CN115189981B - 一种基于主从可复用性的lin总线接口 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于主从可复用性的lin总线接口，通过搭建完备的层次化设计方案，提高了设计的可扩展性和兼容性，实现了支持主从模式模块复用的功能，优化了设计时序并且节省了资源和面积。本发明向下兼容lin各种协议版本，设计全通道可配置形式使设计组件快速互通，软件可以根据应用场景和接收端型号任意改变传输形式，极大的提升了设计和验证效率，保证了设计和市面上普通lin接口的适配性和兼容度，设计更全面更具体考虑到市场产品的多样性，为后续市面上的实际应用提高了效率。本发明采用硬件和软件两种实现方式构造通道传送帧；软件构造纯通道方式；硬件通过不同配置请求构造帧传输模块、校验模块以及各种不同传输帧状态上报。
Description
技术领域
本发明属于总线技术领域，具体涉及一种基于主从可复用性的lin总线接口。
背景技术
主从机之间无法复用模块，造成资源浪费并且消耗片上面积大。模式单一，兼容性不高，无法适配市面上不同型号的主从机机型。总线容错率太低，丢帧错帧的情况检测分类上报不及时。
现有lin控制器只能做到主机从机分别设计，遵循协议一主多从的方式。目前市面上大多设计只支持硬件方式，针对各种不同型号和版本的lin控制器兼容性和适配性不足，添加软件方式硬件做纯数据通路能兼容在特殊场景下帧的传输情况，实用性更强。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种基于主从可复用性的lin总线接口，用于支持主从模式模块复用。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于主从可复用性的lin总线接口，包括lin控制模块、接收数据FIFO、发送数据FIFO、寄存器配置模块、中断寄存器、接收帧响应模块、采样模块、波特率分频模块、帧头同步模块、下降沿检测模块、滤波器、发送帧头模块、发送帧响应模块、总线采样模块、唤醒睡眠模块；lin控制模块通过接收数据FIFO向寄存器配置模块发送数据，通过发送数据FIFO接收寄存器配置模块的数据，lin控制模块也与寄存器配置模块直接收发数据；lin控制模块通过中断寄存器向外发送中断源信号；lin控制模块依次通过发送帧头模块、发送帧响应模块和总线采样模块向外发送数据Tx，依次通过总线采样模块、滤波器、下降沿检测模块、帧头同步模块、波特率分频模块、采样模块和接收帧响应模块接收外界数据Rx；lin控制模块通过总线采样模块和唤醒睡眠模块设置休眠和唤醒状态。
按上述方案，采用主从模式可复用模块状态机，共用模块接口适配不同状态下的功能请求，用于使CPU根据不同的应用场景决定lin主机和从机；采用包括硬件和软件两种实现方式；软件构造纯通道方式传输帧，硬件通过不同配置请求构造帧传输模块、校验模块以及各种不同传输帧状态上报；采用参数化帧传输时间，超时限定时间以及基本时钟单位以适配MCU产生各种不同的模块时钟，方便在不同场景下的应用；明确分类各种帧传输状态，方便软件有效处理帧数据，提高系统效率；设置休眠和唤醒状态用于降低功耗。
进一步的，主机模式包括发送帧头和帧响应，接收帧响应，从机模式包括接收和发送帧响应，通过更改发送模块和接收模块中的配置来改变数据格式包括接收长度，接收类型，例如是否添加校验位,接收模块接收PID并反馈给控制模块，由控制模块根据PID的内容决定是否响应总线上发送来的帧头；
主从复用状态机的具体状态含义为：
状态为IDLE，值为4’d0，描述为空闲，在frm_pls为高，send_en为高，且reg_ready为高时，跳转至RD_TABLE状态；在reg_ready上升沿找到第一个有效的进度表；
状态为RD_TABLE，值为4’d1，描述为读取进度表，若从冲突表中读取或从进度表读且方向0为接收数据，则跳转至SEND_HDR状态，若从进度表中读取，且方向1为发送数据，则跳转至RD_DAT状态；此状态下将进度表中读出的addr赋值给dat_addr，用于读取数据RAM；
状态为RD_DAT，值为4’d2，描述为读取待发送数据，拉低dat_tab的cs_n信号，在两拍之后取得数据之后存储在寄存器中，当拍跳转至SEND_HDR状态；
