有限狀態(tài)機在LIN總線開發(fā)中的應(yīng)用

引言

隨著汽車智能化程度的提高和迅 速升級換代的需要，汽車電子網(wǎng)絡(luò)正在由集中式控制向分布式控制發(fā)展。LIN總線作為CAN總線的有效補充，以低速率和低成本的實現(xiàn)有效解決了分布式控制帶來的成本增加問題。在筆者研制的車身分布式控制系統(tǒng)中，采用CAN總線和LIN總線連接各個控制單元，完成單元之間的數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。



圖1 車身控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

該車身控制系統(tǒng)包括車燈模塊、車門模塊、車內(nèi)模塊、控制面板模塊和儀表盤模塊，分別完成對相應(yīng)負載的控制和監(jiān)測，同時通過CAN總線完成數(shù)據(jù)交換。其中車燈模塊和車門模塊基于CAN/LIN總線以分布式的形式實現(xiàn)。本文重點論述的是LIN協(xié)議的實現(xiàn)。

LIN協(xié)議分析和狀態(tài)機的設(shè)計

有限狀態(tài)機是由一組狀態(tài)、一個起始狀態(tài)、輸入以及將輸入與當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)換為下一個狀態(tài)的轉(zhuǎn)換函數(shù)所組成，它是一個特殊的有向圖，包括一些狀態(tài)節(jié)點和連接這些狀態(tài)的有向弧。對特定的狀態(tài)機而言，首先要建立一些有效的狀態(tài)，然后設(shè)計相應(yīng)的算法完成狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。

一個完整的LIN幀由間隔場、同步場、PID、數(shù)據(jù)場以及校驗和場組成，LIN協(xié)議驅(qū)動器要實現(xiàn)的便是依序完成間隔場和同步場的檢測、ID的發(fā)送和接收、數(shù)據(jù)場字節(jié)的發(fā)送和接收，最后完成校驗。狀態(tài)機形式與LIN協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)范的定義相吻合，可以通過建立相 應(yīng)的狀態(tài)來描述相應(yīng)的場從而描述整 個 LIN幀，且可以通過監(jiān)控當(dāng)前狀態(tài) ，按照當(dāng)前接收到的字節(jié)切換其 狀態(tài)，從而以狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方式依序完成各個場的發(fā)送和接收。設(shè)計以下幾個狀態(tài)：IDLE、BREAK、SYNBYTE、IDENTIFY、TRANCEIVE和 CHECKS UM，設(shè)置標志位state反映LINdriver的狀態(tài)，idle，pendin g，succe ss，當(dāng)處于LIN正確通訊的中間狀態(tài)時，state=pending，當(dāng)LIN通訊失敗，state=idle，當(dāng)完成一次完整的LIN通訊，state=success。

狀態(tài)的監(jiān)控和轉(zhuǎn)換是在UART接收中斷服務(wù)程序中實現(xiàn)的。因為LIN總線采用單根線通信，UART外接LIN物理層收發(fā)器，所以當(dāng)UART發(fā)送的總線數(shù)據(jù)和接收到的總線數(shù)據(jù)一樣時，UART接收到的數(shù)據(jù)便是UART發(fā)送的數(shù)據(jù)，在接收中斷服務(wù)程序中完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換算法，如圖2。通過判斷當(dāng)前狀態(tài)和接收到的數(shù)據(jù)切換LINdriver的狀態(tài)，同時更新標志位。


圖2 LIN協(xié)議狀態(tài)機

軟件設(shè)計

軟件設(shè)計流程如圖3所示。首先進行初始化，主要包括UART模塊的初始化和I/O腳初始化，設(shè)置波特率，使能接收中斷，設(shè)置LIN物理層收發(fā)器相應(yīng)I/O腳方向及電平，然后在UART接收中斷服務(wù)程 序中以狀態(tài)機的形式完成LIN通訊。下面結(jié)合LIN幀結(jié)構(gòu)和LINdriver的狀態(tài)轉(zhuǎn)換對該狀態(tài)機算法進行闡述。



圖3 軟件流程圖

LIN幀以間隔場起始的，LIN- driver的起始狀態(tài)為IDLE，此時state=idle。間隔場是一個13位0的場，引起接收中斷同時置位UART模塊的frameerror位，在UART接收中斷服務(wù)程序中，判斷接收到的數(shù)據(jù)為0x00且frameerror標志位為1時，便認為接收到了間隔場，這時LINdriver從IDLE切換到BREAK，state=pending。

同步場是一個0x55的字節(jié)，當(dāng)前狀態(tài)為BREAK時，如果接收到的數(shù)據(jù)為0x55，LINdriver切換為SYNBYTE，state=pending保持不變，否則切換為IDLE，state=idle；

PID是帶奇偶校驗的ID，它以低6 位 ID0-ID5表示ID，高兩位P0、P1是對 該ID的奇偶校驗，當(dāng)前狀態(tài)為SY NBYTE時 ，收到的數(shù)據(jù)便為PID。首先按照奇偶校驗算法對PID進行校驗，校驗通過再按照應(yīng)用層協(xié)議對該PID進行過濾，過濾成功則LINdriver切換為TRANCEIVE，校驗失敗或者過濾失敗則LINdriver返回IDLE，state=idle；

當(dāng)前狀態(tài)為TRANCEIVE時，接收到的數(shù)據(jù)便是數(shù)據(jù)場中字節(jié)，當(dāng)數(shù)據(jù)接收完畢，LINdriver切換為CHECKSUM。當(dāng)前狀態(tài)為CHECKSUM時，接收到的數(shù)據(jù)便為校驗和場，校驗成功，便置state=success， 表示成功地完成了一次LIN通訊，這時數(shù)據(jù)場中的數(shù)據(jù)是有效的，可以用于應(yīng)用程序；校驗失敗表示LIN通訊失敗，數(shù)據(jù)場中數(shù)據(jù)無效。

結(jié)語

本文針對普通單片機，借助于其片上UART，以狀態(tài)機的形式實現(xiàn)了LIN協(xié)議驅(qū)動，降低了LIN的實現(xiàn)成本，運行可靠穩(wěn)定，符合LIN總線以低成本作為CAN總線有效補充的 初衷。