网站开发 职位晋升路线,黄石专业网站建设推广,wordpress入侵教程,用nas建设服务器网站目录 一、LIN是什么1、LIN的概念2、扩展介绍一下同步通信和异步通信的区别3、LIN连接结构及节点构成 二、LIN的特点三、LIN协议层1、帧的结构2、帧的类型3、进度表4、状态机实现5、网络管理6、状态管理 四、帧收发的硬件实现1、组成2、硬件特点3、协议控制器4、总线收发器5、LI… 目录 一、LIN是什么1、LIN的概念2、扩展介绍一下同步通信和异步通信的区别3、LIN连接结构及节点构成 二、LIN的特点三、LIN协议层1、帧的结构2、帧的类型3、进度表4、状态机实现5、网络管理6、状态管理 四、帧收发的硬件实现1、组成2、硬件特点3、协议控制器4、总线收发器5、LIN总线6、时钟源7、EMI及其控制8、线与特性9、ESD静电危害防护10、补充 五、信号处理、配置、识别、诊断1、介绍2、传输层3、PDU结构4、PDU 格式5、传输层通信6、LIN 应用层7、信号处理功能8、配置功能9、识别功能10、诊断功能 六、LIN的API1、API的定义2、兼容性 七、工作流 一、LIN是什么
1、LIN的概念
LIN是 Local Interconnect Network 的缩写是基于 UART/SCI(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter / Serial Communication Interface通用异步收发器/串行通信接口)的低成本串行通信协议。串行通信技术是指通信双方按位进行遵守时序的一种通信方式。 串行通信中将数据按位依次传输 每位数据占据固定的时间长度即可使用少数几条通信线路 就可以完成系统间交换信息。还规定 LIN总线长度不超过 40 米。
2、扩展介绍一下同步通信和异步通信的区别
1.同步通信要求接收端时钟频率和发送端时钟频率一致发送端发送连续的比特流异步通信时不要求接收端时钟和发送端时钟同步发送端发送完一个字节后可经过任意长的时间间隔再发送下一个字节。 2.同步通信效率高异步通信效率较低。 3.同步通信较复杂双方时钟的允许误差较小异步通信简单双方时钟可允许一定误差。 4.同步通信可用于点对多点异步通信只适用于点对点。
3、LIN连接结构及节点构成
LIN 的拓扑结构为单线总线应用了单一主机多从机的概念。总线电平为 12V传输位速率(Bitrate)最高为 20kbps。一个 LIN 网络最多可以接 16 个节点主机节点有且只有一个从机节点有 1 到 15 个。 二、LIN的特点
1、网络由一个主机节点和多个从机节点构成。 2、使用 LIN 可以大幅度的削减成本表现在以下方面 ● 开放型规范规范可以免费从官方网站获得。 ● 硬件成本削减基于普通 UART/SCI 接口的低成本硬件实现无需单独的硬件模块支持从机节点无需 高精度时钟就可以完成自同步总线为一根单线电缆。 ● 装配成本削减LIN 采用了工作流(Work Flow)和现成节点(Off-the-shelf Node)的概念将网络装配标准 化并可通过 LIN 传输层进行再配置。 ● 缩短软件开发周期LIN 协议将 API(Application Programming Interface应用编程接口)标准化。 3、 信号传输具有确定性传播时间可以提前计算出 4、LIN 具有可预测的 EMC(ElectroMagnetic Compatibility电磁兼容性)性能。为了限制 EMI(ElectroMagnetic Interference电磁干扰)强度LIN 协议规定最大位速率为 20kbps。 5、LIN 提供信号处理、配置、识别和诊断四项功能。
三、LIN协议层
1、帧的结构
