淺析一種LIN協(xié)議驅(qū)動器的原理及應(yīng)用設(shè)計
引言：
LIN總線做為CAN總線的有效補充，在低端車身電子領(lǐng)域替代CAN總線，既能滿足功能要求，又能節(jié)約成本，在對成本更加敏感的國產(chǎn)車上得到大規(guī)模應(yīng)用。不同于CAN總線有專門的協(xié)議驅(qū)動器，用戶不用管理底層的通信而直接進行應(yīng)用程序的編寫1，LIN總線沒有專門的協(xié)議驅(qū)動器，一般需要在SCI模塊的基礎(chǔ)上用軟件實現(xiàn)其底層通信，筆者為某國產(chǎn)車設(shè)計了一款LIN主節(jié)點產(chǎn)品，結(jié)合LIN 2.0規(guī)范，首先介紹下LIN協(xié)議驅(qū)動器的功能，然后從數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層兩個方面介紹協(xié)議驅(qū)動器的關(guān)鍵設(shè)計技術(shù)。
1 驅(qū)動器功能：
LIN規(guī)范定義了數(shù)據(jù)格式、報文格式以及基于時間片的調(diào)度通信機制，做為LIN主節(jié)點，需要實現(xiàn)的功能包括：
1、報文的封裝和發(fā)送、接收和解析，根據(jù)報文格式填充/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)動器在SCI的基礎(chǔ)上以軟件的形式實現(xiàn)。軟件就是“數(shù)據(jù)+操作”2，做為一個可復(fù)用、移植性強的軟件模塊，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和API函數(shù)的設(shè)計是軟件模塊設(shè)計的兩個重要組成部分，下面從數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層兩個方面介紹下協(xié)議驅(qū)動器的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計和API函數(shù)設(shè)計。
2 數(shù)據(jù)鏈路層：
數(shù)據(jù)鏈路層主要實現(xiàn)LIN報文的發(fā)送及接收，報文格式如圖1所示：
圖1 LIN報文格式
LIN報文由報文頭+響應(yīng)組成，報文頭包括同步間隔、同步字段和標(biāo)識符三個部分，其中同步間隔為10bit 0，同步場為0x55，標(biāo)識符唯一標(biāo)識該報文;響應(yīng)包括數(shù)據(jù)和校驗和兩個部分，報文數(shù)據(jù)長度由應(yīng)用層設(shè)計指定，也可以認(rèn)為由標(biāo)識符唯一指定，校驗和包括經(jīng)典校驗和和增強型校驗和兩種方式，均采用帶進位加法進行計算，不同之處在于經(jīng)典校驗和只對數(shù)據(jù)做校驗，而增強型校驗和的校驗數(shù)據(jù)中含有標(biāo)識符，診斷報文采用經(jīng)典校驗和，其它報文采用增強型校驗和。
由于LIN物理層為單線通信，且采取一種多從的時間片輪轉(zhuǎn)方式，不存在CAN總線的競爭總線問題3，所以LIN節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)可以回讀到同樣的數(shù)據(jù)，其報文的發(fā)送和接收可以統(tǒng)一在SCI的接收中斷中，以狀態(tài)機的形式實現(xiàn)4，狀態(tài)對應(yīng)報文的各個組成部分，狀態(tài)機跳轉(zhuǎn)條件便是數(shù)據(jù)接收中斷。根據(jù)LIN報文結(jié)構(gòu)，設(shè)計如下形式的結(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)識符，data為報文數(shù)據(jù)，datalen為數(shù)據(jù)長度，checksum為校驗和，state為狀態(tài)機狀態(tài)，其類型定義如下：
typedef enum
{
l_IDLE,
l_BREAK,
l_SYNC,
l_PID,
l_DATA,
l_CHECKSUM
}l_state;
狀態(tài)機設(shè)計在SCI接收中斷處理函數(shù)中實現(xiàn)，部分實現(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，均以“l_”開頭，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，從而增強了可移植性。
3 應(yīng)用層：
應(yīng)用層主要實現(xiàn)報文信號訪問及通信管理。
3.1 信號訪問
首先為每個報文的數(shù)據(jù)場根據(jù)信號在報文數(shù)據(jù)場中的位置及長度設(shè)計相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體，然后以結(jié)構(gòu)體成員變量的方式對信號進行訪問。以與本節(jié)點通信的一個陽光傳感器所發(fā)報文為例，報文數(shù)據(jù)場長度為l_SunSensLen=4，其信號包括陽光采樣值、大燈操作請求、小燈操作請求等，報文數(shù)據(jù)場結(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;
}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;
為該報文數(shù)據(jù)場定義全局變量 l_ss_msgBuf l_SunSens;采取“不帶復(fù)制的訪問方式”5，直接對LIN信號賦值和取值，如對l_SunSens.sunsens.l_ss_headlampreq進行讀寫便實現(xiàn)了對大燈操作請求信號的訪問。之所以采取這種方式，是因為采用調(diào)度表方式的LIN報文周期固定，信號變化的速度為調(diào)度表長度的整數(shù)倍，對于LIN應(yīng)用而言，基本為百毫秒的量級，應(yīng)用程序?qū)IN信號數(shù)據(jù)的訪問速度遠(yuǎn)大于這個變化速度，即在數(shù)據(jù)產(chǎn)生變化之前已經(jīng)被訪問了，這種方式簡單直觀而且節(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)度表條目的數(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表示該條目對應(yīng)哪一個報文，mode表示本節(jié)點發(fā)送還是接收該數(shù)據(jù)場，*data為該報文數(shù)據(jù)場結(jié)構(gòu)體的地址，ticks為該時間槽的長度，在對調(diào)度表數(shù)組進行初始化時，將報文數(shù)據(jù)場結(jié)構(gòu)體變量的地址賦給調(diào)度表條目中的*data，這樣便實現(xiàn)了訪問方式一節(jié)中的“不帶復(fù)制的訪問方式”。調(diào)度表是一個環(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
本文實現(xiàn)的LIN協(xié)議驅(qū)動器模塊可以方便得集成到應(yīng)用程序中，并且獨立于具體的處理器和所采用的操作系統(tǒng)，可移植性良好，具有很好的實用價值和借鑒意義。
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