MM32F5270 UART实现LIN通信-电子发烧友网

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LIN总线简介

LIN（Local Interconnect Network）总线是基于UART/SCI（通用异步收发器/串行接口）的低成本串行通讯协议，其目标定位于车身网络模块节点间的低端通信，主要用于智能传感器和执行器的串行通信。LIN总线采用单主多从的组网方式，没有CAN总线那样的仲裁机制，辅以简单驱动程序便可实现LIN协议。LIN节点由控制芯片和LIN收发器构成，一般通过芯片搭载的UART模块来实现，主节点控制传输时刻，控制整个网络的通信，从节点按照主节点的调度进行通信。

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LIN报文结构

LIN总线上有“显性”和“隐性”两种互补的逻辑电平。显性电平是逻辑 0，隐性电平是逻辑1，总线上实行“线与”。

一帧LIN报文由帧头（Header）和应答（Response）两部分组成。主机任务负责发送帧头，从机任务接收帧头并对帧头所包含信息进行解析，然后决定是发送应答，还是接收应答，还是不作任何反应。帧在总线上的传输如下图所示：

帧头包括同步间隔段、同步段以及受保护ID段（PID）。应答包括数据段和校验和段。LIN报文帧整体结构如下图所示。

同步间隔段

同步间隔段标志一帧的开始，由同步间隔(Break)和间隔符(Break Delimiter)构成。同步间隔段至少有13个显性位，间隔符至少有一个隐形位。

同步段

同步段固定一个字节，值固定为0x55。

在LIN帧中，除了同步间隔段，后面各段都是通过字节域的格式传输的。LIN的字节域就是指标准的UART数据传输格式，字节域包括1位起始位（显性）+8位数据位+1位停止位（隐性）。数据传输都是先发送LSB，最后发送 MSB。LIN总线将下降沿作为判断标志，通过字节0x55（01010101b）进行同步，从机节点上可以采用非高精度时钟，如果存在偏差，可以通过同步场来调整，使从机节点数据的波特率与主机节点一致。

受保护ID段

受保护ID段由6位帧ID和2位奇偶校验位组成，帧ID范围为0x00~0x3F共64个。

帧ID标识了帧的类别，从机任务根据帧头ID作出反应（接收/发送/忽略应答），其中P0与P1效验如下：

P0 = ID0⊕ID1⊕ID2⊕ID4

P1 = ¬(ID1⊕ID3⊕ID4⊕ID5)

其中“⊕”代表“异或”运算，“¬”代表“取非”运算。

由公式可以看出，PID 不会出现全 0 或全 1 的情况，如果从机节点收到了“0xFF”或“0x00”，可判断传输错误。LIN总线根据帧ID的不同，将报文分为信号携带帧、诊断帧、保留帧。

应注意从机应答帧是一个完整的帧，与帧结构中的“应答”不同。

数据段

数据段包含1~8个字节，可以分为两种数据类型：信号和诊断消息。信号由信号携带帧传递，诊断消息由诊断帧传递。LIN协议规定可传输的LIN字节数为2、4、8，并不是1~8内任意一个数字。一般应用方面会统一字节数，通常是每帧传输8个字节。

校验和段

校验和段是为了对帧传输内容进行效验。效验分为标准型校验与增强型校验。

将校验对象的各字节作带进位二进制加法（当结果大于等于256 时就减去255），并将所得最终的和逐位取反，以该结果作为要发送的校验和。接收方根据校验和类型，对接收数据作相同的带进位二进制加法，最终的和不取反，并将该和与接收到的校验和作加法，如果结果为0xFF，则校验和无误。这在一定程度上保证了数据传输的正确性。

采用标准型还是增强型是由主机节点管理，发布节点和收听节点根据帧ID来判断采用哪种校验和。

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LIN通信实验

MM32F5270的UART支持LIN协议下收发断开符号，通过配置UART，根据总线特征编写LIN驱动程序，实现LIN总线通信。相关代码参考灵动官网的LibSamples或在此基础上修改。

3.1 LIN驱动程序

同步间隔段

配置UART支持LIN协议下收发断开符号：

voidLIN_MASTER_Break(void)
{
LIN_MASTER_TXBRK_InterruptFlag=0;

