【硬件】Lin总线 （与Can总线/Uart对比）+ uart模拟lin
1. 引言
Lin是一种一主多从的单总线协议。
背景历史这些都可以在文末参考链接中查阅。
Lin和Can都是车上常用的总线，所以做个对比，这个网上对比文章很多。
Lin和Uart其实从硬件时序图来看，很多相似处，甚至可以用串口来模拟Lin，所以这部分也做了一个对比。
英文解释如下：
LIN：Local Interconnect Network
Can： 控制器局域网 - Controller Area Network
Uart：通用异步收发传输器 - Universal Asynchronous Receiver/Transmitter
Usart：通用同步/异步串行接收/发送器 - Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter
SCI：串行通信接口 - Serial Communication Interface，Lin、Uart都属于SCI
2. Lin总线
2.1 时序
Lin时序图
时序的完整说明看这里
从上面链接转了一些十分直观的图过来，看完这几张图基本就看完了Lin时序，十分详细，精确搭配到每一位。
一帧数据 = 报头 + 响应
报头 = 间隔场 + 同步场 + 标志符场
响应 = 数据场 + 校验和场
间隔场
同步场
注意这里发送0x55实际是10101010，和串口发送顺序一致。标识符场
数据场
字节场
校验和场
/******************************************************************
Lin总线帧格式：帧头+应答
帧头：
同步间隔段（至少13个显性电平）+同步间隔段间隔符（至少1位隐形电平）+同步段（0x55）+字节间间隔+PID（ID+校验位）
注：PID=ID（6位）+校验（2位）
ID 取值范围为： 0x00~0x3f
ID的取值分类：
信号携带帧 ： 0x00~0x3b
诊断帧（主机请求）：0x3c
诊断帧（从机应答）：0x3d
保留帧 ： 0x3e,0x3f
P0 = ID0⊕ID1⊕ID2⊕ID4 异或运算
P1 = ID1⊕ID3⊕ID4⊕ID5 异或后取非
应答：
应答间隔+数据段+校验和段
数据段 低字节的低位先发
标准型校验和：只校验数据段
增强型校验和：校验数据段以及PID
诊断帧只能用标准型校验和
******************************************************************/
2.2 总线
Lin总线是一主多从的结构吗，LIN网络的节点数量不应超过16个。
2. 与Can总线对比
Lin与Can的对比网上文章很多，这里就简单写一下。
- Can可以是多主机，都可以主动发消息，can控制器会进行仲裁。
Lin是一主多从，查询回复 - 二者物理层电平协议不同，Can是2.5V上下1V，Lin是12V。
所以LIN收发器用的是TJA1020
CAN收发器用的是TJA1050 - Can速度高，Lin是低速总线。
Can通常为500kb/s，最低的也达到100kb/s。
Lin传输速率最高可达20Kbps，通常使用19200b/s或9600b/s的速率。 - 车载应用场景不同，Lin主要用于车顶、信号灯控制、汽车顶篷、车门、车窗玻璃、方向盘
方向控制开关、空调、座椅等等这些低速，校验不强的场景。
3. 与Uart对比
Lin和Uart在协议上不同，在硬件是很像的，或者说一样的，都是串行通用异步收发器。
因此有些IC没有Lin的情况下都是使用Uart来模拟Lin。
一般情况下，二者是不能直接模拟的，因为，因为Lin的字节场 和 Uart一样都是8N1的格式，但是Lin的头部场不符合这块。帧间隔场是连续13个显性电平，与串口的8位不符，所以帧间隔这部分就比较难搞。
3.1 波形对比
3.1.1 Lin波形
具体时序图可以看2.1节
帧头：同步间隔段（至少13个显性电平）+同步间隔段间隔符（至少1位隐形电平）+同步段（0x55）+字节间间隔+PID（ID+校验位）
应答：应答间隔+数据段+校验和段
3.1.2 串口波形
串口波形如下：
以1字节（8位）为一帧，
1bit 起始位 + 8位 数据位 + 1位校验位(或者没有) + 1位 停止位
3.2 Uart模拟Lin
看了一下stm32的cubeMx，uart确实可以选做Lin功能，说明在没有专用的Lin控制器的情况下，利用一些特别的做法，是可以通过Uart来实现lin的接收发送的。
借用一份网上看到的说法：
用普通串口是怎么实现LIN Break的低电平长度的？发一个字节的0x00总共才8bit不够长，两个字节0x00又太长而且中间断开了不连续；就算切换低波特率来发送0x00，但是切换波特率比较耗时，高电平长度明显超过协议要求，不符合LIN协议要求。
因此普通串口作为LIN从模式还行，作为主模式完全不符合LIN的标准。作为主模式就必须使用增强型串口才能解决 LIN Break问题。
然后是软件问题，由于LIN总线是半双工通信的，通信效率低而且没有硬件过滤器，必然会对MCU的性能产生极大的影响。这种情况下采用RTOS必然是可选项，否则容易导致事件响应实时性问题。
从网上下到了一份stm32的uart模拟lin的代码，比较有参考意义，简单介绍如下：
这个是我的一个车机项目中正在使用的LIN代码.MCU是STM32F103使用的是UCOS-II系统.这段代码包括LIN的从模式的初始化、接收、回应等。利用的是串口的LIN模式中断。带有很多中文注释。希望对你有用。
(This is the use of a car engine project my code in LIN.MCU is the use of the STM32F103 is UCOS-II system. This code includes LIN from model initialization, receiving, response. Use of the interrupt serial port LIN mode. With a lot of Chinese notes. I hope useful to you.)
