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UART控制器LIN功能模式（NUC029LAN阅读笔记）

2023-05-16

UART控制器LIN功能模式（NUC029LAN阅读笔记）

  • LIN总线帧格式
    • 字节域格式（LIN标准）
    • 帧头（Header）
      • 同步间隔域（Break Field）
      • 同步域（Sync Byte Field）
      • 受保护ID域（Protected Identifier Field）
    • 响应域（Response）
      • 数据域（Data1~N）
      • 校验和（Checksum）
  • LIN总线编程流程

LIN总线帧格式

一个LIN信息帧包含帧头（Header）和响应（Response）。
帧头(Header) 包含：间隔域（Break Field），同步域（Sync Field）和受保护的标识符域（Protected Indentifier Field）；
响应(Response) 包含：数据域（Data1~N），校验和（Checksum）。
字节之间有字节间隔（InterByteSpace），在头信息和响应之间有一个响应间隔（ResponseSpace），这两个间隔的最小值为0。

下图是LIN功能模式的帧结构：
LIN的帧结构图

下图是LIN功能模式的帧格式：
LIN帧结构

字节域格式（LIN标准）

除起始域（Header）与响应间隔（ResponseSpace），其他部分都是以字节为单位传送，每个字节都有自己的格式，称之为字节域（ByteField）。

在LIN 模式下，根据LIN的标准，每个字节域的开始都是由一个值为0的起始位（显性的），后面跟随8个位的数据（LSB 优先），最后以一个值为1的停止位（隐性的）结束。

字节域（Byte Field）：1位起始位（Start Bit，显性，值为0）+ 8位数据位 + 1位停止位（Stop Bit，隐性，值为1），是一种标准UART 数据传输格式。

下图是LIN功能模式的字节域格式：
字节域格式(LIN标准)

帧头（Header）

同步间隔域（Break Field）

下图是LIN功能模式的同步间隔域格式：
同步间隔域格式

同步域（Sync Byte Field）

同步域（Sync Byte Field），是固定值（0x55），二进制是01010101，由于是先发送低位，也就是先发送1。

下图是LIN功能模式的同步域格式：
同步域格式

受保护ID域（Protected Identifier Field）

受保护ID域（Protected Identifier Field），前6位为帧ID（Frame ID），最高两位是奇偶校验。

帧ID（Frame ID），前6位为帧ID，范围在0x00～0x3F之间。帧ID标识了帧的类别。从机任务对于帧头作出的反应(接收/发送/忽略应答部分)都是依据帧ID判断的。如果帧ID传输错误，将会导致信号无法正确到达目的地。因此引入奇偶校验位。
奇偶校验（Parity Check），最高两位是奇偶校验，其中ID6 是ID0、ID1、ID2、ID4 的奇校验，ID7 是ID1、ID3、ID4、ID5 的偶校验。

校验公式如下，其中“⊕”代表“异或”运算，“¬”代表“取非”运算。
P0 = ID0 ⊕ID1 ⊕ID2 ⊕ID4
P1 = ¬ (ID1 ⊕ID3 ⊕ID4 ⊕ID5)
（由公式可以看出，PID不会出现全0或全1的情况，因此，如果从机节点收到了“0xFF”或“0x00”，可判断为传输错误。）

下图是LIN功能模式的ID域格式：
ID域格式

下列是NUC029xANSeriesBSP固件库中，ID域奇偶校验位求值函数的代码：

/*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
/* Compute Parity Value                                                                                    */
/*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
// 获取ID域的奇偶校验值（指定ID），返回ID域值
// 计算指定ID的奇偶校验位，并返回ID域值
uint8_t GetParityValue(uint32_t u32id)
{
    uint32_t u32Res = 0, ID[6], p_Bit[2] , mask = 0;

	// 将ID存入ID[0：5]
    for(mask = 0; mask < 6; mask++)
        ID[mask] = (u32id & (1 << mask)) >> mask;

	// 获取ID域奇偶检验位值
	// ID6(p_Bit[0])是ID0、ID1、ID2、ID4的奇校验
	// ID7(p_Bit[1])是ID1、ID3、ID4、ID5的偶校验
    p_Bit[0] = (ID[0] + ID[1] + ID[2] + ID[4]) % 2;
    p_Bit[1] = (!((ID[1] + ID[3] + ID[4] + ID[5]) % 2));

