摘  要： 介紹了幾款MICROCHIP單片機及收發(fā)器實現(xiàn)低成本的汽車子網(wǎng)LIN總線節(jié)點?；贛ICROCHIP單片機內帶的增強型通用同步/異步收發(fā)器(EUSART)實現(xiàn)LIN的控制器，并用MICROCHIP的MCP2021作為LIN的電平轉換器，最終實現(xiàn)一主多從的低成本的LIN網(wǎng)絡。

　　隨著汽車總線應用的日益普及以及對汽車成本的要求越來越嚴格，LIN總線的市場占有率越來越高。本文從低成本的角度來實現(xiàn)LIN總線的節(jié)點，具有非常高的實用價值。

　　1 LIN的基本知識與發(fā)展

　　1.1 LIN的基本知識

　　局域互連網(wǎng)絡LIN（Local Interconnect Network）是低成本的串行通信網(wǎng)絡，用于實現(xiàn)汽車中的分布式電子系統(tǒng)控制，是現(xiàn)有多種汽車網(wǎng)絡在功能上的補充；同時它也是一個開放的標準，作為CAN總線的子總線，能緩解CAN總線數(shù)據(jù)擁擠的現(xiàn)狀。

　　由于LIN總線是可靠、低成本、開放標準的網(wǎng)絡解決方案，它可以簡化現(xiàn)存的多點解決方案，并且能降低在汽車電子領域中的開發(fā)、生產(chǎn)、服務和后勤成本。

　　1.2 LIN的起源與發(fā)展

　　LIN聯(lián)盟成立于1999年，并發(fā)布了LIN 1.0版本。2000年，LIN聯(lián)盟再次發(fā)布了1.1版本。2001年，第一輛采用LIN1.1版本的量產(chǎn)汽車面世。2003年，2.0版本出現(xiàn)。2006年，2.1版本面世并沿用至今。

　　1.3 LIN的市場

　　LIN總線產(chǎn)品已經(jīng)成為汽車總線的第二大市場，預計將成為未來增長最快的一個市場。第一大市場是CAN總線，其在2006年已經(jīng)達到頂峰。

　　2 LIN的基本概念

　　LIN在物理層是單線實現(xiàn)的，一般電壓范圍在8 V～18 V。LIN網(wǎng)絡是單主多從結構，由于只有一個主節(jié)點，所以不存在總線仲裁?？偩€的速度一般在2.4 kbd～19.6 kbd之間。典型節(jié)點數(shù)為2～10個，由于阻抗匹配的原因，最多不能超過16個。如圖1所示。

　　LIN總線為串行通信方式，編碼采用非歸零碼，8N1（8個數(shù)據(jù)位，沒有校驗位，1個停止位）方式，如圖2所示。每幀的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)可變，為2～8 B。在數(shù)據(jù)字節(jié)結束后，會發(fā)一個校驗和來進行校驗。

　　在LIN網(wǎng)絡中，主節(jié)點的時鐘由高精度的晶振產(chǎn)生，從節(jié)點一般用RC震蕩器產(chǎn)生。在本文中，從節(jié)點的時鐘可以用MICROCHIP單片機的內部RC震蕩器來實現(xiàn)。

　　3 LIN協(xié)議的基本知識

　　LIN的報文分為兩部分，一是主任務，也叫報文頭；另一個部分是從任務，也叫響應場。如圖3所示。

　　主任務位于主機節(jié)點內部，都是由主節(jié)點發(fā)出，它負責報文的進度表、發(fā)送報文頭（HEADER）。從任務位于所有的（即主機和從機）節(jié)點中，其中一個（主機節(jié)點或從機節(jié)點）發(fā)送報文的響應（RESP*E）。

　　3.1 報文頭

　　報文頭分為三部分，按順序分別叫同步間隔、同步字段、標識符字段。

　　同步間隔是一個長時間的低電平（顯性總線電平），低電平時間要大于10個位定時時間，通常為13個位定時時間。在長時間的低電平之后，要跟著一個短時間的高電平（隱性總線電平），一般為1～4個位定時時間。

　　同步字段包含了時鐘的同步信息。它的內容為0x55，表現(xiàn)在8個位定時中有5個下降沿（隱性跳變到顯性的邊沿）。從節(jié)點通過同步字段，可以使自己的總線速率與主節(jié)點同步。

　　標識符字段定義了報文的內容和長度。其中，內容是由6個標識符位和2個奇偶校驗位組成，如圖4所示。標識符位的第5位和第6位（ID4和ID5）定義了報文數(shù)據(jù)場的長度。

　　3.2 響應場

　　響應場包含數(shù)據(jù)字段和校驗和兩部分。

　　數(shù)據(jù)字段由8 bit數(shù)據(jù)的字節(jié)組成，傳輸由最低位（LSB）開始。校驗和按照帶進位加的方式計算，每個進位都被加到本次計算結果的最低位。