UART_LINCmd(UART1,ENABLE);
UART_SendBreak(UART1);

while(0==LIN_MASTER_TXBRK_InterruptFlag)
{
}
}

同步段

主机发送0x55：

voidLIN_MASTER_SyncByte(void)
{
LIN_MASTER_SendData(0x55);
}

受保护ID段

uint8_tLIN_FrameIDToPID(uint8_tFrameID)
{
uint8_ti=0;
uint8_tP0=0,P1=0,PID=0xFF;
uint8_tID_BIT[6]=
{
0,0,0,0,0,0
};

if(FrameID< 0x40)
    {
        PID = FrameID;

        for (i = 0; i < 6; i++)
        {
            if (FrameID & (0x01 << i))
            {
                ID_BIT[i] = 1;
            }
            else
            {
                ID_BIT[i] = 0;
            }
        }

        P0 =  (ID_BIT[0] ^ ID_BIT[1] ^ ID_BIT[2] ^ ID_BIT[4]) & 0x01;
        P1 = ~(ID_BIT[1] ^ ID_BIT[3] ^ ID_BIT[4] ^ ID_BIT[5]) & 0x01;

        if (P0)
        {
            PID |= 0x40;
        }

        if (P1)
        {
            PID |= 0x80;
        }
    }

    return (PID);
}

数据段

主机发送数据：

voidLIN_MASTER_SendData(uint8_tData)
{
UART_SendData(UART1,Data);

while(RESET==UART_GetFlagStatus(UART1,UART_FLAG_TXC))
{
}
}

从机发送数据：

voidLIN_SLAVE_SendData(uint8_tData)
{
UART_SendData(UART1,Data);

while(RESET==UART_GetFlagStatus(UART1,UART_FLAG_TXC))
{
}
}

校验和段

标准型校验：

uint8_tLIN_ClassicChecksum(uint8_t*Buffer,uint8_tLength)
{
uint8_ti=0;
uint16_tChecksum=0;

for(i=0;i< Length; i++)
    {
        Checksum += Buffer[i];

        if (Checksum >0xFF)
{
Checksum%=0xFF;
}
}

return(~(uint8_t)(Checksum&0x00FF));
}

增强型校验：

uint8_tLIN_EnhancedChecksum(uint8_tPID,uint8_t*Buffer,uint8_tLength)
{
uint8_ti=0;
uint16_tChecksum=PID;

for(i=0;i< Length; i++)
    {
        Checksum += Buffer[i];

        if (Checksum >0xFF)
{
Checksum%=0xFF;
}
}

return(~(uint8_t)(Checksum&0x00FF));
}

主机发送帧头

voidLIN_MASTER_SendHeader(uint8_tPID)
{
LIN_MASTER_Break();

LIN_MASTER_SyncByte();

LIN_MASTER_SendData(PID);
}

主机发送报文

诊断帧ID包括主机请求帧0x3C、从机应答帧0x3D，诊断帧用标准型校验和，其他帧使用增强型校验和。

voidLIN_Master_SendFrame(uint8_tFrameID,uint8_t*Buffer,uint8_tLength)
{
uint8_ti=0;
uint8_tChecksum=0;
uint8_tPID=LIN_FrameIDToPID(FrameID);

if((0x3C==FrameID)||(0x3D==FrameID))
{
Checksum=LIN_ClassicChecksum(Buffer,Length);
}
else
{
Checksum=LIN_EnhancedChecksum(PID,Buffer,Length);
}

LIN_MASTER_SendHeader(PID);

for(i=0;i< Length; i++)
    {
        LIN_MASTER_SendData(Buffer[i]);
    }

    LIN_MASTER_SendData(Checksum);
}

从机发布数据

从机解析帧头信息，将主机发送的PID得到帧ID，根据帧ID选择校验类型，发送数据段和校验和段。

voidLIN_SLAVE_Response(uint8_t*Buffer,uint8_tLength)
{
uint8_ti=0;
uint8_tChecksum=0,FrameID=0;

