1.08.07 Zygmunt Kubiak 1

Problematyka

sieci miejscowej LIN

Zygmunt Kubiak

Instytut Informatyki

Politechnika Poznańska

1.08.07 Zygmunt Kubiak 2

Problematyka sieci miejscowej LIN

Wprowadzenie

Protokół sieci LIN

Przykładowe rozwiązanie sieci LIN

Podsumowanie

1.08.07 Zygmunt Kubiak 3

Problematyka sieci miejscowej LIN

Wprowadzenie

LIN (ang. Local Interconnect Network) – standard szeregowej

transmisji danych na bliskie odległości, przeznaczona do

stosowania w systemach elektroniki samochodowej.

Pierwsza wersja LIN powstała w 1999 roku a ostatnia – LIN 2.1

w 2006 roku.

Udział w opracowaniu specyfikacji: Audi, BMW, Daimler Chysler,

Motorola, Volcano Communications Technologies, Volkswagen

oraz Volvo.

Lista firm tworząca LIN Consortium, tzn. Organizację powołaną

do zarządzania standardem jest znacznie szersza.

1.08.07 Zygmunt Kubiak 4

Problematyka sieci miejscowej LIN

Protokół sieci LIN

Układ sterowania magistralą LIN

Dostęp do magistrali – asymetryczny z jednym przewodem sygnałowym.

Wyjście – realizacja „iloczynu na drucie”.

Napięcie zasilania VBAT = 8 - 18V.

1.08.07 Zygmunt Kubiak 5

Problematyka sieci miejscowej LIN

Protokół sieci LIN

Układ sterowania magistralą LIN

Sygnały na magistrali:

recesywny – dla Tx = 0,

dominujący – dla Tx =1.

1.08.07 Zygmunt Kubiak 6

Problematyka sieci miejscowej LIN

Protokół sieci LIN

Układ sterowania magistralą LIN

Prędkość transmisji 1 – 20 kb/s.

Zasięg do 40m.

1.08.07 Zygmunt Kubiak 7

Problematyka sieci miejscowej LIN

Protokół sieci LIN

Poziomy sygnałów na magistrali LIN

1.08.07 Zygmunt Kubiak 8

Problematyka sieci miejscowej LIN

Protokół sieci LIN

Topologia sieci LIN

Metoda dostępu węzłów do magistrali - Master-Slave

Wszystkie węzły sieci tworzą tzw. klaster

Wszystkie węzły sieci LIN obsługują zadanie Slave

Węzeł nadrzędny zarządza siecią za pomocą zadania Master

1.08.07 Zygmunt Kubiak 9

Problematyka sieci miejscowej LIN

Protokół sieci LIN

Ramka wiadomości sieci LIN

Nagłówek generuje zawsze węzeł Master

Drugą część ramki (odpowiedź) węzeł Master lub jeden z węzłów

Slave

1.08.07 Zygmunt Kubiak 10

Problematyka sieci miejscowej LIN

Protokół sieci LIN

Standard LIN definiuje trzy rodzaje ramek:

ramka bezwarunkowa (unconditional frame), przeznaczona do

cyklicznej transmisji sygnałów, które są rejestrowane przez

zainteresowane węzły;

ramka wyzwalana zdarzeniem (event triggered frame),

przeznaczona dla rzadko transmitowanych informacji; w tym

przypadku jeżeli zdarzenie nie wystąpiło to również nie pojawi

się odpowiedź na wysłany nagłówek;

ramka sporadyczna (sporadic frame), wysyłana jest zawsze w

szczelinie, przewidzianej w harmonogramie dla tego rodzaju

ramek, gdy uaktualniona zostanie wartość sygnału

zdefiniowanego dla tej ramki.

1.08.07 Zygmunt Kubiak 11

Problematyka sieci miejscowej LIN

Protokół sieci LIN

Zadanie Master

Jeżeli jest spełniony warunek transmisji

lub ma być wysłana ramka bezwarunkowa i wykryty

zostanie odstęp między ramkami (zakończone

zadanie Slave)

to następuje wysłanie nagłówka (pola przerwy, dalej

pola synchronizacji oraz pola identyfikatora)

i zadanie Master ponownie przechodzi do stanu

oczekiwania na spełnienie kolejnego warunku

transmisji.