头文件
/*
*******************************************************************************************
* DVG001项目LIN总线分析头文件
* 文件名称: LIN.h
* 版本号 : V0.9
* 编写人 : Rock.Wu
* 编写日期:2012-03-30
*******************************************************************************************
*/
#ifndef __LIN_H
#define __LIN_H
/*******************************包含的文件******************************/
#include <data_dispose.h>
/*******************************宏定义************************************/
#ifdef LIN_MODULE
#define LIN_EXT
#else
#define LIN_EXT extern
#endif
#define LIN_MODE 1/*当为1时工作在从模式，当为0时工作在主模式*/
#define LIN_CHECKSUM_MODE 1/*0为普通模式只效验数据，1为增强行模式连
ID一起效验*/
#define LIN_ID_NUM 2/*从模式中需要处理的ID个数*/
#define LIN_LEN_MODE 1/*0是直接从ID的Bit5、bIT4位获得，1是按约定从表格中
获得*/
/*接收ID*/
#define ID_LIFE_BELT 0xf0
#define ID_ACK 0x50
/*******************************数据类型定义***************************/
enum SlaveWorkMode{
SLAVE_IDLE,
SLAVE_RX_MODE,
SLAVE_TX_MODE
};
typedef struct
{
INT8U CMD_ID; /*命令ID*/
void (*pFunc)(void); /*对应的命令处理函数*/
} CMD_LINType;
/*******************************全局变量和事件定义*****************/
LIN_EXT OS_EVENT *LINMutex;
LIN_EXT OS_EVENT *LINRxSem;
LIN_EXT LINDataType LINTempData;
#ifdef LIN_MODULE
/*这里是标注要处理的ID是接收数据还是要回应数据,还有数据长度*/
#if (LIN_LEN_MODE == 0)
const INT8U LIN_ID_List[LIN_ID_NUM][2]={
{ID_LIFE_BELT, SLAVE_RX_MODE},
{ID_ACK, SLAVE_TX_MODE}
};
#else
const INT8U LIN_ID_List[LIN_ID_NUM][3]={
{ID_LIFE_BELT, SLAVE_RX_MODE, 8},
{ID_ACK, SLAVE_TX_MODE, 4}
};
#endif
#endif
/*******************************函数声明定义***************************/
LIN_EXT void BSP_LIN_Init(void);
LIN_EXT void LinSend(INT8U *ComputeData);
LIN_EXT void LIN_DataAnalyse(void);
#endif
/*************************************************************************************************
** End Of File
*************************************************************************************************/
源文件
/*
**********************************************************************************************
* DVG02项目的LIN总线分析文件
* 文件名称: LIN.c
* 版本号 : V0.9
* 编写人 : Rock.Wu
* 编写日期:2012-08-20
**********************************************************************************************
*/
#define LIN_MODULE
/*******************************包含的文件******************************/
#include <includes.h>
#include <cpu.h>
#include <LIN.h>
/*******************************宏定义************************************/
#define BIT(A,B) ((A>>B)&0x01)
#define LIN_RXCMD_BUF_SIZE 5 /*接受缓存大小10个报文*/
/*******************************数据类型定义***************************/
/*******************************变量定义*********************************/
enum LinState{
IDLE,
SYNCH,
ID_LEN,
DATA_GET,
CHECKSUM
};
enum LinErrState{
NO_ERR,
SYNC_ERR,
ID_ERR,
CHKSUM_ERR
};
static INT8U AnalysePlus4 = IDLE;
#if (LIN_LEN_MODE == 0)
static const INT8U LIN_Len[4]={2, 2, 4, 8};
#endif
static LINDataType TempLinData;
LINDataType LINRxMsgBuf[LIN_RXCMD_BUF_SIZE];
COMM_LIN_Q LIN_RxMsg;
extern CMD_LINType const LIN_CMD[LIN_ID_NUM];
static INT8U SendDataLen =0;
static INT8U LinSendBuf[9]={0,0,0,0,0,0,0,0,0};
/*******************************函数声明*********************************/
static void LIN_IRQ_Handler(void);
static void LIN_Rx_Analyse(INT8U LIN_Data);
/******************************************************************************