①帧(Frame)包含帧头(Header)和应答(Response )两部分。主机任务负责发送帧头从机任务接收帧头并对帧头所包含信息进行解析然后决定是发送应答还是接收应答还是不作任何反应。 ②帧头包括同步间隔段、同步段以及PID(Protected Identifier受保护ID)段**应答包括数据段和校验和段**。 ③值“0”为显性电平(Dominant)值“1”为隐性电平(Recessive)当总线上有大于等于一个节点发送显性电平时总线呈显性电平。显性电平起主导作用。帧中的所有间隔或总线空闲时都应保持隐性电平。 ④同步间隔段由同步间隔和同步间隔段间隔符构成同步间隔是至少持续 13 位的显性电平同步间隔段的间隔符是至少持续 1 位的隐性电平。 ⑤从机任务接收帧头的同步间隔段时以该从机任务所在节点的位速率为准当检测总线上出现持续 11 位的显性电平时认为是帧的开始。 ⑥受保护 ID 段的前 6 位叫作帧 ID(Frame ID)加上两个奇偶校验位后称作受保护 ID。帧 ID 标识了帧的类别和目的地 帧 ID 的范围在 0x000x3F 之间共 64 个。帧 ID 标识了帧的类别和目的地。从机任务对于帧头作出的反 应(接收/发送/忽略应答部分)都是依据帧 ID 判断的。校验公式如下P0 ID0 ⊕ ID1 ⊕ ID2 ⊕ ID4 P1 ¬ (ID1 ⊕ ID3 ⊕ ID4 ⊕ ID5) ⑦节点发送的数据位于数据段包含 1 到 8 个字节 ⑧校验和段是对帧中所传输的内容进行校验。 ⑨帧在总线上传输时间
2、帧的类型
如图 无条件帧无条件帧是具有单一发布节点无论信号是否发生变化帧头都被无条件应答的帧。 事件触发帧是主机节点在一个帧时隙中查询各从机节点的信号是否发生变化时使用的帧当存在多个发布节点时通过冲突解决进度表来解决冲突。 偶发帧偶是主机节点在同一帧时隙中当自身信号发生变化时向总线启动发送的帧。当存在多个关 联的应答信号变化时通过事先设定的优先级来仲裁。。 诊断帧诊断帧包括主机请求帧和从机应答帧主要用于配置、识别和诊断用。 保留帧保留帧的帧 ID 为 0x3E 和 0x3F为将来扩展用。。
3、进度表
进度表是帧的调度表规定总线上帧的传输次序以及各帧在总线上的传输时间。还规定了帧时隙的大小。 一般情况下轮到某个进度表执行的时候从该进度表规定的入口处开始顺序执行到进度表的最后一个帧时如果没有新的进度表启动则返回到当前的进度表第 一个帧循环执行。LIN总线最小时间单位是时基(Tbase)。调度表中用来发送一帧报文的时间称为帧时隙(Frame_Slot)帧时隙必须是时基5ms的整数倍调度表是由帧时隙组成的。
4、状态机实现
①主任务状态机 ②从任务状态机 从机任务负责发布或者接听帧的应答。包括两个状态机
同步间隔段和同步段检查器帧处理器
5、网络管理 6、状态管理
状态管理是为了检测运行中的错误。错误一旦被发现根据设计需要采取不同的措施进行排除一种方法是简单替换掉错误节点另一种方法是让发生问题的节点进入到自我保护/安全模式。
四、帧收发的硬件实现
1、组成
收发 LIN 帧需要的硬件包括协议控制器(Protocol Controller)、总线收发器(Bus Transceiver)和 LIN 总线三部分
2、硬件特点
● 从机节点无需高精度时钟源 ● EMI电磁干扰 低而且可控 ● 最高通硬件特点通信速率 20kbps 。
3、协议控制器
协议控制器的主体是一个基于 UART/SCI 的通信控制器工作方式半双工可以用“UART/SCI定时器”实现也可以使用专用模块实现。特点协议控制器把二进制并行数据转变成高-低电平信号并按照规定的串行格式(8 数据位1 停止位无校验位)送往总线收发器接收时协议控制器把来自总线收发器的高-低电平信号按照同样的串行格式储存下来然后再将储存结果转换成二进制并行数据。 协议控制器要能执行本地唤醒(Local Wakeup)。需要唤醒总线时协议控制器通过总线收发器向 LIN 总线送出唤醒信号。协议控制器要能识别总线唤醒(Bus Wakeup)。 实现方案3类UART/SCI定时器外部中断、硬件 LIN(Hardware LIN)和 LIN 模块(LIN Module)分别面向对成本和性能有不同侧重的应用。
4、总线收发器
