基于LIN总线控制系统实现LIN开发平台的搭建

引言

在汽车电子系统中，主要存在如图1所示的几种网络 协议 。LIN主要应用低速（《20Kb/s）的车身控制环境。

低速CAN多用于事件驱动的控制环境（125Kb/s），高速CAN（》500Kb/s），Flexray和Byteflight主要应用于时间驱动的同步高速控制环境，而D2B和MOST主要应用于汽车娱乐（图像和语音）的传输和控制。

就车身控制而言，主要的应用基于CAN/LIN总线 协议 。基于CAN总线车身控制，在汽车电子上已经有广泛的应用。随着车上总线节点的增加及高性能系统向中低档汽车的发展，CAN总线相对较高的实现成本就成为一种障碍。因此LIN总线随之产生。由于LIN硬件的实现是基于普通的串行通信接口（SCI），甚至在子节点中可以用普通I/O口加上定时器进行模拟，所以其实现成本较低。LIN的目标应用是不需要CAN的性能、带宽及复杂性的低端系统。通常LIN子总线是现有的CAN网络的扩充，与CAN网络一起形成汽车的控制网络（图2）。当然，由于其成本较低，也可以独立用于不是特别复杂的车身控制网络中。

为了加速基于LIN总线控制系统的开发周期，Freescale半导体公司开发了LIN开发平台（LIN DEMO）。LIN DEMO系统提供了完整的软件和硬件，其中，软件包括标准的LIN底层驱动软件和LED显示的应用软件。用户可以在此平台上很快的搭建起LIN控制网络。

LIN DEMO应用系统

DEMO节点

LIN DEMO（图3）由2个主节点（9S12C32和MC68HC908GZ60）和4个从节点（MC68HC908GR60、MC68HC908EY16、MC68HC908QY和MC68HC908QL组成。每个LIN节点上，都提供了调试和编程接口（BDM接口（16位单片机）和CYCLONE/Multilink08接口（8位单片机）），同时每个节点还有1个RS232的串口，可以和PC通信。主节点有两种工作模式，两种模式的切换由1个转换开关来控制。

LIN总线睡眠模式（此模式下，与主节点相连的所有从节点都处于睡眠模式，主节点不发送任何帧头。）

LIN总线工作模式（此模式下，主节点发送帧头，LED灯用来显示从节点LED的状态。）

LIN总线工作模式下，主节点LED显示LED状态有变化的从节点LED状态。每个从节点有4个LED灯，这些灯的状态可以通过1个单片机的键盘中断引脚来改变。主节点有8个LED灯，其中的右边（低位）4个LED用来显示从节点LED灯的状态，另外的左边（高位）4个LED灯用来从节点的类型和ID号，其中2个用来显示节点类型（GR、EY、QY和QL），另外2用来显示和此从节点类型相匹配的节点ID号最低的两位。

这样主节点上左边（高位）4个LED为i*16的高4位。同时，主节点上右边（低位）4个LED用来显示从节点LED的数值（同样次序的LED灯亮）。

所有的从节点可以在不断电情况下加入或者脱离总线。当监测到有新的从节点加入，主节点从0到7清除主节点的LED，然后把该节点存入主节点LED的显示序列。当监测到有节点脱离总线时候，主节点从7到0清除主节点的LED，然后从主节点LED的显示序列去掉该从节点。 PCB设计网

正常工作模式下，复位后，每个从节点响应对于该从节点ID（可以重新配置）的主接点帧头，响应的数据定义为2个字节。按动从节点上的开关，可以增加从节点上LED的值（从1到15，除去全为零的情况）。当从节点上的LED值变化之后，主接点上的LED的右边（低位）4个LED将显示对应从节点上LED的值。

在模式配置模式下，用户可以改变从节点的ID。从节点的LED用来显示本节点的ID号。从节点上第一位的LED点亮，表示XXXXXX00；第二位的LED点亮，表示XXXXXX01；第三位的LED点亮，表示XXXXXX10；第四位的LED点亮，表示XXXXXX11。

当所有的从节点连接到主节点并且工作正常的时候，通过拨动主节点上的1个开关，我们可以很容易的让从节点进入睡眠状态。拨动此开关到OFF档，5秒钟以后，GR60和EY16就进入了睡眠（QY4不支持此操作）。

图4是MC68HC908EY16的基本电路原理图，它包含了LIN节点和3个跳线。值得注意的是，这些跳线只是在对芯片编程和调试的时候用到。对芯片编程和调试时，需要用到Freescale的开发工具（MULTILIN08/12、CYCLONE08），通过这些工具再和PC相连。完整的电路图，还包括一些编程接口和双排接口（连接MCU的引脚到其他的应用中）。