** 功能描述: 初始化UART4,用于与LIN通讯
** 输 入:
** 全局变量: UART1Sem
** 调用模块:
** 编写人 : Rock.Wu
** 编写日期:2012-09-14
*******************************************************************************/
void BSP_LIN_Init(void)
{
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;/*串口设置恢复默认参*/
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
INT8U i,j;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_UART4, ENABLE);
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 19200;
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
USART_Init(UART4, &USART_InitStructure);
USART_LINBreakDetectLengthConfig(UART4, USART_LINBreakDetectLength_11b);
USART_LINCmd(UART4, ENABLE);
USART_Cmd(UART4, ENABLE);
USART_ITConfig(UART4, USART_IT_RXNE, ENABLE);/*先使能接收中断*/
USART_ITConfig(UART4, USART_IT_TXE, DISABLE); /*先禁止发送中断*/
USART_ITConfig(UART4, USART_IT_LBD, ENABLE);/*先使能LIN间隔场检测到中断*/
BSP_IntVectSet(BSP_INT_ID_UART4, LIN_IRQ_Handler);
BSP_IntPrioSet(BSP_INT_ID_UART4, 1);
BSP_IntEn(BSP_INT_ID_UART4);
TempLinData.ErrorType = NO_ERR;
for(i=0;i<LIN_RXCMD_BUF_SIZE;i++) /*初始化接收队列数据*/
{
LINRxMsgBuf[i].CMD_ID = 0;
LINRxMsgBuf[i].Len = 0;
for(j=0;j<8;j++)
LINRxMsgBuf[i].Data[j]=0;
}
COMM_LIN_QCreate(&LIN_RxMsg, LINRxMsgBuf, LIN_RXCMD_BUF_SIZE); /*创建队列*/
}
/**************************************************************************************
** 功能描述: UART4 LIN 通讯接收发送中断服务程序
** 全局变量:
** 调用模块:
** 编写人 : Rock.Wu
** 编写日期:2012-09-14
**************************************************************************************/
static void LIN_IRQ_Handler(void)
{
if(USART_GetITStatus(UART4, USART_IT_LBD) != RESET)
{
USART_ClearITPendingBit(UART4, USART_IT_LBD);/*清除LIN间隔场检测标志*/
AnalysePlus4 = SYNCH;/*确认检测到间隔场下一个开始接收的是同步场数据*/
TempLinData.ErrorType = NO_ERR;
TempLinData.WorkMode = SLAVE_IDLE;
USART_ITConfig(UART4, USART_IT_TXE, DISABLE); /*先禁止发送中断*/
}
if(USART_GetITStatus(UART4, USART_IT_RXNE) != RESET)
{
USART_ClearITPendingBit(UART4, USART_IT_RXNE);/*清除接收中断标志*/
LIN_Rx_Analyse((INT8U)USART_ReceiveData(UART4));
}
/*溢出-如果发生溢出需要先读SR,再读DR寄存器则可清除不断入*/
if(USART_GetFlagStatus(UART4, USART_FLAG_ORE)==SET)
{
USART_ClearFlag(UART4, USART_FLAG_ORE); /*读SR其实就是清除标志*/
USART_ReceiveData(UART4);/*读DR*/
}
if(USART_GetITStatus(UART4, USART_IT_TXE) != RESET)
{
USART_ClearITPendingBit(UART4, USART_IT_TXE);/*清除接收中断标志*/
if((LINTempData.WorkMode == SLAVE_TX_MODE)&&(SendDataLen != 0))
{
SendDataLen--;/*这个必须防在先面的发送函数前才能得到
正确的数据，因为之前它加了1*/
USART_SendData(UART4, ((u16) LinSendBuf[SendDataLen]));
}else{
SendDataLen = 0;
LINTempData.WorkMode = SLAVE_IDLE;
USART_ITConfig(UART4, USART_IT_TXE, DISABLE); /*先禁止发送中断*/
}
}
}
/**************************************************************************************
** 功能描述: UART4 LIN 通讯接收解析服务程序
** 全局变量:
** 调用模块:
** 编写人 : Rock.Wu
** 编写日期:2012-09-17
**************************************************************************************/
static void LIN_Rx_Analyse(INT8U LIN_Data)
{
INT8U TempData = 0, TempNum = 0;
static INT8U TempLen = 0;
static INT16U TempCheckSum = 0;
switch(AnalysePlus4)
{
case 1:
if(LIN_Data == 0x55)
{
AnalysePlus4 = ID_LEN;/*下一个将接收ID信息*/
}else{
AnalysePlus4 = IDLE;
TempLinData.ErrorType = SYNC_ERR;
}
break;
case 2:
TempData = (~(BIT(LIN_Data,1)^BIT(LIN_Data,3)^BIT(LIN_Data,4)^BIT(LIN_Data,5)))<<7;