总线收发器的主体是一个双向工作的电平转换器完成协议控制器的高-低电平与 LIN 总线的隐性-显性电 平之间的转换。LIN 规范要求总线收发器具备这样一种特性本地节点掉电或工作异常时不能影响总线上其他节 点工作。协议控制器可以控制 LIN 总线位速率总线收发器可以控制压摆率。
5、LIN总线
LIN 总线是衔接所有 LIN 节点的通信介质。如果采用 LIN 规范仅用 3 根线(电源、地和 LIN)就可以实现标准化的数字接口。传感器、执行器通过 总线连接汽车结构设计可以更加灵活 时钟源LIN 网络的主机节点必须设置较高精度的时钟而从机节点则不必。换句话说主机节点是 LIN 网络的时间基准这保证了位速率的准确性。
6、时钟源
LIN 网络的主机节点必须设置较高精度的时钟而从机节点则不必。换句话说主机节点是 LIN 网络的时间基准这保证了位速率的准确性。
7、EMI及其控制
对于 LIN 而言EMI 主要由位速率和压摆率共同决定。位速率决定单位时间内电平变化次数压摆率决定电平跳变的快慢。 设计电路注意事项片上振荡器容易受到环境温度和电源电压的影响石英晶体容易受到冲击振动的破坏。在选择时钟源时 一定要考虑使用环境的温度范围、电源电压范围和冲击振动情况。
8、线与特性
‘’线与‘’一词常在单片机二进制罗辑电路中出现在单片机内部CPU要通过总线地址对各单元以及单片机外单元进行管理这时就需要用到罗辑电路在某单元如有两根地址线当这个单元被CPU选中那么这两根线就是‘’线与‘’关系两根线缺一不可否则无法完成信息传递。
9、ESD静电危害防护
LIN 规范要求总线收发器的电源和地应直接连接到 ECU 的接口处。
10、补充
①时基(Time Base)为LIN子网的最小计时单位通常设定为 5ms或 10ms ②网络层传输的包packet又称分组在数据链路层中传输的是“帧”frame。数据包到达数据链路层后加上数据链路层的协议头和协议尾就构成了一个数据帧。在每个帧的前部加上一个帧头部在帧的结尾处加上一个帧尾部把网络层的数据包作为帧的数据部分就构成了一个完整帧。 ③当数据数据链路层传输的时候叫做“帧”当一个帧被接受并提交到第二次处理剥开帧头帧尾获得数据包对于第二层来说它只认识帧头和帧尾其他包括包头等都是帧承载的普通数据然后这个包被提交到第三层它能识别包头得到被包在里面的信息信息包含第四层TCP数据报头对于第三层来说也是报头也是它承载的普通数据第三层结束以后把去掉报头的数据给第四层这些数据就是报文。
五、信号处理、配置、识别、诊断
1、介绍
信号处理、配置、识别和诊断这四项功能共同构成了 LIN 的 应用层传输层是配置、识别和诊断这三项功能的通信载体实现应用层消息与帧之间的格式转换和传输LIN 为应用层和传输层定义了 API 接口。
2、传输层
充当一个“翻译官”把来自诊断服务的消息(Message)“翻译”成协议层可以处理的PDU (Packet Data Unit分组数据单元)或者反过来把协议层收到的 PDU“翻译”成诊断服务需要的消息。
3、PDU结构
从发送格式上**PDU 单元可分为**单帧(Single FrameSF)、首帧(First FrameFF)和续帧(Consecutive Frames CF)三种。从发送源上主机发送请求 PDU从机发送应答 PDU。
4、PDU 格式
包括节点地址(NAD),协议控制信息(PCI),LEN,服务 ID(SID),应答服务 ID(RSID),消息字节段(D1~D6)。首字节 NAD 首先发送末字节 D4,D5,D6 最后发送。下图 ①PDU 单元的第一个字节是 NADnode address用于区分不同从机节点的地址。 ②PDU 单元的第二个字节是 PCIProtocol Control Information信息包含了 PDU 单元类型和消息字节长度的信息 ③SIDService Identifier表示了从机节点应完成的服务请求。节点配置服务的 SID 区间为 0xB0~0xB7,诊断 服务的 SID 区间为 0x000xAF,0xB80xFE。 ④RSIDResponse Service Identifier表示从机节点应答的内容它的值是 SID0x40。 消息字节段的内容取决于服务的种类中所有 PDU 的 消息字段经过“重组”组成一个完成的消息。