1.08.07 Zygmunt Kubiak 12

Problematyka sieci miejscowej LIN

Protokół sieci LIN

Zadanie Slave

1.08.07 Zygmunt Kubiak 13

Problematyka sieci miejscowej LIN

Protokół sieci LIN

Bajt pola synchronizacji

Ramki transmitowane są znakowo, w formacie 8N1 – bit startu, 8 bitów

danych bez bitu parzystości oraz bit stopu.

Wyjątek stanowi pole przerwy, które składa się z 13 bitów

dominujących oraz 1..4 bitów recesywnych, stanowiących ogranicznik pola.

Pole synchronizacji jest bajtem o wartości 0x55. Wszystkie pięć

opadających zboczy (przejście ze stanu recesywnego do dominującego)

tego pola wykorzystanych jest do synchronizacji węzłów sieci.

Pole synchronizacji wykorzystywane też do automatycznego ustawiania

prędkości transmisji.

1.08.07 Zygmunt Kubiak 14

Problematyka sieci miejscowej LIN

Protokół sieci LIN

Bajt pola identyfikatora

Kolejnym polem nagłówka jest identyfikator. Składa się z 6 bitów

określających identyfikator wiadomości oraz dwóch bitów kontrolnych.

Są one wyznaczane następująco:

P0 = ID0 ID1 ID2 ID4,

P1 = (ID1 ID3 ID4 ID5).

1.08.07 Zygmunt Kubiak 15

Problematyka sieci miejscowej LIN

Protokół sieci LIN

Bajt pola identyfikatora

We wcześniejszych wersjach standardu dwa ostatnie bity

identyfikatora określały długość danych.

Od wersji 2.0 przyjęto, że długość danych powiązana jest

z identyfikatorem wiadomości.

Identyfikator może przyjmować wartości od 0x00 do 0x3f.

Ostatnie cztery kody zarezerwowane są dla ramek specjalnych.

1.08.07 Zygmunt Kubiak 16

Problematyka sieci miejscowej LIN

Protokół sieci LIN

Odpowiedź

Odpowiedź stanowiąca drugą część ramki wiadomości

może zawierać jeden do ośmiu bajtów, przesyłane od

najmłodszego bitu.

Ostatnim bajtem odpowiedzi jest suma kontrolna. Jest

to zanegowana suma bajtów danych (modulo 256)

z uwzględnieniem przeniesienia.

Od wersji 2.0 sumę kontrolną opcjonalnie rozszerzono

o pole identyfikatora.

1.08.07 Zygmunt Kubiak 17

Problematyka sieci miejscowej LIN

Protokół sieci LIN

Typy wymiany danych w sieci LIN

1.08.07 Zygmunt Kubiak 18

Problematyka sieci miejscowej LIN

Protokół sieci LIN

Typy wymiany danych w sieci LIN

1.08.07 Zygmunt Kubiak 19

Problematyka sieci miejscowej LIN

Protokół sieci LIN

Typy wymiany danych w sieci LIN

1.08.07 Zygmunt Kubiak 20

Problematyka sieci miejscowej LIN

Protokół sieci LIN

Przykładowe scenariusze wymiany wiadomości; a) ze stałą

tablicą, b) z wieloma tablicami wymiany

Wszystkie węzły Slave, ze względu na zmniejszony pobór mocy, mogą być wprowadzone przez węzeł Master w stan uśpienia przy pomocy ramki o identyfikatorze 0x3C lub autonomicznie po stwierdzeniu na magistrali braku aktywności przez 4 s. Sygnałem budzenia jest pojawienie się na magistrali sygnału dominującego, trwającego od 250 s do 5 ms.

1.08.07 Zygmunt Kubiak 21

Problematyka sieci miejscowej LIN

Przykładowe rozwiązanie sieci LIN

Węzeł sieci LIN

Mikrokontroler C8051F530 (f. Silicon Laboratories) - wyposażony

między innymi w port transmisji szeregowej w standardzie LIN

w wersji 2.0. Jest to szybki układ (25 MIPS), dysponujący pamięcią

Flash 8 kB oraz RAM 265 B z elastyczną matrycą wyjść/wejść,

obsługującą wejścia i wyjścia cyfrowe jak i analogowe

1.08.07 Zygmunt Kubiak 22

Problematyka sieci miejscowej LIN

Przykładowe rozwiązanie sieci LIN

Węzeł sieci LIN

Moduł zawiera również odrębny sterownik magistrali LIN

wykorzystujący prosty układ interfejsu TH8080 firmy Melexis [8],

zasilany z zewnętrznego napięcia +12 V.

