Problematyka sieci miejscowej LIN -...

1.08.07 Zygmunt Kubiak 1

Problematyka

sieci miejscowej LIN

Zygmunt Kubiak

Instytut Informatyki

Politechnika Poznańska


Problematyka sieci miejscowej LIN

Wprowadzenie

Protokół sieci LIN

Przykładowe rozwiązanie sieci LIN

Podsumowanie



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.




Układ sterowania magistralą LIN

Dostęp do magistrali – asymetryczny z jednym przewodem sygnałowym.

Wyjście – realizacja „iloczynu na drucie”.

Napięcie zasilania VBAT = 8 - 18V.





Sygnały na magistrali:

recesywny – dla Tx = 0,

dominujący – dla Tx =1.





Prędkość transmisji 1 – 20 kb/s.

Zasięg do 40m.




Poziomy sygnałów na magistrali 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




Ramka wiadomości sieci LIN

Nagłówek generuje zawsze węzeł Master

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

Slave




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.




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.




Zadanie Slave




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.




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).




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.




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.




Typy wymiany danych w 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.




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




Węzeł sieci LIN

Moduł zawiera również odrębny sterownik magistrali LIN

wykorzystujący prosty układ interfejsu TH8080 firmy Melexis [8],

zasilany z zewnętrznego napięcia +12 V.




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.




Układy mikrokontrolera C8051F530 wspierające standard LIN

Układy wspierające LIN można podzielić na cztery grupy

rejestry interfejsu LIN – zapewniają powiązanie między rdzeniem

mikrokontrolera a peryferiami;






bufor danych – rejestry w których umieszczane są bajty danych

odbierane i do wysłania;






blok rejestrów – rejestry wykorzystywane do sterowania pracą

interfejsu;






układ sterowania – sprzętowe rozwiązanie transmisji szeregowej

wiadomości oraz kontrola zależności czasowych transmisji.


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.


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.


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.


Dziękuję

Problematyka sieci miejscowej LIN -...

Documents

Transcript of Problematyka sieci miejscowej LIN -...