	// 得到ID域值u32Res(前6位是ID，高两位是奇偶校验位)
    u32Res = u32id + (p_Bit[0] << 6) + (p_Bit[1] << 7);
	//  返回ID域值
    return u32Res;
}

【校验和求值示例】
ID域对0x12的ID求校验位
xx01 0010 （0x12）
ID6 = (ID[0] + ID[1] + ID[2] + ID[4]) % 2; = 0
ID7 = (!((ID[1] + ID[3] + ID[4] + ID[5]) % 2)); = 1
得到ID域为
1001 0010 （0x92）




响应域（Response）

LIN协议中，一帧信息的响应域由数据域和校验码域两部分构成。

数据域（Data1~N）

每个数据域的开始都是由一个值为0的起始位 (显性的)，后面跟随8个位的数据(LSB 优先)，最后以一个值为1的停止位（隐性的）结束。

下图是LIN功能模式的数据域格式：
数据域格式

校验和（Checksum）

校验和（Checksum），是所有数据（可能包含ID域）带进位的8位和（即所有数据累加，大于等于256时，减去255）。

校验和计算方法：将校验对象的各字节作带进位二进制加法（每当结果大于等于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。

下图是LIN功能模式的校验和格式：
校验和格式

下列是NUC029xANSeriesBSP固件库中，校验和求值函数的代码：

/* CheckSum Method */					// 校验模式
#define MODE_CLASSIC    2			// 经典模式-不包含ID的校验位
#define MODE_ENHANCED   1			// 增强模式-包含ID的校验位

/*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
/* Compute CheckSum Value , MODE_CLASSIC:(Not Include ID)    MODE_ENHANCED:(Include ID)                    */
/*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
// 获取校验和的值（发送数组，选择校验模式）
// 计算检验和：所有数据累加，大于等于256时，减去255；并将所得最终的和逐位取反
uint32_t GetCheckSumValue(uint8_t *pu8Buf, uint32_t u32ModeSel)
{
    uint32_t i, CheckSum = 0;

		// 计算检验和
		// 所有数据累加，大于等于256时，减去255
		// pu8Buf=g_u8SendData，[0]为同步域[1]为ID域
		// 包含ID的校验位，从[1]位ID域开始求和
		// 不包含ID的检验位，从[2]位响应域开始求和
    for(i = u32ModeSel; i <= 9; i++)
    {
        CheckSum += pu8Buf[i];
        if(CheckSum >= 256)
            CheckSum -= 255;
    }
		// 并将所得最终的和逐位取反
    return (255 - CheckSum);
}

【校验和求值示例】
数据1域0x1：g_u8SendData[3] = 01
数据2域0x2：g_u8SendData[4] = 02
数据3域0x3：g_u8SendData[5] = 03
数据4域0x4：g_u8SendData[6] = 04
数据5域0x5：g_u8SendData[7] = 05
数据6域0x6：g_u8SendData[8] = 06
数据7域0x7：g_u8SendData[9] = 07
数据8域0x8：g_u8SendData[10] = 08
校验和含ID:g_u8SendData[11] = 49

求校验和（不含ID）
01+02+03+04+05+06+07+08=0x24
~0x24=0xDB
得g_u8SendData[11] = DB

求校验和（含ID）
92+01+02+03+04+05+06+07+08=1011 0110=0xB6
~0xB6=0100 1001=0x49
得g_u8SendData[11] = 49




LIN总线编程流程

LIN总线发送（TX）编程流程如下：

  1. 设置 UA_FUN_SEL[1:0] 为 01 来使能 LIN 总线模式。
  2. 设置 UA_LIN_BKFL(UA_ALT_CSR[3:0])寄存器来选择 break 域长度。（break 域的长度为UA_LIN_BKFL+2）
  3. 将THR(UA_THR[7:0])设置为0x55，来请求发送同步域。
  4. 通过写受保护的标识值到UA_THR中，来请求标识域传输。
  5. 设置 LIN_TX_EN(UA_ALT_CSR[7]) 位来开始传输（当break操作完成后，LIN_TX_EN(UA_ALT_CSR[7])将会被自动清除）。
  6. 当THR寄存器中最后一个字节中的STOP位发送到总线上后，硬件将会设置UA_FSR寄存器中的TE_FLAG位为1。
  7. 填N个字节的数据和校验码到THR(UA_THR[7:0])，然后重复步骤5和步骤6来发送数据。

