LIN2.1協(xié)議在車窗控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

LIN協(xié)會(huì)于1999年發(fā)布了第一版LIN協(xié)議，至今已有十幾年了，在這十幾年中，LIN總線不斷發(fā)展，已經(jīng)在以車身控制為主的許多場(chǎng)合得到了應(yīng)用。LIN總線至今一共有7個(gè)版本，其中，LIN2.1協(xié)議于2006年11月發(fā)布，是目前較新的一個(gè)版本。它與最新的LIN2.2協(xié)議幾乎沒有區(qū)別，卻比它的前身LIN2.0協(xié)議有明顯的改進(jìn)，主要體現(xiàn)在加入了事件觸發(fā)幀的競(jìng)爭(zhēng)處理、完善了節(jié)點(diǎn)配置功能和進(jìn)行了診斷分級(jí)三個(gè)方面。這些改進(jìn)使用戶可以更加方便和快速地組織LIN網(wǎng)絡(luò)，可以根據(jù)自己的需求重新設(shè)置LIN網(wǎng)絡(luò)，既保證了產(chǎn)品的穩(wěn)定性，又滿足了用戶的個(gè)性化需求，是LIN總線自身發(fā)展過程中很有意義的一步。

1　LIN2.1協(xié)議的新特點(diǎn)

1.1　事件觸發(fā)幀的競(jìng)爭(zhēng)處理

如果有多于一個(gè)的從節(jié)點(diǎn)在同一個(gè)幀時(shí)隙里響應(yīng)幀頭，就會(huì)導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)，競(jìng)爭(zhēng)處理都是由主節(jié)點(diǎn)完成的。LIN2.0的事件觸發(fā)幀競(jìng)爭(zhēng)處理機(jī)制如圖1所示。某主節(jié)點(diǎn)的進(jìn)度表中有無條件幀A、事件觸發(fā)幀和無條件幀B。當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)發(fā)生后，主節(jié)點(diǎn)會(huì)繼續(xù)按照之前的進(jìn)度表，在接收完所有與事件觸發(fā)幀相關(guān)的無條件幀后，再發(fā)送事件觸發(fā)幀幀頭。LIN2.1對(duì)此作出了改進(jìn)，它引入了競(jìng)爭(zhēng)處理進(jìn)度表，LIN2.1的事件觸發(fā)幀競(jìng)爭(zhēng)處理機(jī)制如圖2所示。每個(gè)事件觸發(fā)幀都有與之相對(duì)應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)處理進(jìn)度表，主節(jié)點(diǎn)在競(jìng)爭(zhēng)處理進(jìn)度表里處理完競(jìng)爭(zhēng)后，再返回執(zhí)行普通的進(jìn)度表。顯然，LIN2.1的競(jìng)爭(zhēng)處理機(jī)制需要花費(fèi)的時(shí)間較短。

1.2　節(jié)點(diǎn)配置功能的完善

1.2.1　新增分配一系列幀ID的功能

將配置功能分配幀ID改為分配一系列幀ID。LIN2.0和LIN2.1協(xié)議中分配幀ID的格式如圖3所示。在LIN2.0中，只有NAD和Supplier ID都匹配的情況下，分配才能成功，但每次只能分配一個(gè)幀ID。而在LIN2.1中，只需要NAD匹配就可以了，每次可以分配最多4個(gè)幀ID，而LIN2.0中的Message ID在LIN2.1中已經(jīng)被取消了。這種改進(jìn)的目的是提高LIN網(wǎng)絡(luò)配置的效率，更改后分配幀ID的速度最快可達(dá)到原來的4倍。

1.2.2　新增保存配置的功能

LIN2.1協(xié)議新增了保存從節(jié)點(diǎn)配置信息的功能，將從節(jié)點(diǎn)的配置信息存入到掉電不易失的存儲(chǔ)空間中。這樣，主節(jié)點(diǎn)對(duì)從節(jié)點(diǎn)的配置在復(fù)位后也不會(huì)丟失。

1.3　診斷分級(jí)

LIN2.1的另一大新特點(diǎn)是根據(jù)診斷功能將從節(jié)點(diǎn)分為3個(gè)級(jí)別。

(1) 診斷一級(jí)

診斷一級(jí)一般應(yīng)用于智能傳感器或執(zhí)行器等一些不需要或只需要很少診斷功能的器件。診斷一級(jí)支持所有節(jié)點(diǎn)配置功能，并且只需要單幀傳輸。

(2) 診斷二級(jí)

與診斷一級(jí)相比，診斷二級(jí)的節(jié)點(diǎn)增加了節(jié)點(diǎn)辨識(shí)的功能。例如，用戶可以獲得產(chǎn)品的軟、硬件版本號(hào)等。此外，診斷二級(jí)還支持讀寫軟件內(nèi)部的參數(shù)，比如溫度、車速等。診斷二級(jí)支持多幀傳輸。

(3) 診斷三級(jí)

診斷三級(jí)的節(jié)點(diǎn)不僅包含了前面兩級(jí)的所有功能，還支持內(nèi)部Flash的擦寫，用戶可以通過LIN總線燒寫程序。診斷三級(jí)支持多幀傳輸。