1.08.07 Zygmunt Kubiak 23

Problematyka sieci miejscowej LIN

Przykładowe rozwiązanie sieci LIN

Mikrokontroler C8051F530 umożliwia wybór trybu Master lub Slave.

Zapewnia poprawną synchronizację transmisji bez rezonatorów

kwarcowych lub ceramicznych. Ta uwaga dotyczy nie tylko węzłów

Slave co jest wymogiem specyfikacji LIN ale również węzła Master.

Zastosowane rozwiązanie oscylatora wewnętrznego zapewnia

ograniczenie zmiany częstotliwości do 0,5% w dopuszczalnym

zakresie napięcia zasilania i temperatury.

Umożliwia pełną konfigurację parametrów nadawczo-odbiorczych

poprzez specjalne rejestry.

Obsługa sieci LIN wymaga zastosowania zegara systemowego

(SYSCLK) o częstotliwości minimum 8 MHz.

1.08.07 Zygmunt Kubiak 24

Problematyka sieci miejscowej LIN

Przykładowe rozwiązanie sieci LIN

Układy mikrokontrolera C8051F530 wspierające standard LIN

Układy wspierające LIN można podzielić na cztery grupy

rejestry interfejsu LIN – zapewniają powiązanie między rdzeniem

mikrokontrolera a peryferiami;

1.08.07 Zygmunt Kubiak 25

Problematyka sieci miejscowej LIN

Przykładowe rozwiązanie sieci LIN

Układy mikrokontrolera C8051F530 wspierające standard LIN

Układy wspierające LIN można podzielić na cztery grupy

bufor danych – rejestry w których umieszczane są bajty danych

odbierane i do wysłania;

1.08.07 Zygmunt Kubiak 26

Problematyka sieci miejscowej LIN

Przykładowe rozwiązanie sieci LIN

Układy mikrokontrolera C8051F530 wspierające standard LIN

Układy wspierające LIN można podzielić na cztery grupy

blok rejestrów – rejestry wykorzystywane do sterowania pracą

interfejsu;

1.08.07 Zygmunt Kubiak 27

Problematyka sieci miejscowej LIN

Przykładowe rozwiązanie sieci LIN

Układy mikrokontrolera C8051F530 wspierające standard LIN

Układy wspierające LIN można podzielić na cztery grupy

układ sterowania – sprzętowe rozwiązanie transmisji szeregowej

wiadomości oraz kontrola zależności czasowych transmisji.

1.08.07 Zygmunt Kubiak 28

Podsumowanie

Z punktu widzenia dydaktyki, sieć LIN jest interesującymrozwiązaniem technicznym. Stanowi stosunkowo prostysystem a przy tym obejmuje wiele istotnych zagadnieńtransmisyjnych.

Występują tu uniwersalne problemy jak tworzenie lubdekodowanie ramki, zabezpieczenie ramki, obsługa błędów,harmonogram transmisji, ale również zagadnienianiekonwencjonalne jak sposób organizacji transmisji czy teżrozwiązanie synchronizacji bitowej (częściowo wzorowane nasieci CAN), które pozwala w transmisji asynchronicznej narezygnację z precyzyjnych, stabilnych w czasiei temperaturze rezonatorów kwarcowych.

1.08.07 Zygmunt Kubiak 29

Podsumowanie

Przedstawione rozwiązanie sprzętowe zapewnia dużąelastyczność.

Pozwala na znaczną ingerencję w protokół LIN jakdefiniowanie wiadomości, obsługa błędów, tworzenie różnychharmonogramów, monitorowanie sieci LIN.

W przypadku rezygnacji ze wsparcia sprzętowegomikrokontrolera C8051F530 można eksperymentować z pełnąobsługą programową warstwy łącza danych.

Dwa prawie całkowicie dostępne porty mikrokontrolera możnawyposażyć w proste układy we/wy jak klawisze, diody LED,wyświetlacze, sensory, uzyskując w ten sposób w pełnifunkcjonalny węzeł sieci miejscowej.

1.08.07 Zygmunt Kubiak 30

Podsumowanie

Na bazie omawianego modułu można tworzyći badać węzły również innych sieci jak Modbus, HART czyProfibus DP ale oczywiście w tym przypadku z warstwąfizyczną typu LIN.

Na bazie warstwy fizycznej można projektować własne siecitypu Multi Master z arbitrażem analogicznym jak w sieciCAN.

1.08.07 Zygmunt Kubiak 31

Dziękuję