汽车内串行通信总线

  越来越多的电子系统都需要更可靠的互连解决方案， 而LIN总线正成为汽车串行

  对于汽车制造商来说，很重要的三大问题是燃料效率、可靠性和成本。随着汽车设计中电子系统慢慢的变多，问题也慢慢的变复杂。这些子系统每个都会增加成本，而且还要良好的互连策略，从而为汽车设计人员提出了更多挑战。

  仅仅简单地用导线将这些新的电子系统连接起来并不能构成可行的解决方案。处理问题的一种方法是利用串行总线来代替电子模块间的连线。采用串行总线可减小导线束中导线的数量和连接数量，以此来降低成本并提高可靠性。同时由于设计重量减轻，还可提高燃料效率。

  目前汽车应用中使用较为广泛的两种数字总线标准是CAN(控制区域网络)总线。根据速度、总线延迟和成本等因素，每种总线适合于汽车市场中的特定应用。一种称为LIN(本地互连网络)的新总线标准可补充原来较为成熟的总线结构，覆盖原来的总线不太擅长的应用。

  LIN总线是由LIN联盟(这是由汽车、软件与半导体制造商组成的一个非赢利组织)制定的。LIN总线是A级总线，也就是说，它是一种低速总线。LIN总线 Kb/s。同时还可提供有保证的时延，即从网络中一个特定结点到另一个结点的通信可保证在规定的时间内完成。

  LIN总线的最大优点是其实现成本低，一个LIN总线结点的成本大约仅为类似CAN总线结点的一半。

  需要指出的是，开发LIN总线并非是要与其它总线结构竞争，相反是为了与其它总线形成互补关系。具体来说，LIN总线可以做为两级总线结构中的第二级，其中CAN总线可做为一级主干总线。在这种结构中，有些CAN总线结点还可做为网关，即做为本地LIN总线的主结点。

  LIN总线协议基于通用的UART字节接口，因此实现方式丰富灵活。LIN协议采用主/从通信机制。总线包括一个主结点和一个或多个从结点。主结点除了驱动所有消息的传输外，还完成所有的仲裁和冲突管理工作。这进一步简化了从结点，以此来降低了其成本。

  总线上的所有通信都以消息形式进行，消息有确定的格式，称为消息帧。消息帧由头(header)信息字段和响应(response)字段组成。头信息进一步分成几个字段。第一个是同步中断字段，由13个‘0’比特位和至少一个‘1’比特位组成，用来标志帧的开始。然后是由一系列交替出现的‘1’和‘0’组成的同步字段，可使每个从结点都可同步到主结点所设定的位速率；最后是标志字段，标志出所需要的消息以及响应字段的长度。

  只有主结点可以启动消息传输过程，这是通过向所有结点发送一个头字段实现的。头字段中的标志字段告诉网络中的所有从结点应该做出什么样的响应。可能的响应包括：从响应字段中接收字节数据；在响应字段中发送字节数据；或者什么都不做。每一从结点都分析头信息字段，并且必须准备好在帧的响应字段发送或接收数据。

  当利用传统的内置UART的微控制器(MCU)来实现LIN总线时，字节级的编码和解码既简单又高效。然而，创建并解释整个消息帧的工作则需要更加多通常MCU中所没有的资源。

  例如，利用同步字段来确定位速率，这是每个从结点必须在每条消息的起始要做的工作。在传统MCU上要实现这一功能需要一个硬件定时器和软件查询，这对处理器构成很大的负担。另一个例子是所有结点都需要检测几种错误情形，而这种错误有几率发生在每一位，因此在大多数情况下要消耗大量的解决能力。总的来说，LIN总线协议的所有这些特点要么需要大量的CPU开销，要么就需要只有少数MCU才能提供的专用硬件资源。

  Cypress公司的可编程系统芯片(PSoC)器件提供了第三种选择。开发该系列新产品的目的是要代替传统的固定功能MCU。每一个PSoC器件都是一个集成有微控制器的混合信号阵列。组成这些混合信号阵列的可编程模拟和数字电路划分成称为PSoC模块的逻辑模块(参看图1)。每一模块可完成一系列功能，包括许多标准外设功能。因此在应用中，可配置构成“完美”的外设组。数字PSoC模块可用来完成LIN总线接口所需要的所有硬件功能，从而将CPU从这些工作中解放出来。

  除了减轻CPU的开销以外，同时还可减少LIN总线功能所使用的数字资源。更多的资源可用于完成其它功能。这种结构的动态可重构特点使得在器件工作过程中可动态选择器件的不同配置来完成不同的功能。

  动态重构可大大方便基于PSoC的LIN总线设计。由于LIN总线传输有三个明确的阶段：头传输/接收、数据发送和数据接收，PSoC器件可以在每个阶段重新配置其数字模块资源来实现LIN总线协议所需要的不同功能。能够这样做是因为决定芯片配置的信息存储在基于RAM的寄存器中，在启动时从闪存传输数据将芯片配置为一个初始状态。因此，用户代码可在任何时间改变这些寄存器中的数值，从而改变PSoC资源的配置。

  实现LIN总线协议需要的代码存储器很小(如果PSoC用做从结点约为1.5 K字节，用做主结点约1K字节)。Cypress的PSoC器件能够给大家提供最大16K的闪存，因此能将大多数程序空间留给应用程序。驱动器管理所需要的CPU开销也非常低，仅需要大约10%的CPU周期，大多数硬件PSoC模块(5/8)都可以留给主应用使用。

  Cypress公司设计了一个LIN总线参考设计板，可拿来对基于PSoC的LIN总线结点设计做评估。这一参考设计是一个完整设计套件(CY3220LINBUS-RD)的一部分。实现LIN总线通信的软件可从网站下载。不需要许可费用。