AUTOSAR LIN Driver

1. 简介和功能概述

本文介绍了AUTOSAR基础软件模块LIN驱动程序的功能、API和配置。

本文的基础是ISO 17987规范[16]。本文并不会再次描述ISO 17987规范中已有的LIN功能，而只会对AUTOSAR相关内容进行介绍。

LIN驱动适用于ISO 17987规范中主节点（master node）和从节点（slave node）。AUTOSAR中的LIN实现可能与ISO 17987规范中描述的LIN驱动程序有偏差，但LIN总线上的行为不会发生变化。它的目的是能够让所有现有的LIN节点在AUTOSAR LIN上重用。

LIN驱动模块的目的是支持从简单的SCI/UART到复杂LIN硬件控制器（LIN hardware controller）的全部LIN硬件。SW-UART不在此模块定义的范畴。

1.1. 体系结构概述

LIN驱动模块属于微控制器抽象层（MCAL）的一部分，它主要实现了执行硬件访问，并为上层模块提供一个硬件独立的API。唯一能够访问LIN驱动程序的上层是LIN接口（LINIf）模块。

LIN驱动模块可以支持多个通道。这意味着LIN驱动模块可以处理一个或多个LIN通道，只要它们属于同一个LIN硬件单元。

在下面的例子中，三个不同的LIN驱动程序被连接到一个LIN接口（LIN interface）。然而单个LIN驱动是最常见的配置。

Figure 10-1: Overview LIN Software Architecture Layering

2. 缩略语和术语表

2.1. 缩略语

缩略语 说明
ISR Interrupt Service Routine
LIN Local Interconnect Network
MCAL MicroController Abstraction Layer
PDU Protocol Data Unit. Consists of Identifier, data length and Data (SDU)
PID Protected ID
PLL Phase-Locked Loop
RX Reception
SCI Serial Communication Interface
SDU Service Data Unit. Data that is transported inside the PDU
SFR Special Function Register
SPAL Standard Peripheral Abstraction Layer
TP Transport Layer
TX Transmission
UART Universal Asynchronous Receiver Transmitter

2.2. 术语表

术语 英文参考 说明
LIN通 LIN Channel LIN通道实体在物理上连接LIN集群的ECU。如果一个ECU包含一个LIN控制器，并且与LIN集群上的一个LIN通道相连，那么ECU就是这个LIN集群上的一部分。一个ECU只能通过一个通道连接到一个特定的LIN集群。
LIN集群 LIN cluster 一个集群是LIN总线加上线上所有的节点。
LIN控制器 LIN controller 一个专用的LIN硬件，带有一个构建Frame处理状态机。能够连接到多个LIN集群的硬件应该被视为多个LIN控制器。
LIN帧 LIN frame 所有信息以帧的形式发送。一个帧由报头和响应部分组成。
LIN帧处理器 LIN frame processor 帧处理意味着完整的LIN帧处理。实现可以是软件仿真解决方案或一个专用LIN控制器。
LIN硬件单元 LIN hardware unit LIN硬件单元可以驱动一个或多个LIN通道来控制一个或多个LIN集群。
LIN报头 LIN header 报头是帧的第一部分，总是通过主节点来发送。
LIN节点 LIN node 简单地说，一个节点就是一个ECU。但是单个ECU可以连接到多个LIN集群。
LIN响应 LIN response LIN帧由报头和响应组成，因此LIN响应也被称为帧响应。

2.3. LIN硬件单元分类

片载的LIN硬件单元由一个或几个LIN通道组成。

下图是连接到多个LIN物理通道的不同LIN硬件类型的分类:

3. 相关的文档

3.1. 输入文档

[1] List of Basic Software Modules

AUTOSAR_TR_BSWModuleList.pdf

[2] Layered Software Architecture

AUTOSAR_EXP_LayeredSoftwareArchitecture.pdf

[3] General Requirements on Basic Software Modules

AUTOSAR_SRS_BSWGeneral.pdf

[4] Specification of Standard Types

AUTOSAR_SWS_StandardTypes.pdf

[5] Specification of Default Error Tracer

AUTOSAR_SWS_DefaultErrorTracer.pdf

[6] General Requirements on SPAL

AUTOSAR_SRS_SPALGeneral.pdf

[7] Requirements on LIN

AUTOSAR_SRS_LIN.pdf

[8] Specification of LIN Interface

AUTOSAR_SWS_LINInterface.pdf

[9] Specification of ECU Configuration

AUTOSAR_TPS_ECUConfiguration.pdf

[10] Specification of MCU driver

AUTOSAR_SWS_MCUDriver.pdf

[11] Specification of Diagnostic Event Manager

AUTOSAR_SWS_DiagnosticEventManager.pdf

[12] Specification of ECU State Manager

AUTOSAR_SWS_ECUStateManager.pdf

[13] Basic Software Module Description Template

AUTOSAR_TPS_BSWModuleDescriptionTemplate.pdf

[14] Specification of LIN Transceiver Driver

AUTOSAR_SWS_LINTransceiverDriver.pdf

[15] General Specification of Basic Software Modules

AUTOSAR_SWS_BSWGeneral.pdf

3.2. 相关标准及规范

[16] LIN Specification Package Revision 2.1, November 24, 2006

http://www.lin-subbus.org/

3.3. 相关的规范

AUTOSAR提供了基础软件模块[15]的通用规范，它也适用于LIN驱动模块。因此，AUTOSAR_SWS_BSWGeneral.pdf通用规范应被视为LIN驱动模块的附加和必需的规范。

4. 约束和假设

4.1. 限制

一个ECU只能有一个LIN通道连接到特定的LIN集群。除非ECU中有未使用（即：未连接）的通道，否则LIN通道数等于LIN集群的数量。

一个LIN驱动程序提供对一个LIN硬件单元类型（简单的UART或专用LIN硬件）的访问，但这个LIN硬件单元却可能由几个LIN通道组成。对于不同的LIN硬件单元，需要实现一个单独的LIN驱动程序。并由实现者来调整驱动程序以适应类似LIN通道的不同实例。

如果在一个ECU中，实现了几个LIN驱动程序实例（来自相同或不同的供应商），那么文件名、API名称和发布的参数必须进行修改，以达到不会生成两个具有相同名称的定义。名称应带有一个Vendor Id（将不同厂商区的LIN驱动程序区分开来）和一个Vendor特定名称（将同一个厂商实现的不同硬件单元区分开来）。格式如下:<Module abbreviation>_<Vendor Id>_<Vendor specific name>。同时LIN接口负责调用正确的函数。

4.2. 对汽车领域的适用性

此规范适用于所有使用LIN的汽车领域。

5. 对其他模块的依赖关系

5.1. MCU

LIN内部硬件单元的硬件取决于系统时钟（system clock）、预分频器（prescaler）和锁相环（PLL）。因此LIN发送每条帧时间长度取决于模块MCU的时钟设置。

LIN驱动模块不会在它的初始化函数中负责配置时钟、预分频器和PLL的寄存器（例如打开/关闭PLL）。MCU模块必须做到这一点。

5.2. Port

端口（Port）驱动程序用于配置LIN驱动程序所需的输入、输出的端口引脚。因此在使用LIN函数之前，必须先初始化Port驱动程序。否则LIN驱动函数将表现出未定义的行为。

5.3. DET（Default Error Tracer）

在开发模式下，Lin模块通过模块DET的Det_ReportError函数报告开发错误。

5.4. DEM（Diagnostic Event Manager）

Lin模块向诊断事件管理器（DEM）报告生产错误。

5.5. OS（Operating System）

LIN驱动程序使用中断，因此依赖于配置中断源的操作系统。

5.6. LIN驱动程序用户

LIN接口（由[8]定义）是LIN驱动服务的唯一用户。

6. 功能规范

LIN驱动程序模块需要通过连接到驱动程序所在节点的任何LIN集群来管理通信的硬件相关方面。这包括接收传输到总线上的报头数据、传输的响应帧数据、以及取回报头信息和节点的响应帧数据。 节点和集群都需要睡眠模式管理。这意味着检测和产生LIN 2.1规范中定义的唤醒脉冲（wake-up pulse）的能力。如果底层硬件支持低功耗模式，则也包括进入和退出低功耗模式的状态。

