設計LIN節(jié)點是通過應用程序中的主機任務和從機任務圖2LIN網(wǎng)絡的通訊過程來實現(xiàn)LIN網(wǎng)絡通訊的。主機節(jié)點包含主機任務和從機幀時段任務,從機節(jié)點僅包含從機任務。主機任務流程圖如圖6所示,從機任務流程圖如圖7所示。LN主機任務包括以下內(nèi)容:。幀頭響應作響應幀.定義波特率(2kbit/s到20kbit/s); .●發(fā)送間隔場和同步場信號序列;間隔場同步場 標識符數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)N校驗和●發(fā)送標識符場;圖3LIN網(wǎng)絡的幀結(jié)構(gòu).監(jiān)控并檢查校驗和,驗證數(shù)據(jù)的有效性;這樣的通訊機制帶來了非常理想的效果:.請求從機進入睡眠模式,需要時再將其喚醒;..系統(tǒng)靈活性:在LIN網(wǎng)絡中可以直接增加節(jié)點而不需.對從機的喚醒進行響應。要對其它從機節(jié)點的硬件和軟件進行修改;從機任務包括以下內(nèi)容:. . 報文路由:報文的內(nèi)容由標識符定義;●檢測間隔場信號;.廣播:多個節(jié)點可以同時接收一個單獨的報文.在同步區(qū)與網(wǎng)絡取得同步;幀,并對報文作出反應。2LIN總線試驗平臺的軟硬件設計Master2.1 MCU芯片MCU主機MCU選用了瑞薩(Renesas)公司的M16C/6N系總線物胞CAN!廠CANCAN| SCI/IN'LIN .l UART物理層接口總線.列的M306NBFCTFP,其特點如下:. i------.--...........................128KROM,5KRAM圖4主機節(jié)點電路原理圖.三路串行口(兩路UART/時鐘同步口,-路時鐘同步口)Slave-路CAN模塊JIN↑LIN●豐富的I/O資源總線| | 物理層接口從機MCU選用Atmel公司的基于8051內(nèi)核的微控.制器AT89C2051 ,其特點為:圖5從機節(jié)點電路原理圖.2K字節(jié)的Flash|按照進度表.128x8位的內(nèi)部RAM執(zhí)行任務-入發(fā)送條件.兩個16位定時器/計數(shù)器不滿足.可編程的串行UART口采用M306NBFCTFP作為主機節(jié)點的MCU是因為它發(fā)送間中國煤化工送受保護具有CAN接口模塊,而且增強型UART可用于支持LINYHCNMH C標識符圖6主機任務流程圖42歡迎 網(wǎng)上投稿www .aetnet.cn www .aetnet.com.cn《電子技術(shù)應用》2004年第12期自動化與儀器儀表.●+總線休眠中J同步間隔場檢測同步間隔場檢測出錯[頂篷天窗接收受保護總線喚醒.標識符無法識別或者雨刷后視鏡的標識符發(fā)送，接收條件不夠”標識符為標識符為發(fā)送數(shù)據(jù)傳感器接收數(shù)據(jù)讀回值不等于發(fā)送值| 空調(diào)電機方向盤多個數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送最后一個數(shù)據(jù)J出錯處理[空調(diào)電機LIN發(fā)送校驗和讀回值等于發(fā)送值則空調(diào)控制控制面板幀出錯,則出錯處理成功，否則出錯處理日一CAN目車門控制|座椅控制|燈組控制多個數(shù)據(jù).接收最后一個數(shù)據(jù)接收校驗和校驗和有效則保存數(shù)據(jù)并置工JINqo| LIN成功位,否則出錯處理司機門圖7從機任務流程圖[ 副司機門位置電機前車燈.解釋標識符,并作出相應動作:左后門后車燈不需要任何通訊操作;右后門[ 開關(guān)面板電機接收數(shù)據(jù)場數(shù)據(jù);發(fā)送響應幀;行李箱.檢查/發(fā)送校驗和。3電動汽車車身總線網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖9車身系統(tǒng) LIN網(wǎng)絡規(guī)劃圖.根據(jù)LIN總線的物理層規(guī)定,LIN總線采用改進的模塊、控制 面板模塊以及燈組模塊,這些模塊分別作為1IS09141單總線標準,總線驅(qū)動為12V 電源。編碼方式為LIN子網(wǎng)絡的主機節(jié)點。NRZ (Not Returm Zero), 電平分為隱性電平“1”和顯性電LIN總線的目標是為現(xiàn)有汽車網(wǎng)絡提供一種低速平“0”兩種,其誤差要求如下:對于發(fā)出信息的節(jié)點,發(fā)總線通訊標準，它能滿足CAN總線所不要求的帶寬和出的隱性電平不得低于電源電壓的80% ,顯性電平不得功能,使用LIN總線可大大節(jié)省成本。而在我國,對于汽.高于電源電壓的20%;對接收節(jié)點來說,接收到的隱性車總線的研究只是 處于初步階段。為了縮短同國外轎車電平不得低于電源電壓的60% ,顯性電平不得高于電源技術(shù)水平的差距,提高自身的競爭力,單純靠技術(shù)引進電壓的40%。考慮到信號衰弱等因素,LIN總線的長度不利于我國汽車電子技術(shù)的長期發(fā)展，研究和開發(fā)我國最大不超過40米;同時一個LIN子網(wǎng)絡上的節(jié)點數(shù)目自己的汽車網(wǎng)絡應用系統(tǒng)勢在必行。本文確立了MCU+小于16個。LIN接口芯片的LIN節(jié)點硬件結(jié)構(gòu),實現(xiàn)了主機/從機任根據(jù)電動汽車A類網(wǎng)絡各功能單元對通訊功能的務的LIN網(wǎng)絡通訊，規(guī)劃出了我國電動汽車車身系統(tǒng)實時性、傳輸距離的要求,均衡考慮性能和成本等因素,LIN總線結(jié)構(gòu),為我國汽車LIN總線A類網(wǎng)絡高層通訊確定LIN總線在電動汽車車身上的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),可以從圖協(xié)議的制定奠定了基礎。8中幾個典型的A類網(wǎng)絡功能單元進行分析。參考文獻車身系統(tǒng)網(wǎng)絡規(guī)劃如圖9所示。圖9中將車身系統(tǒng)1 Lin Consortium. LIN Organization & Access Policy ,2002.4的A類網(wǎng)絡功能單元劃分為車門模塊,空調(diào)模塊、座椅2 LIN Specifcation Package, Revision 2.0. Motorola Co, Sep.23, 2003車尾:傳感器、| 方向盤:方向控制開關(guān)、擋風3 M16C/6N0/6N1 Group Data Sheet. Renesas Technology Cop,照明燈組等玻璃上的擦試裝置、燈組2003控制健盤、空調(diào)、座椅、控制|車頂:濕度傳感器、光敏電機、轉(zhuǎn)速傳感器等4 Philips Micrortoles in LIN Apicaions. Philis Semicon-傳感器、信號燈控制、汽車頂篷、天窗等ductors, 2002.85 Prelimninary Application Note TJA1020 LIN Transceiver.車門:車窗玻璃、中樞鎖、Philips Semicondn車窗玻璃開關(guān)、吊窗于大特高小電機、中國煤化工前照明燈組等6 TJA1020 Data; 2002圖8車身系統(tǒng)主要功能單元7 AT89C2051 DatCNMHGo0o(收稿日期: 2004-08-20)《電子技術(shù)應用》2004年第12期本刊郵箱:eta@ncse.com.cn4