局域互连网络(I。IN)…是一种基于汽车分布式电子系统的新型低成本串行通讯系统，I。IN作为一个成本低的串行通讯网络规范，能够连接车辆内各种子系统，增强子系统之间的通汛效率，提高可靠性。同时在带宽要求不高、功能简单、性能指标较低的情况下，可作类似CAN的高端汽车总线的补充。I。IN硬件实现可以采用基于通用sCI接口的单线串行通讯协议。目前几乎所有微控制器都配有低成本的SCI接口模块。I，IN也可以使用软件代码或纯状态机来实现。在I，IN中，媒体访问由宿主节点控制而不需要从属节点的仲裁或冲突管理，因而可以使最坏情况下的信号传输延迟时间得到保证。随着I．IN在汽车工业领域的推广和普及，网络报文监听、故障诊断、系统检修与调试以及信号采集等工作已成为I。IN应用中亟待解决的问题。本文提出I。IN在线诊断系统，作为一种功能性的总线设备，可无缝集成到I。IN总线控制系统内，采集网络报文，对网络中的每个节点性能进行连续监测。该系统随时监控I。1N运行情况，当系统出现故障时，报文显示出现异常，同时PC端分析软件将故障信息存人数据库，通过一定的程序可以显示故障码。根据故障码的提示，产品设计人员能迅速准确地确定I。IN故障的性质和部位。对监控整个网络及其各个节点工作状况提供可能，为LIN的研制、开发、测试、维护提供有力工具。
1 LIN通信协议
LIN包含一个主节点和多个从节点。所有节点都包含一个被分解为发送和接收任务的从属通讯任务，而主节点还包含一个附加的宿主发送任务，通讯总是由主任务发起的。主节点发送一个包含同步中断、同步字节和消息识别码的消息报头，从属任务在收到和过滤识别码后被激活并开始消息响应的传输。响应包含2个、4个或8个数据字节和1个校验和字节，报头和响应部分组成一个消息帧。消息的识别码指明了消息的内容而不是目的地。这样能以多种方式实现数据交换：从主节点(使用其从属任务)到一个或多个从节点，从从节点到主节点和／或其他从节点。直接从从节点到从节点发送信号而无须通过主节点路由或从主节点向网络的所有节点广播消息。因此LIN通信过程中，报文帧头与报文响应均能被网络中所有节点接收，如果将某一节点固定用来接收所有报文帧头与报文响应，该节点就成为了在线诊断节点。
2 LIN在线诊断系统
LIN在线诊断系统如图2所示。该系统由接口电路、微处理器单元、在线诊断软件系统等部分组成，其中接口电路、微处理器单元组成报文采集卡作为LIN中一个从节点，实时采集网络报文并发送给PC，分析程序显示当前网络上的报文，并通过数据库保存历史数据，完成监测任务。
LIN接口芯片采用Freescale公司的MC33399芯片。该器件专用于LIN的单线物理接口，功耗低，可控制外部稳压器，安全符合LIN规范，抗干扰能力强，是一种高性能的模拟器件，适用于工作环境比较复杂的汽车。在线诊断卡与PC通信采用MAXIM公司生产的MAX232。
当前LIN系统包括了各种不同的集成电路和分散组件，将LIN物理层与高性能HC908闪存微处理器结合在一起的MC68HC908QL4使设计者能够轻松集成基于LIN的控制系统。QL4是Motorola公司M68HC08系列中的一款高性价比8位微处理器单元，除了具备HC908家族的所有性能特点外，QL4的独特之处是集成了一个从LIN接口控制模块(SLIC)，在一般情况下SLIC可作为SCI端口使用。他具有独立的LIN报文标识符，8 B报文缓存区；自动调整波特率，帧同步；自动调整、识别、处理LIN 13位同步间隔场与8位同步场等特点。LIN总线通信最高速度20 kb／s，由于具有波特自动同步的特点，可以实现任意速度的LIN的信息传递。这种即插即用弹性功能，允许设计者仅对QL4的MCU进行初始化，并且无需做任何程序代码更改。程序设计过程中不需要添加同步码，也小用在通信过程中对内置振荡器进行微调。QL4还通过减少LIN中断次数以减少对CPU资源的占有，从而提高CPU处理其他功能的能力。QL4是为适应LIN 1.3协议和LIN 2.0协议而设计的，使得他成为最具竞争力的完全自动控制LIN从属功能的微处理器。LIN在线诊断系统使用QL4大大提高了系统功能并简化程序设计。
3 软件程序设计