6.1. 一般需求

LIN模块是一个基本软件模块，它可以直接访问硬件资源。

LIN模块应符合[16]中规定的Lin 2.1协议规范。它只适用于LIN 2.1主节点。作为从节点运行超出了AUTOSAR LIN驱动程序规范的范围。

LIN模块应实现所有LIN硬件单元中断所需的ISR，确保所有未使用的中断都被禁用。LIN模块也需要在ISR结束时，重置中断标志（如果不是由硬件自动完成的话）。

6.2. LIN驱动程序和通道初始化

在LIN总线上开始通信之前，LIN驱动程序和相关的LIN通道都必须初始化。

LIN驱动程序初始化（参见Lin_Init）通过LIN硬件单元，负责对所有LIN通道相关的方方面面进行初始化。这可能包含对所有LIN通道的任何静态变量或硬件寄存器设置。此外，每个通道也必须根据提供的配置进行初始化。例如：包括（但不限于）总线上的波特率值。

LIN驱动程序必须至少有一个静态定义的配置集可用。当EcuM调用初始化函数时，它必须提供一个特定的指针，指向它希望使用的配置。

Lin模块不应该初始化或配置没有被使用Lin通道。同时Lin模块也应该允许在运行期间，选择不同的静态配置数据。

Lin模块的配置应包括数据通信速率（data communication rate）设置的静态配置数据。Lin模块的用于硬件寄存器的配置数据，应该作为硬件特定的数据结构存储在ROM中。

每个LIN的PID应该与一个校验和模型相关联，要么是增强的（enhanced），即PID包含在校验和中，要么是经典的（classic），即仅对响应数据进行校验和。每个LIN的PID应该与响应数据字节长度相关联。

6.3. 状态图

LIN驱动程序的状态机如图7-1所示。

状态 含义及此状态下活动
LIN_UNINIT LIN_UNINIT状态表明Lin模块还没有初始化，暂时不能使用。
LIN_INIT LIN_INIT状态表明LIN驱动程序已经初始化，每个可用通道都可以使用。
  1. Reset -> LIN_UNINIT：复位后，Lin模块将其状态设置为LIN_UNINIT.
  2. LIN_UNINIT -> LIN_INIT：当Lin_Init函数被调用时，Lin模块从LIN_UNINIT过渡到LIN_INIT。同时LIN模块的环境在运行时只允许调用Lin_Init函数一次。
通道状态 含义及此状态下活动
LIN_CH_OPERATIONAL 单个通道已经被初始化（至少一个静态配置的数据集已使用），并且能够参与LIN集群。
LIN_CH_SLEEP 唤醒脉冲的检测被启用。如果LIN硬件提供低功耗模式，则LIN硬件进入低功耗模式
  1. 在进入状态LIN_INIT时，Lin模块需要将每个通道设置为状态LIN_CH_SLEEP，开启唤醒检测（依赖配置字LinChannelWakeupSupport）。如果硬件支持低功耗，并可选择将Lin硬件单元设置为低功耗运行模式。
  2. LIN_CH_OPERATIONAL -> LIN_CH_SLEEP_PENDING（Lin_GoToSleep）：如果LIN接口请求go to sleep, LIN模块应确保LIN集群的其他部分也都进入sleep状态。这是通过在进入LIN_CH_SLEEP_PENDING状态之前在总线上发出一个go-to-sleep-command来实现的。
  3. LIN_CH_SLEEP_PENDING -> LIN_CH_SLEEP：当调用Lin_GetStatus时，LIN驱动将直接进入LIN_CH_SLEEP状态，即使go-to-sleep命令还没有发送。
  4. LIN_CH_OPERATIONAL -> LIN_CH_SLEEP（Lin_GoToSleepInternal）：如果LIN接口请求内部go to sleep, LIN驱动将直接进入LIN_CH_SLEEP状态。
  5. LIN_CH_SLEEP -> LIN_CH_OPERATIONAL（Lin_Wakeup）： 如果LIN通道处于LIN_CH_SLEEP状态，则调用Lin_Wakeup函数将使LIN通道置于LIN_CH_OPERATIONAL状态。
  6. LIN_CH_SLEEP -> LIN_CH_OPERATIONAL（Lin_WakeupInternal）： 如果LIN通道处于LIN_CH_SLEEP状态，则调用Lin_WakeupInternal函数将使LIN通道置于LIN_CH_OPERATIONAL状态。
  7. Lin_Wakeup：在状态从LIN_CH_SLEEP过渡到LIN_CH_OPERATIONAL期间，LIN驱动程序应确保集群的其余部分处于唤醒状态。这是通过发出唤醒请求来实现的，迫使总线在250μs到5ms的时间内处于显性电平状态。
  8. 允许切换到当前模式的模式切换请求（mode switch request），且不应导致错误，即使DET已启用。