下列是NUC029xANSeriesBSP固件库中，LIN总线主机发送LIN帧头、响应域的代码：

/*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
/* Global variables                                                                                        */
/*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
// 发送数组[]={同步域，ID域，数据位，校验和}
uint8_t g_u8SendData[12] = {0};				// 发送数组
volatile int32_t g_i32pointer = 0;		// 发送数组下标

/*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
/*  Master send header and response                                                                        */
/*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
// LIN主机测试（指定ID，选择模式）
// 发送LIN帧头、发送响应域
void LIN_MasterTest(uint32_t u32id, uint32_t u32ModeSel)
{
		// 发送数组
    uint32_t testPattern[8] = {0x1, 0x2, 0x3, 0x4, 0x5, 0x6, 0x7, 0x8};

    /*Send ID=0x35 Header and Response TestPatten*/
		// 发送LIN帧头（指定ID域u32id）
		// 发送响应域（检验模式）
    LIN_SendHeader(u32id);
    LIN_SendResponse(u32ModeSel, &testPattern[0]);
}

/*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
/*  Send LIN Header Field                                                                                  */
/*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
// 发送LIN帧头（指定ID域）
// 设定LIN模式Break域长度\
// 发送同步域0x55\
// 发送ID域（通过GetParityValue获取指定ID的ID域）
void LIN_SendHeader(uint32_t u32id)
{
    g_i32pointer = 0 ;		// g_u8SendData发送数组

    /* Set LIN operation mode, Tx mode and break field length is 13 bits */
		// Uart1设置LIN TX Break模式使能，设定13位break域
    UART_SelectLINMode(UART1, UART_ALT_CSR_LIN_TX_EN_Msk, 11);

		// 同步域0x55存入发送数组
		// 获取u32id的ID域的值存入发送数组
		// 通过UART1将发送数组发送出去，两个八位字节
    g_u8SendData[g_i32pointer++] = 0x55 ;                   // SYNC Field
    g_u8SendData[g_i32pointer++] = GetParityValue(u32id);   // ID+Parity Field
    UART_Write(UART1, g_u8SendData, 2);
}

/*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
/*  Send LIN Response Field                                                                                */
/*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
// 发送响应域（选择校验模式，发送数组）
// 将数据位、校验和存入发送数组，通过UART1发送
void LIN_SendResponse(int32_t checkSumOption, uint32_t *pu32TxBuf)
{
    int32_t i32;
		
		// 将pu32TxBuf存入发送数组g_u8SendData
    for(i32 = 0; i32 < 8; i32++)
        g_u8SendData[g_i32pointer++] = pu32TxBuf[i32] ;

		// 将GetCheckSumValue获取的校验值存入发送数组
    g_u8SendData[g_i32pointer++] = GetCheckSumValue(g_u8SendData, checkSumOption) ; //CheckSum Field

		// 通过UART1从发送数组[2]开始发送9位响应域（数据位+检验和）
    UART_Write(UART1, g_u8SendData + 2, 9);
}

LIN 总结接收（RX）编程流程如下：

  1. 设置 UA_FUN_SEL[1:0] 为 01 来使能 LIN 总线模式。
  2. 设置 LIN_RX_EN(UA_ALT_CSR[6]) 来使能 LIN RX模式。
  3. 等待标志 LIN_RX_BREAK_IF(UA_ISR[7]) 来检测RX是否接收到 break 域。
  4. 等待标志RDA_IF(UA_ISR[0])并且从RBR(UA_RBR[7:0])寄存器读回数据。




参考：

  • 《TRM_NUC029_Series_SC_Rev1.04.pdf》
  • 《 LIN协议中的帧结构与同步域（0x55）》杭州山不高

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