2　LIN2.1協(xié)議的節(jié)點(diǎn)配置功能

(1) 分配NAD

為了避免某個(gè)NAD被重復(fù)使用，用戶可能需要為從節(jié)點(diǎn)分配新的NAD。

(2) 有條件分配NAD

當(dāng)用戶替換或增加從節(jié)點(diǎn)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)兩種情況：

① 一種是用戶不知道新增從節(jié)點(diǎn)的初始NAD，因此，必須以“廣播”的方式尋找所有的從節(jié)點(diǎn)并分配有效的NAD(“廣播”指的是給網(wǎng)絡(luò)中的所有從節(jié)點(diǎn)發(fā)送請(qǐng)求，它有一個(gè)專用的NAD為0x7F)。但如果直接這樣做，會(huì)導(dǎo)致所有的從節(jié)點(diǎn)獲得同一個(gè)NAD，這顯然是不允許的。為了避免這個(gè)情況，可以加入限制條件。

② 另一種是用戶知道新增節(jié)點(diǎn)的初始NAD，但其和LIN網(wǎng)絡(luò)中已有從節(jié)點(diǎn)的NAD重復(fù)了。如果用戶只按照原始NAD分配新的NAD，則會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)從節(jié)點(diǎn)的NAD都被修改。因此，必須加入限制條件。

當(dāng)從節(jié)點(diǎn)獲得有條件分配NAD的請(qǐng)求后，將根據(jù)下面的步驟判斷是否要修改NAD：

① 根據(jù)ID讀取從節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息。

② 根據(jù)Byte提取相關(guān)信息中一個(gè)8位數(shù)據(jù)，例如Byte=1，則提取D1。

③ 與Invert進(jìn)行異或運(yùn)算。

④ 與Mask進(jìn)行與運(yùn)算。

⑤ 如果結(jié)果為0，則修改NAD。

例如：本產(chǎn)品被新增到一個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò)中，初始NAD為0x06，但網(wǎng)絡(luò)中已有了一個(gè)NAD為0x06的從節(jié)點(diǎn)。于是，用戶可以利用本產(chǎn)品的Function ID,假設(shè)為0x0000，分配新的NAD為0x08。這里假設(shè)已存在的從節(jié)點(diǎn)的Function ID不為0x0000。這樣，只有新增節(jié)點(diǎn)的NAD會(huì)被修改，而已存在從節(jié)點(diǎn)的NAD維持為0x06不變。

(3) 保存配置

保存配置是LIN2.1添加的新功能，用來將從節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前配置存入非易失的存儲(chǔ)空間中，下次上電時(shí)可以讀出配置數(shù)據(jù)，這里主要是保存NAD和幀ID。

(4) 分配一系列幀ID

這一功能可以配置最多4個(gè)幀ID，注意診斷幀ID和保留幀ID是不能配置的。

主節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求幀在D1中給出需要分配幀ID的第一個(gè)幀在幀數(shù)組中的序號(hào)，一般來說，從節(jié)點(diǎn)所用到的所有幀的ID會(huì)被排列成一個(gè)幀數(shù)組。如果要分配幀ID，則通過D2到D5給出新的幀ID;如果要禁止某個(gè)幀，則將這個(gè)幀對(duì)應(yīng)的PID設(shè)為0x00;如果要繼續(xù)使用現(xiàn)在的幀ID，則將這個(gè)幀對(duì)應(yīng)的PID設(shè)為0xFF。

(5) 讀取從節(jié)點(diǎn)信息

讀取節(jié)點(diǎn)信息根據(jù)D1中ID的值，可以讀取不同的從節(jié)點(diǎn)信息。目前，只規(guī)定了ID為0和ID為1的情況，其他可保留或由用戶自己確定。

3　LIN通信的實(shí)現(xiàn)

3.1　TLE9832的LIN模塊

TLE9832是一款由英飛凌公司生產(chǎn)的8位功率級(jí)單片機(jī)，專門用于車窗控制。其中的LIN總線模塊支持LIN2.1和LIN2.0，并向下兼容LIN1.3。該模塊可以工作在普通模式、接收模式和禁止模式下。各個(gè)模式的特點(diǎn)如表1所列。

其中，普通模式又可根據(jù)傳輸速率的大小分為低速模式、中速模式、高速模式和Flash模式。低速模式的最大傳輸速率為10.4 kbps;中速模式是普通的LIN傳輸模式，最大傳輸速率為20 kbps;高速模式的最大傳輸速率為40 kbps;Flash模式的最大傳輸速率為115 kbps。為了避免打斷傳輸過程，在普通模式下禁止改變傳輸速率。正確的做法是先禁止發(fā)送功能，再改變傳輸速率，最后允許發(fā)送功能。

LIN模塊在普通模式下還建立了一種自動(dòng)省電機(jī)制。當(dāng)發(fā)送隊(duì)列中沒有數(shù)據(jù)時(shí)，將自動(dòng)禁止發(fā)送功能;當(dāng)有發(fā)送請(qǐng)求時(shí)，將自動(dòng)開啟發(fā)送功能。