6.4. 帧处理

6.4.1. 背景和理论基础

从LIN驱动模块的角度来看，数据传输由两个动作组成：LIN报头的传输以及响应的传输。只有LIN的主节点才能发送LIN报头，但是无论是主节点还是从节点都可以发送响应数据。

驱动程序还必须能够访问关于每个LIN的PID的校验和模型（checksum model）和数据长度等数据。与LIN1.3标志相比，LIN 2.1有一个不同的校验和模型，但是LIN 2.1主节点应该能够同时与LIN1.3和LIN 2.1从节点通信。

校验和是响应的一部分。根据PID的校验和模型，它可能包括PID，也可能不包括PID。但LIN ID为60 (0x3c)到63 (0x3f)的帧，必须始终使用经典的（classic）校验和模型，即校验和仅包含响应数据部分。

LIN驱动模块使用LIN帧作为其基本数据块构件。这意味着LIN接口层必须在其调度程序的一个时隙中（scheduler time-slots）才能请求发送特定的帧。任何来自帧的响应都应该在下一帧被发送之前确保是可用的。

在主节点也负责发送帧响应的情况下，在请求发送报头的同时会给出一个指示（PduInfoPtr->Drc=LIN_MASTER_RESPONSE）。响应本身的传输必须随后由另一个函数调用触发。

LIN驱动模块必须能够从响应中获取数据，并使其可用于LIN接口模块。它必须在不阻塞的情况下从响应中获取所有数据。

6.4.2. 需求

LIN驱动程序将使用PID来做提供的标识符。然后在LIN报头中按提供的方式传输标识符。（参见：Lin_SendFrame）

LIN驱动程序应该能够发送LIN的报头。它由同步间隔域（Break Field）、同步域（Sync Byte Field）和受保护ID域（Protected Identifier Field）组成，详细信息见[16]。（参见：Lin_SendFrame）。

LIN驱动应该能够发送LIN报头和响应。同时LIN驱动程序应该能够计算经典的（classic）或增强的（enhanced）两种校验和，这取决于当前LIN PDU的校验和模型。

如果LIN接口请求一个新的帧传输时，正在传输的帧可能仍在进行中或者未能成功完成传送，LIN驱动程序应该中止当前的帧传输。

Lin_GetStatus函数需返回当前信道帧传输请求的状态。

LIN驱动程序应使接收到的数据对LIN接口模块可用。成功接收整个LIN帧后，将接收到的数据准备好，并提供给LIN接口的函数调用。

LIN驱动程序需能发送由LIN接口模块提供的响应数据（参见：Lin_SendFrame）。

如果LIN硬件单元不能为传输或接收数据缓存到排队中（例如：简单的UART实现），LIN驱动程序应该提供一个临时通信缓冲区。

LIN驱动程序应该在不阻塞的情况下开始传输，包括只有在成功接收到前一个字节后才检查下一个字节的传输情况(receive-back)。LIN驱动器在接收数据时也不应该被阻塞。

LIN Frame Receiving Sequence Chart

6.4.3. 发送数据的一致性

LIN驱动程序应该直接从上层缓冲区复制数据。LIN驱动的上层模块必须保持缓冲区数据的一致性，直到函数调用返回。

6.4.4. 接收数据的一致性

完整的LIN帧接收处理（包括复制到目标层）可以在ISR中实现。在成功接收到下一个LIN帧或LIN通道状态发生改变之前，接收到的数据应该是一致的。

完整的LIN帧接收处理（包括复制到目标层）也可以在Lin_GetStatus函数中实现。在成功接收到下一个LIN帧或LIN通道状态发生改变之前，接收到的数据应该是一致的。