LIN硬件常采用普通的串行通信接口，图3给出利用传统的SCI方式传输一个8 B LIN报文需要中断信号图。图4为SCI方式的LIN从节点程序流程图。根据LIN通迅特点，将定时器的一个通道设置为输入捕捉负责监控总线信息，保征从机和总线信息的同步，采用通用I／O口接收和发送UART格式的数据。整个软件控制流程如图4所示，信息的处理采用定时器输入捕捉中断触发。当总线上有信息出现时，触发定时器中断，开始信息的处理。LIN报文帧包括同步间隔场、同步场、标识符场、数据场和校验和场5部分。考虑到其各部分的作用，软件设置同步间隔场下降沿(MODE=1)、同步场下降沿(MODE=2)、标识符场下降沿(MODE=3)触发中断3个工作模式。在MODE=1模式下，检测到有效的间步间隔场(连续13个显性位和1个隐性位组成)；在同步场(Ox55)MODE=2模式中从机获得同步；在MODE=3模式下开始接收标识符场、数据场、校验和场。MODE=3模式下，数据接收采用通用I／O口，需要确保采集到的数据正确。采用中断触发的方法，在每个数据接受完毕后退出中断，等待捕捉到下一个数据的起始位下降沿时开始采集下一个数据，使得每次都在同一位置开始接收数据。
采用传统SCI的LIN从节点程序，由于不具备自动调整波特率、帧同步、自动识别13位同步间隔场与8位同步场、自动计算校验等功能，在程序中要处理10次中断，占用CPU大量软一件资源，系统的效率将受到很大的影响。
采用带SLIC模块的处理器，由于具有自动调整波特率、帧同步、自动识别13位同步间隔场与8位同步场、自动计算校验和等特点。由图3所示，在满足LIN通信要求条件下，SLIC模块仅需要2次中断，如果没有必要处理的报头，SLIC模块就只需要1次中断。与SCI相比，每接收、发送一个报文可以消除8次中断，显然SLIC模块替代传统的SCI减少了中断过程干扰其他程序运行的概率，为本系统采集报文以及同时与PC机串型通信提供可靠保证。
图5为基于QL4的在线监控主程序流程图，主程序任务相对简单：首先QL4初始化，然后比较Rindex与Tindex，满足条件后采用定时中断的位传输模式(BTM)与PC机机串口通信，将LIN的报文实时显示在PC机的分析软件上。设定系统主频3.2 MHz；定时器模块初始化，串口通信波特率设为19.2 kHz；SLIC模块初始化；端口资源分配；定义数据缓存(FIFO)(Trbuffer)保存采集到的报文，定义接收指针Rindex，指向Trbuffer中存放收到报文的最高地址，定义发送指针Tindex，指向Trbuffer中已发送报文的最后一个地址。
图6为SLIC中断服务程序流程图。每接收一次LIN报文，SLIC模块仅需要2次中断。在完成同步场、同步间隔场和标识符场的接收后引发第一次SLICS中断，若标识符接收成功，则继续接收数据场及校验和场，并在接收完成后引发第二次SLICS中断。每次进入中断服务程序都要预先读状态向量寄存器SLCSV，清中断标志SLCF；然后通过查询中断状态向量表SLCSV决定中断源。如果是由标识符接收成功引发的中断，读报文标识符SLCID，标识符场第4和第5位ID4和ID5定义了报文的数据场数量，设置数据长度寄存器SLCDLC，同时接收数据场使能(TXG0=0)，退出第一次中断。第二次中断后如果接收缓冲器满，校验和正确。由ID场确定该报文的ID号，将数据存入发送／接收数组(Trbuffer)，Rindex指向最后一个数据的地址。退出第二次中断，完成一次LIN报文接收工作，回到主程序中通过串口通信发送报文。
程序运行过程中，以数据场长度为8 B为例，保证可靠工作情况下，设LIN波特率采用LIN 1.3规范推荐的最大波特率19 200 b／s，完成一次报文的接收除了经过ID场+8个数据场，还要经过13位同步场，1个同步间隔场，1个校验和场，以及帧间空间、字节间空间、帧内响应空间分隔。因此完成一次报文接收至少13 B／time。QL4的定时中断优先级高于SLIC中断，故串口通信波特率始终恒定，不受SLIC中断的影响，将ID场+8个数据场经串口发送只需要9 B／time。故在下一个报文接收中断之前，上一个报文已通过串口传递给PC机，这样保证了LIN总线的所有报文全部被采集到。如果LIN报文为非定长数据，比如前一个报文8 B，而后一个报文为2 B，可以增大Trbuffer的长度来保证采集到的数据不会溢出或丢失。经计算Trbuffer的长度大于12，即可保证在接收非定长报文数据时不出现差错。
PC机端，采用MSComm通信控件编写在线诊断程序，最终实现LIN在线诊断及网络运行状况实时监控。
4 结 语
LIN在线诊断系统现已应用于重庆汽车电子研究所的车身线束集成改造项目，系统运行稳定，获得大量有效数据，为后续开发工作的顺利进行提供可靠保证。
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