基本的LIN节点电路图比较简单，主要包括MCU，LIN物理层接口和1个5V的电压调节器。本电路中，物理层接口用MC33399，电压调节器用的是LT1121，可以被Freescale一颗新的系统基础芯片（SBC）所替换。MCU允许MC33399控制电压调节器。当LIN总线上没有任何活动时，MC33399控制电压调节器LT1121停止工作，从而使MCU掉电，使LIN从结点进入睡眠状态，整个从节点的静态电流将小于50微安。在从结点的电路板（除去QY4）上，我们可以看到所有的LED灯都关闭了（程序的最初设计，使得当MCU上电后，总是有1个LED灯是亮）。

其他节点得电路图和MC68HC908EY16的差不多。48脚的GR60主要是用于一些高端应用的LIN节点中，但是GR60没有内部时钟，需要外接1个时钟。GZ60和GR60比较接近，但是，GZ60主接点上多出了1个MC33388的CAN接口。C32是16位单片机，和8位单片机相比，它有了BDM模块，相对于8位单片机的MULTILINK接口，调试简单了很多。

DEMO软件结构

1.主节点的软件结构

主节点的软件流程图见图5。在单片机和LIN驱动程序初始化以后，通过主节点PCB板上的1个开关，调整LIN是否被允许工作。如果睡眠，主节点上的LED灯会关闭；如果LIN总线工作，则主函数Main将会周期的发送帧头到从节点。所有的ID号（如表1）在idList［16］中定义。如果函数LIN_MSG_STATUS（）显示有对应于帧头的特定ID，从节点有反应，则反馈回来的数据被读取，同时，检查iDACtiveList［16］判断这是否为新的LIN从节点，如果是，则idActiveList［16］对应的位置1，然后NewNode（）函数被执行，节点的LED灯显示有新的节点加入。

如果对应于帧头的特定ID，从节点没有反馈，则检查iDACtiveList［16］判断对应的位置是否为1，如果为1，则表明有节点被除去。同时，LostNode（）函数执行，节点的LED灯显示有节点丢失。

2.从节点的软件结构

首先，配置寄存器（CONFIG），I/O寄存器和定时器寄存器初始化。初始化完成后，进入主程序While（1）循环。对GR60和EY16，程序中的定时由时间基准模块来实现（TBM）。由于QY4没有时间基准模块（TBM），所以程序中的定时由定时器来实现。由于不同的从节点上，时钟不一样，所以每个从节点执行完1个主程序程序环的时间也不一样。程序中我们用#Define定义了2个时间周期：按一次开关的时间（按下和跳起，60毫秒）和持续按住开关的时间（3秒）。对于第3个定时（LIN总线持续5秒没有活动，则进入睡眠）在文件Slave.cfg中定义。

图6是LIN从节点的主软件结构。当完成初始化工作，进入主循环之后，如果LIN总线5秒钟没有活动，则进入睡眠状态；如果由，则查看按键（开关）的类型判断是进入ID节点的配置模式，还是进入正常模式。如果是正常模式，则将数据（DATA）写入LED，若进入ID节点配置模式，则配置ID，然后将ID写入LED。

图7是按键软件流程图。首先判断按键有没有被按下，如果有则计算按键被按下的时间。如果按键按下的时间超过3秒，则进入节点ID配置模式（从0到4，然后再到0，反复进行）；如果按键按下的时间为60毫秒，则数据（DATA）加1，然后用这个数据给LED显示，同时反馈给主节点（主节用LED显示此数据）。

3．LIN底层驱动软件

前面的两个小节我们讲到了应用软件。本小节将对LIN底层的驱动函数作一个介绍。首先是数据类型（表2），主要的数据类型是无符号8位数，惟一的一个16位数，用来给地址变量（指针）。在驱动函数中，主要用到的常量有两种，一种用来标示LIN总线的驱动状态（表3），一种用来表示LIN传输过程中消息帧的状态（表4）。由于篇幅有限，与作者联系可获得免费的软件源程序。

总结

Freescale的LIN节点通信演示平台，提供了一个很好的LIN控制开发平台。用户可以基于此LIN控制开发平台的软件（驱动程序）和硬件非常简单的编写自己的应用程序（利用CODEWARRIOR集成开发环境），然后利用此平台的底层驱动软件和硬件环境，利用与PC相连的通信接口，烧写程序，并进行调试。

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