只要保证ISR和Lin_GetStatus都不能被自己中断，LIN的硬件缓冲区或者镜像缓冲区（shadow buffer）总是一致的。因为它是在一个函数中按顺序写入和读取的，只需这个函数永远不会被自己打断。

对于LIN响应接收，SDU缓冲区需分配一块连续递增的内存地址空间。LIN帧数据长度信息也定义了SDU缓冲区的最小长度。

6.4.5. 数据字节映射

内存和LIN帧之间的数据映射如下:

  • 数组元素0包含LSB（首先发送/接收的数据字节）。
  • 数组元素n-1包含MSB（最后发送/接收的数据字节）。

6.5. 睡眠和唤醒

主节点可以被一个从节点产生的唤醒信号唤醒，也可以被上层模块（LIN接口）的请求唤醒。LIN接口模块控制消息调度表，因此必须能够指示LIN驱动程序将硬件单元置于睡眠状态，或者唤醒硬件单元。所以LIN驱动程序需提供了将LIN通道置于其LIN_CH_SLEEP状态的函数供调用。

在睡眠或唤醒时，主节点必须将状态变化与网络的其他节点进行通信。

当LIN通道进入睡眠模式时，如果LIN硬件单元的低功耗模式，则LIN驱动程序需执行LIN硬件单元的低功耗模式转换。同时每个LIN通道应该能够独立于其他通道状态接受一个睡眠请求（参见：Lin_GoToSleep/Lin_GoToSleepInternal）

当LIN通道处于LIN_CH_SLEEP状态，并且配置参数LinChannelWakeupSupport支持唤醒检测时，LIN硬件单元应该监控总线以获取该通道上的唤醒请求。

如果LIN驱动程序收到LIN接口模块的唤醒请求，被请求的通道将向LIN总线发送唤醒脉冲。（参见：Lin_Wakeup）

如果LIN驱动程序收到LIN接口模块的内部唤醒请求，则被请求的通道不向LIN总线发送唤醒脉冲。（参见：Lin_WakeupInternal）

函数Lin_GetStatus返回给定LIN通道的当前状态。

7. API规范

7.1. 函数定义

7.1.1. Lin_Init

说明: 初始化LIN模块。

void Lin_Init( const Lin_ConfigType* Config )

7.1.2. Lin_CheckWakeup

说明: 这个函数检查在指定的LIN通道上是否发生了唤醒。

Std_ReturnType Lin_CheckWakeup( uint8 Channel )

7.1.3. Lin_GetVersionInfo

说明: 返回此模块的版本信息。

void Lin_GetVersionInfo( Std_VersionInfoType* versioninfo )

7.1.4. Lin_SendFrame

说明: 如果需要发送LIN报头和LIN响应。帧响应的方向：主节点响应、从节点响应、从节点和从节点的通信，由PduInfoPtr提供。

Std_ReturnType Lin_SendFrame( uint8 Channel, const Lin_PduType* PduInfoPtr )

7.1.5. Lin_GoToSleep

说明: 该服务指示驱动程序在指定的LIN通道上发送一个“进入休眠”命令。

Std_ReturnType Lin_GoToSleep( uint8 Channel )

7.1.6. Lin_GoToSleepInternal

说明: 将通道状态设置为LIN_CH_SLEEP，启用唤醒检测，并可选择将LIN硬件单元设置为降低功耗的运行模式（如果HW支持）。

Std_ReturnType Lin_GoToSleepInternal( uint8 Channel )

7.1.7. Lin_Wakeup

说明: 生成一个唤醒脉冲并将通道状态设置为LIN_CH_OPERATIONAL。

Std_ReturnType Lin_Wakeup( uint8 Channel )

7.1.8. LIN_WakeupInternal

说明: 将通道状态设置为LIN_CH_OPERATIONAL，而不产生唤醒脉冲。

Std_ReturnType Lin_WakeupInternal( uint8 Channel )

7.1.9. Lin_GetStatus

说明: 获取LIN驱动程序的状态。

Lin_StatusType Lin_GetStatus( uint8 Channel, uint8** Lin_SduPtr )

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