基于有限狀態(tài)機在LIN總線開發(fā)中的應用

基于有限狀態(tài)機在LIN總線開發(fā)中的應用

     引言

　　隨著汽車智能化程度的提高和迅速升級換代的需要，汽車電子網絡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，完成單元之間的數據交換，系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1 車身控制系統(tǒng)結構圖

　　該車身控制系統(tǒng)包括車燈模塊、車門模塊、車內模塊、控制面板模塊和儀表盤模塊，分別完成對相應負載的控制和監(jiān)測，同時通過CAN總線完成數據交換。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前狀態(tài)轉換為下一個狀態(tài)的轉換函數所組成，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)，然后設計相應的算法完成狀態(tài)的轉換。

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

　　狀態(tài)的監(jiān)控和轉換是在UART接收中斷服務程序中實現(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UART發(fā)送的總線數據和接收到的總線數據一樣時，UART接收到的數據便是UART發(fā)送的數據，在接收中斷服務程序中完成狀態(tài)轉換算法，如圖2。通過判斷當前狀態(tài)和接收到的數據切換LINdriver的狀態(tài)，同時更新標志位。

　
圖2 LIN協(xié)議狀態(tài)機

　　軟件設計

　　軟件設計流程如圖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，設置波特率，使能接收中斷，設置LIN物理層收發(fā)器相應I/O腳方向及電平，然后在UART接收中斷服務程序中以狀態(tài)機的形式完成LIN通訊。下面結合LIN幀結構和 LINdriver的狀態(tài)轉換對該狀態(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接收中斷服務程序中，判斷接收到的數據為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)，當前狀態(tài)為BREAK時，如果接收到的數據為 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，當前狀態(tài)為SY NBYTE時，收到的數據便為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；

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

　　結語

　　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。