FrameID=LIN_PIDToFrameID(LIN_SLAVE_RxBuffer[1]);
Checksum=0;

if((0x3C==FrameID)||(0x3D==FrameID))
{
Checksum=LIN_ClassicChecksum(Buffer,Length);
}
else
{
Checksum=LIN_EnhancedChecksum(LIN_SLAVE_RxBuffer[1],Buffer,Length);
}

for(i=0;i< Length; i++)
    {
        LIN_SLAVE_SendData(Buffer[i]);
    }

    LIN_SLAVE_SendData(Checksum);
}

3.2 主机程序

主机UART配置

voidUART_Configure(uint32_tBaudrate)
{
GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStruct;
NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStruct;
UART_InitTypeDefUART_InitStruct;

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_UART1,ENABLE);

UART_StructInit(&UART_InitStruct);
UART_InitStruct.BaudRate=Baudrate;
UART_InitStruct.WordLength=UART_WordLength_8b;
UART_InitStruct.StopBits=UART_StopBits_1;
UART_InitStruct.Parity=UART_Parity_No;
UART_InitStruct.HWFlowControl=UART_HWFlowControl_None;
UART_InitStruct.Mode=UART_Mode_Rx|UART_Mode_Tx;
UART_Init(UART1,&UART_InitStruct);

UART_IDLRConfig(UART1,100);/*LINMasterOnly!!!*/

UART_ITConfig(UART1,UART_IT_RX,ENABLE);
UART_ITConfig(UART1,UART_IT_TXBRK,ENABLE);

RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA,ENABLE);

GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_7);
GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource10,GPIO_AF_7);

GPIO_StructInit(&GPIO_InitStruct);
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_High;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);

GPIO_StructInit(&GPIO_InitStruct);
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);

NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel=UART1_IRQn;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);

UART_Cmd(UART1,ENABLE);
}

主机中断服务子程序

voidUART1_IRQHandler(void)
{
uint8_ti=0;

if(SET==UART_GetITStatus(UART1,UART_IT_TXBRK))
{
UART1_RxLength=0;

UART_ClearITPendingBit(UART1,UART_IT_TXBRK);

UART_ITConfig(UART1,UART_IT_RXIDLE,ENABLE);

LIN_MASTER_TXBRK_InterruptFlag=1;
}

if(SET==UART_GetITStatus(UART1,UART_IT_RX))
{
UART1_RxBuffer[UART1_RxLength]=UART1->RDR&0x00FF;

UART1_RxLength=(UART1_RxLength+1)%100;

UART_ClearITPendingBit(UART1,UART_IT_RX);
}

if(SET==UART_GetITStatus(UART1,UART_IT_RXIDLE))
{
for(i=0;i< UART1_RxLength; i++)
        {
            LIN_MASTER_RxBuffer[i] = UART1_RxBuffer[i];
        }

        LIN_MASTER_RxLength = UART1_RxLength;
        LIN_MASTER_RxFinish = 1;

        UART_ClearITPendingBit(UART1, UART_IT_RXIDLE);
        UART_ITConfig(UART1, UART_IT_RXIDLE, DISABLE);
    }
}

主机例程

主机间隔500ms发布和接收数据，发送帧ID和数据依次累加：

voidUART_LIN_Master_Sample(void)
{
uint8_ti=0;
uint8_tFrameID=0,Mode=0;
uint8_tBuffer[2]={0,0};

printf("
Test%s",__FUNCTION__);

LIN_MASTER_RxLength=0;
LIN_MASTER_RxFinish=0;

for(i=0;i< 100; i++)
    {
        LIN_MASTER_RxBuffer[i] = 0;
    }

    UART_Configure(19200);

    while (1)
    {
        if (Mode == 0)
        {
            printf("
LIN Master Write...");
            LIN_Master_SendFrame(FrameID, Buffer, sizeof(Buffer));
        }
        else
        {
            printf("
LIN Master Read....");
            LIN_MASTER_SendHeader(LIN_FrameIDToPID(FrameID));

            while (0 == LIN_MASTER_RxFinish)
            {
            }

            LIN_MASTER_RxFinish = 0;

            printf("
LIN Master Rx Length : %d, Rx Buffer : ", LIN_MASTER_RxLength);

            for (i = 0; i < LIN_MASTER_RxLength; i++)
            {
                printf("0x%02x ", LIN_MASTER_RxBuffer[i]);
            }

            printf("
");

            for (i = 0; i < sizeof(Buffer); i++)
            {
                Buffer[i]++;
            }

