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LIN匯流排標準的特性及其在低速網路中的應用

上網時間: 2003年03月01日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:白色家電  LIN匯流排標準  區域網際網路  LIN  LIN bus standard 

區域網際網路(LIN)匯流排協議為簡單的控制連接定義了一種比CAN(控制區域網路)、MOST或者ByteFlight匯流排協議成本更低的網路互聯,該技術原來是專為汽車應用而設計的,然而LIN匯流排開放的協議同樣非常有效地應用在工業以及家庭領域,其可靠而規模有限的網路連接,特別適合短距離、簡單、對傳輸速度要求不高的應用場合。

LIN匯流排標準的特性

LIN匯流排標準為傳輸協議、傳輸媒質以及開發工具之間的介面定義了規範,並且具有以下特徵:1、單個主控制器/多個從屬控制器;2、基於常用的USART/SCI介面硬體,矽片實現成本很低;3、容易實現;4、從屬控制器節點可以實現自同步,因而無需石英或者陶瓷振盪器;5、信號傳輸延時得到保證;6、低成本的單線實現方式;7、速度可以達到20kbps。

主控制器下傳資訊給從屬控制器,而從屬控制器只有在主控制器查詢時才會傳輸資訊。只有在需要發佈一個喚醒信號時,從屬控制器才會啟動一次傳輸。從屬控制器節點透過標誌位元來鑒別它們的資訊,透過這些標誌位元的幾個從屬控制器節點可以接收同樣的資訊。圖1顯示了LIN匯流排的一個標準數據訊框。圖1: LIN匯流排的一個標準數據訊框。

標準數據訊框用一個同步中斷來啟動通訊過程,然後是1到4位時隙的同步定界符。在發送定界符之後接著發送同步字段,確保從屬控制器節點調整到傳輸信號波特率。

同步字段發送之後緊接著發送標誌字段,包括標誌位和兩個奇偶校驗位。奇偶校驗位識別同數據相關的從屬控制器,並且告知對數據所進行的處理。標誌字段發送之後,可能是尋址的從屬控制器節點響應這一資訊,也可能是主控制器繼續傳輸數據。標誌位的一個確定序列可以控制接收來自從屬控制器節點的數據,而其它的標誌位指示後續的數據類型。數據訊框的最後內容是校驗和,該校驗和由所有的數據位元組(不包括標誌位元組以及同步字段)計算而得到。

LIN匯流排主控制器發送的訊框還包括休眠訊框(sleep frame),它將匯流排以及從屬控制器節點設置為低功耗模式。休眠訊框的標誌字段包含值0×80,其它類似於數據訊框。系統設計工程師可以選擇在標誌字段之後是否傳輸數據。匯流排休眠模式在接收到喚醒信號時自行結束。主控制器或者任何從屬控制器節點都可以發出喚醒信號。

主控制器或者從屬控制器發送喚醒信號時先傳輸0×80值,緊接著是4到64位元時隙的喚醒信號定界符。然後主控制器發送一個數據訊框。如果128位元時隙之後主控制器不能成功傳輸同步中斷信號,就會發出一個新的喚醒信號。這一重覆過程最多不能超過三次。

LIN匯流排在家電中的應用

對於典型的服裝烘乾機來說,用戶可以從烘乾機控制面板上選擇溫度、烘乾時間以及冷卻時間。設定之後烘乾機中的電子成分將接管全部的控制。控制溫度、烘乾程度、旋轉周期以及其它參數的感測器同控制面板直接相連。由於每一根線纜都必須連接到控制面板,因而這種實現方式成本很高。然而如果所有感測器、馬達和顯示單元都連接到一個單根的匯流排上,那麼就只需要在洗衣機?佈一根線纜,這樣就可以大幅降低服務以及初始製造成本。圖2顯示了一種烘乾機的網路實例。

比如在使用LIN匯流排的烘乾機?,用戶為烘乾周期選擇特定程式之後,主處理器(扮演主控制器角色)就會接管控制。在烘乾過程開始前,主控制器會查詢閘節點感測器以確定閘鎖是否已經關閉。如果閘鎖是打開的,就會在控制面板上顯示一個資訊或者發出一種聲音。如果閘鎖是關閉的,主控制器就會發出指令啟動加熱器開始加熱,並且指令馬達開始旋轉。使用單個標誌符可以實現兩種任務。馬達以及加熱器拾取這一標誌符並且開始加熱和旋轉。圖2:一種烘乾機的網路實例。

一旦烘乾機啟動了一個烘乾周期,每過一秒鐘系統就會輪詢溫度感測器,並檢查目標溫度值是否已經達到。如果已經達到目標溫度值,主控制器就會發出指令關閉加熱器。同時繼續監測溫度確保不會低於某一個確定的最小值。

在烘乾過程中主控制器將持續不斷地監控閘鎖,確保其一直被關閉。如果在烘乾過程中閘鎖被打開,主控制器立即向匯流排發出指令去關閉加熱器和馬達。

主控制器單元有一個專用於程式控制烘乾過程的定時器。烘乾過程結束後,加熱器被關閉,烘乾機繼續旋轉,主控制器啟動冷卻過程。冷卻過程結束後,主控制器向控制面板發出消息顯示烘乾過程結束,顯示單元就會顯示出文本消息,或者蜂鳴器發出一種聲音。

利用LIN匯流排實現系統的升級和除錯

可以用一台PC來存取LIN匯流排除錯節點。例如,按下兩個按鍵超過兩秒時間,就可以透過程式命令主控制器進入除錯/升級模式。在這種模式下主控制器可以激活除錯節點或者給節點下載新的固件。

透過編程LIN匯流排,烘乾機具有諸如自動負載控制這樣不同的特徵。每一個特徵無需單獨的一個模組(這意味著需要配備並且維護多個模組),所有的特徵可以應用同樣的基本控制模組。在生產過程中,透過LIN匯流排給節點發送一個配置指令就可以激活這一特徵,在節點上將它們儲存在EEPROM中。每次節點啟動時都會從EEPROM中加載配置。另外還有一種選擇就是每次烘乾機開機時主控制器會給各節點發送一種配置,因而不需要從EEPROM中加載。

使用LIN匯流排無需多個編程模組和多條電纜,可以節省成本。同時可以經過LIN匯流排來實施測試和除錯,授權或者屏蔽某些特徵,因而可以為製造商和消費者節省大量成本。

作者:Thomas Schmidt


Microchip Technology公司




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