TempData |= (BIT(LIN_Data,0)^BIT(LIN_Data,1)^BIT(LIN_Data,2)^BIT(LIN_Data,4))<<6;
if(TempData == (LIN_Data&0xC0))
{
TempLinData.CMD_ID = LIN_Data;
#if (LIN_CHECKSUM_MODE == 0)
TempCheckSum = 0;
#else
TempCheckSum = TempLinData.CMD_ID;
#endif
for(TempNum = 0; TempNum < LIN_ID_NUM; TempNum++)
{
if(TempLinData.CMD_ID == LIN_ID_List[TempNum][0])
{
TempLinData.WorkMode = LIN_ID_List[TempNum][1];
#if (LIN_LEN_MODE == 0)
TempLinData.Len = LIN_Len[((LIN_Data>>4)&0x03)];
#else
TempLinData.Len = LIN_ID_List[TempNum][2];
#endif
if(TempLinData.WorkMode == SLAVE_RX_MODE)
{
TempLen = 1;
AnalysePlus4 = DATA_GET;
}else if(TempLinData.WorkMode == SLAVE_TX_MODE)
{
AnalysePlus4 = IDLE;
COMM_LIN_QPushStr(&LIN_RxMsg, &TempLinData);
OSSemPost(LINRxSem);
}
return;
}
}
AnalysePlus4 = IDLE; TempLinData.CMD_ID = 0; TempLinData.Len = 0;
}else{
AnalysePlus4 = IDLE;
TempLinData.ErrorType = ID_ERR;
}
break;
case DATA_GET:
TempLinData.Data[(TempLen-1)] = LIN_Data;
TempCheckSum += LIN_Data;
if(TempCheckSum&0xFF00)
TempCheckSum = (TempCheckSum&0x00FF)+1;
if(TempLinData.Len > TempLen)
{
TempLen++;
}else{
AnalysePlus4 = CHECKSUM;
TempLinData.CheckSum = (INT8U)((~TempCheckSum)&0x00ff);
TempLen = 0;
}
break;
case CHECKSUM:
AnalysePlus4 = IDLE;
if(TempLinData.CheckSum == LIN_Data)
{
COMM_LIN_QPushStr(&LIN_RxMsg, &TempLinData);
TempLinData.CMD_ID = 0; TempLinData.Len = 0; TempLinData.CheckSum = 0;
OSSemPost(LINRxSem);
}else{
TempLinData.CMD_ID = 0; TempLinData.ErrorType = CHKSUM_ERR;
TempLinData.Len = 0; TempLinData.CheckSum = 0;
}
break;
default:
break;
}
}
/*****************************************************************************
** 功能描述: LIN 接收数据处理程序
** 全局变量:
** 调用模块:
** 编写人 : Rock.Wu
** 编写日期:2012-09-17
******************************************************************************/
void LIN_DataAnalyse(void)
{
COMM_Q_Status Q_Status_Data;
INT8U i=0;
Q_Status_Data = COMM_LIN_QQuery(&LIN_RxMsg);
if((Q_Status_Data == COMM_Q_DATA)||(Q_Status_Data == COMM_Q_FULL))
{
if(COMM_LIN_QPopStr(&LIN_RxMsg, &LINTempData) == COMM_Q_OK)
{
for(i=0;i<LIN_ID_NUM;i++)
{
if(LINTempData.CMD_ID == LIN_CMD[i].CMD_ID)
{
LIN_CMD[i].pFunc();
break;
}
}
}
// Q_Status_Data = COMM_LIN_QQuery(&LIN_RxMsg);
}
}
/*****************************************************************************
** 功能描述: LIN 从模式发送函数
** 全局变量:
** 调用模块:
** 编写人 : Rock.Wu
** 编写日期:2012-09-17
******************************************************************************/
void LinSend(INT8U *ComputeData)
{
INT8U i = 0;
#if (LIN_CHECKSUM_MODE == 0)
INT16U TempData = 0;
#else
INT16U TempData = LINTempData.CMD_ID;
#endif
if((LINTempData.WorkMode != SLAVE_TX_MODE)||(SendDataLen != 0))
return;
SendDataLen = LINTempData.Len+1;/*用SendDataLen做下标加上CHECKSUM的长度*/
for(i = 0; i<LINTempData.Len; i++)
{
LinSendBuf[(LINTempData.Len-i)] = ComputeData[i];
TempData += ComputeData[i];
if(TempData&0xFF00)
TempData = (TempData&0x00FF)+1;
}
LinSendBuf[0] = (INT8U)((~TempData)&0x00ff);
USART_ITConfig(UART4, USART_IT_TXE, ENABLE); /*启动发送中断*/
}
/*************************************************************************************************
** End Of File
*************************************************************************************************/
4. 参考链接
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