            FrameID = (FrameID + 1) % 0x40;
        }

        Mode = (0 == Mode) ? 1 : 0;

        PLATFORM_DelayMS(500);
    }
}

3.3 从机程序

从机UART配置

使能UART LIN总线模式、使能UART接收断开帧中断、使能接收单字节中断。

voidUART_Configure(uint32_tBaudrate)
{
GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStruct;
NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStruct;
UART_InitTypeDefUART_InitStruct;

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_UART1,ENABLE);

UART_StructInit(&UART_InitStruct);
UART_InitStruct.BaudRate=Baudrate;
UART_InitStruct.WordLength=UART_WordLength_8b;
UART_InitStruct.StopBits=UART_StopBits_1;
UART_InitStruct.Parity=UART_Parity_No;
UART_InitStruct.HWFlowControl=UART_HWFlowControl_None;
UART_InitStruct.Mode=UART_Mode_Rx|UART_Mode_Tx;
UART_Init(UART1,&UART_InitStruct);

UART_LINCmd(UART1,ENABLE);

UART_ITConfig(UART1,UART_IT_RX,ENABLE);
UART_ITConfig(UART1,UART_IT_RXBRK,ENABLE);

RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA,ENABLE);

GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_7);
GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource10,GPIO_AF_7);

GPIO_StructInit(&GPIO_InitStruct);
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_High;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);

GPIO_StructInit(&GPIO_InitStruct);
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);

NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel=UART1_IRQn;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);

UART_Cmd(UART1,ENABLE);
}

从机中断服务子程序

voidUART1_IRQHandler(void)
{
uint8_ti=0;

if(SET==UART_GetITStatus(UART1,UART_IT_RXBRK))
{
UART1_RxLength=0;

UART_ClearITPendingBit(UART1,UART_IT_RXBRK);

UART_ITConfig(UART1,UART_IT_RXIDLE,ENABLE);
}

if(SET==UART_GetITStatus(UART1,UART_IT_RX))
{
UART1_RxBuffer[UART1_RxLength]=UART_ReceiveData(UART1);

UART1_RxLength=(UART1_RxLength+1)%100;

UART_ClearITPendingBit(UART1,UART_IT_RX);
}

if(SET==UART_GetITStatus(UART1,UART_IT_RXIDLE))
{
for(i=0;i< UART1_RxLength; i++)
        {
            LIN_SLAVE_RxBuffer[i] = UART1_RxBuffer[i];
        }

        LIN_SLAVE_RxLength = UART1_RxLength;
        LIN_SLAVE_RxFinish = 1;

        UART_ClearITPendingBit(UART1, UART_IT_RXIDLE);
        UART_ITConfig(UART1, UART_IT_RXIDLE, DISABLE);
    }
}

从机例程

从机对帧头包含信息解析，确定是发送应答，还是接收应答。

voidUART_LIN_Slave_Sample(void)
{
uint8_ti=0;
uint8_tChecksum=0,FrameID=0;
uint8_tLength=0,Buffer[100];

printf("
Test%s",__FUNCTION__);

Length=0;
LIN_SLAVE_RxLength=0;
LIN_SLAVE_RxFinish=0;

for(i=0;i< 100; i++)
    {
        Buffer[i]             = 0;
        LIN_SLAVE_RxBuffer[i] = 0;
    }

    UART_Configure(19200);

    while (1)
    {
        if (1 == LIN_SLAVE_RxFinish)
        {
            LIN_SLAVE_RxFinish = 0;

            if (0x55 == LIN_SLAVE_RxBuffer[0])
            {
                if (2 == LIN_SLAVE_RxLength)
                {
                    LIN_SLAVE_Response(Buffer, Length);
                }
                else
                {
                    for (i = 2; i < LIN_SLAVE_RxLength - 1; i++)
                    {
                        Buffer[i - 2] = LIN_SLAVE_RxBuffer[i];
                    }

                    Length = LIN_SLAVE_RxLength - 3;
                }
            }
        }
    }
}

3.4 验证

通过UART接口连接两块MM32F5270 MiniBoard，观察串口调试助手：