5、传输层通信
应用层发出的消息如果长度不超过单帧的容量传输层会按单帧的格式交给协议层发送。传输层收到的单帧也会直接作为消息送往应用层如果消息长度超过单帧的容量传输层先要把消息拆分成首帧和续帧并排好次序然后再交给协议层依次发送。反过来协议层收到的首帧和续帧传输层先要按照接收次序将其重组为 消息最后交给应用层处理。LIN 传输层只能按顺序接收续帧。 LIN 传输层具备出错重传功能。 传输层由传输层 API 完成。
6、LIN 应用层
LIN 应用层提供信号处理、配置、识别和诊断四项功能。
7、信号处理功能
信号处理功能是指应用层可以不经过传输层直接从协议层获取或修改网络中的信号。这些信号由 NCF(Node Capability File节点性能文件)定义。
8、配置功能
配置功能是指 LIN 的主机节点能自动地给所有逻辑节点选择配置项消除 NAD 和 PID 分配中存在的冲突 使网络正常工作。
9、识别功能
指主机节点能够获取逻辑节点的信息例如产品代号等。借助识别功能主机节点和逻辑节点还可以实现一些自定义的操作。
10、诊断功能
是指 LIN 网络之外的诊断设备可以直接连接 LIN 的主机节点或者通过外部的其它网络与 LIN 的逻辑节点通讯。诊断功能的可裁减性体现在两方面实现方式以及支持的服务种类这些都是直接影响着节点计算负荷的因素。
六、LIN的API
1、API的定义
API 是一组“规约”用来定义软件模块的使用方法。API 既可以是数据结构也可以是若干个函数还可 以是它们的混合。 软件开发者可以把 API 看作是与软件模块的会话方式。应用程序和程序员既可以使用该模块的功能又无 需访问其源代码或者理解其内部工作机制的细节。 可以把 LIN 的 API 分为 3 类——核心 API、传输层 API 和配置与识别 API。三类 API 相对独立 彼此关联。 其中各API特点各自如下 **①核心API**核心 API 是 API 的基础除了完成协议层的帧收发LIN 应用层各项功能都要用到核心 API。核心 API 包含多个函数其中l_sch_tick()(时基节拍管理)和 l_sch_set()(进度表管理)是与进度表相关的两个函数。其他的函数负责控制各种硬件协调工作完成初始化、中断响应、比特流收发、字节缓冲、休眠、唤 醒以及物理层的差错报告等功能。 ②传输层APIRaw API 和 Cooked API二者功能一致传输层 API 是为配置、识别和诊断这三项服务设置的是应用层与协议层的接口。传输层 API 的功能包括 建立并管理 PDU 队列、收发 PDU 以及检查 PDU 的通信状态。传输层 API 接收应用层消息调用核心 API 发 送主机请求帧收到从机应答帧时传输层剥离协议层的帧头信息获得 PDU送往应用层处理。如果节点需要监视通信细节那么应该用 Raw API 它允许节点以 PDU 为单位处理信息。如果节点只需要转发消息而不需要关心消息内容那么适合使用 Cooked API它允许节点以消息为单位处理信息。 ③配置与识别API用于支持应用层的配置功能和识别功能。
2、兼容性
API 的兼容性体现在两个方面一是不同版本 API 之间的兼容性二是 API 对帧收发硬件的兼容性。
七、工作流
主要体现在节点性能文件 其中节点性能文件(NCF)定义了节点名称和节点的属性值包括产品代号、位速率、帧的定义等信息。LIN 子网设计工具收集到节点性能文件的信息自动生成 LIN 描述文件(LDF)。LDF 包含了整个子网的信息包括所有的信号和帧的声明以及进度表等信息。LDF 文件还可以作为调试时总线分析仪和仿真器的输入。LIN子网生成工具根据 LDF生成各种通信驱动可以建立起通信子网也可以将具备节点性能文件的现成节点加入到已经建立好的通信子网中并在网络进入运行前排除掉可能产生的冲突。 当一个主机 ECU 与多个 LIN 通信子网相连时会包含多个 LDF 文件为了避免命名冲突规定 LDF 文件中的所有对象必须使用通道后缀名称。