　　3.3 保留的標識符

　　標識符為0x3C和0x3D的標識符被用做診斷。其中0x3C是主機請求幀，它可以從主機向從機節(jié)點發(fā)送命令和數(shù)據(jù)。0x3D是從機響應幀，它觸發(fā)一個從機節(jié)點（由一個優(yōu)先的下載幀編址）向主機節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　標識符為0x3E是由用戶定義的自由用法，標識符為0x3F是為將來使用而嚴格保留的。

　　4 MICROCHIP單片機的軟硬件實現(xiàn)

　　4.1 硬件實現(xiàn)

　　主節(jié)點一般采用Flash比較大的MICROCHIP中檔8位單片機，或者采用帶CAN控制器的高檔8位單片機或16位單片機作為控制器。時鐘采用高精度石英晶振。物理層的電平轉換采用MICROCHIP的收發(fā)器MCP2021。

　　從節(jié)點可用低成本的MICROCHIP中、低檔8位單片機。時鐘用單片機內部自帶的RC震蕩器。內部RC震蕩器在常溫25 ℃時，精度為1%，全溫度范圍(-40 ℃～+125 ℃)內精度為5%[1]。物理層的電平轉換采用MICROCHIP的收發(fā)器MCP2021。

　　4.2 軟件實現(xiàn)

　　4.2.1 主節(jié)點

　　主節(jié)點完全按照LIN規(guī)范實現(xiàn)。主節(jié)點的任務就是發(fā)送報文頭和發(fā)送接收數(shù)據(jù)，實現(xiàn)一個網(wǎng)關的作用。另外，單片機的剩余功能，可以用來做一些A/D和開關量的采集，還可以驅動一些蜂鳴器、小電機或者LED和LCD等器件。主節(jié)點發(fā)送流程如圖5所示。

　　LIN總線的通信可以通過配置單片機的EUSART來實現(xiàn)。每次通信都由主節(jié)點啟動，此處不考慮從節(jié)點到從節(jié)點的通信?？偩€的配置也由主節(jié)點來實現(xiàn)，具體波特率可以通過波特率控制寄存器來實現(xiàn)。這里采用9 600的波特率。

　　標識符不是一個節(jié)點的地址，而是一個報文的描述符。當主節(jié)點發(fā)送一個0x3C的命令后，再發(fā)送8 B的00H，總線就進入休眠模式。在休眠模式下，總線處于空閑狀態(tài)，因此任何一個從節(jié)點都可以喚醒總線。

　　主節(jié)點采用高精度的石英晶振作為時鐘源，可以產(chǎn)生低誤差的時鐘信號。在這里，要把主節(jié)點設置為異步半雙工通信模式，8 bit數(shù)據(jù)模式。時鐘選擇為內部時鐘。

　　由于EUSART有“發(fā)送間隔字符位（SENDB）”，可以在每次發(fā)送數(shù)據(jù)前發(fā)送同步間隔字符，這樣可以省掉不少軟件開銷，使單片機可以致力于其他邏輯的運算。

　　4.2.2 從節(jié)點

　　從節(jié)點不需要系統(tǒng)配置的信息，所有從節(jié)點接收所有報文，然后再判斷是否需要執(zhí)行。

　　從節(jié)點不需要外接石英晶振，可以用單片機內部自帶的RC震蕩器實現(xiàn)。MICROCHIP的中端8位單片機大多數(shù)都內帶高精度的RC震蕩器，在常溫下(25℃)，經(jīng)過校準可以達到±1%的精度。

　　每個單片機在出廠時都經(jīng)過校準，并把校準字寫在Flash空間的最后一位。在程序開始運行時，會把校準值裝載到W寄存器里。在程序的第一條指令中執(zhí)行MOVWF OSCCAL，即可將W寄存器里的值送到內部RC震蕩器的校準寄存器里，從而實現(xiàn)校準。

　　從節(jié)點先檢測總線電平，當長時間的隱性電平結束，出現(xiàn)大于10個位定時的顯性電平后，開始數(shù)5個下降沿的時間，用時間值除以8，就可以算出波特率。然后從總線上讀取數(shù)據(jù)，解碼ID，處理響應。

　　EUSART支持波特率的自動檢測和校準，可以使軟件代碼大量簡化。從節(jié)點可以在總線空閑時進入休眠狀態(tài)，當從節(jié)點檢測到主節(jié)點發(fā)出的同步間隔時，可以從休眠狀態(tài)喚醒。

　　當從節(jié)點被其他外部中斷喚醒時(例如A/D轉換完成，外部IO電平變化等)，從節(jié)點可以喚醒休眠的總線。

　　如果從節(jié)點的功能比較簡單，工作電流比較小，可以通過收發(fā)器MCP2021的參考電壓輸出端來供電。MCP2021有兩種型號，參考電壓的輸出分別為5 V和3.3 V，適應5 V和3.3 V的單片機。這個參考電壓的輸出電流最大為50 mA，所以不適合工作電流比較大的場合[3-4]。