状态为SEND_HDR，值为4’d3，描述为等待send_hdr_finish信号之后为高拉低send_hdr_start信号，在send_hdr_finish信号上升沿跳转，如果数据方向为发送，则跳转至SEND_RESP状态，否则跳转至RECV_RESP状态；
状态为SEND_RESP，值为4’d4，描述为等待send_resp_finish信号为高之后拉低send_resp_start，在send_resp_finish上升沿跳转至ADDR_UPDATE状态；
状态为RECV_RESP，值为4’d5，描述为此状态下启动recv_resp_start信号，根据校验和及帧类型判断帧是否正常，recv_resp_finish信号为高时认为正常接收到数据，根据校验和及帧类型判断帧是否正常，若为校验通过的正常帧，则将{dat_len[2:0],dat_ID[5:0]，rcv_dat[63:0]}送往数据FIFO，随后跳转至ADDR_UPDATE状态；如果为事件触发帧，且校验和不通过(总线线与知识)，则认为检测到冲突，跳转至STAT_LOCK状态，如果此帧为冲突表中的最后一个帧((rd_addr＝＝rd_stop_addr)&&conflict_flag)，则跳转至STAT_RELEASE状态；
状态为STAT_LOCK，值为4’d6，描述为此状态下，拉高conflict_flag信号，将rd_addr寄存器值存到rd_addr_lock中，将当前进度表的结束地址存到rd_stop_addr_lock中，设置stat_lock信号并拉高，将进度表中读出的冲突表起始地址及结束地址存到rd_addr及rd_stop_addr中，之后跳转至ADDR_UPDATE状态；
状态为STAT_RELEASE，值为4’d7，描述为拉低conflict_flag信号，设置stat_release信号并拉高，将rd_addr_lock及rd_stop_addr_lock中的值恢复至rd_addr寄存器及rd_stop_addr寄存器，随后跳转至ADDR_UPDATE状态；
状态为ADDR_UPDATE，值为4’d8，描述为若stat_lock信号为高，则直接跳转至IDLE状态；如果rd_addr到达当前进度表的边界，则将下一个有效进度表的起始地址及结束地址赋给rd_addr及rd_stop_addr，如果没有到达边界，则rd_addr加一，跳转至IDLE状态。
进一步的，硬件方式为：
发送模块按照lin下行帧格式拼接帧头和帧响应；配置break域长度、载荷长度和PID固定位定义，用于适配不同型号的lin从机；对发送数据进行校验并附在载荷尾端发送；
接收模块按照lin上行帧头内容决定是否接收响应，发送响应或不响应；对接收数据进行校验，若校验正确则存入接收fifo并产生中断；若校验失败则硬件分析失败类型，通过状态自检查看原因，拉高ERROR_REG状态寄存器，包括发送中断、发送内容错误、接收fifo溢出、总线挂死并产生中断上报CPU，等待软件查看具体原因后清除ERROR_REG状态寄存器。
进一步的，软件方式为发送模块和接收模块不对fifo中的数据做处理，通过软件层处理数据，硬件作为纯通道数据通路来提高处理速度。
进一步的，低功耗模式采用门控时钟设计方式，包括自动休眠和强制休眠；自动休眠为当总线检测模块监测到总线持续高电平超过2s，总线检测模块向控制模块发出反馈信号，控制模块发出休眠信号，拉低门控时钟自动休眠；强制休眠为用户下发强制休眠信号停止传输数据，硬件接收到信号后立刻清除所有寄存器和存储fifo，状态机恢复初始状态，拉低门控时钟强制休眠。
本发明的有益效果为：
1.本发明的一种基于主从可复用性的lin总线接口，通过搭建完备的层次化设计方案，提高了设计的可扩展性和兼容性，实现了支持主从模式模块复用的功能，优化了设计时序并且节省了资源和面积。
2.本发明向下兼容lin各种协议版本，设计全通道可配置形式使设计组件快速互通，软件可以根据应用场景和接收端型号任意改变传输形式，极大的提升了设计和验证效率，保证了设计和市面上普通lin接口的适配性和兼容度，设计更全面更具体考虑到市场产品的多样性，为后续市面上的实际应用提高了效率。
3.本发明采用硬件和软件两种实现方式构造通道传送帧；软件构造纯通道方式；硬件通过不同配置请求构造帧传输模块、校验模块以及各种不同传输帧状态上报。
4.本发明支持低功耗模式，采用唤醒和睡眠方式最大限度降低功耗。
附图说明
图1是本发明实施例的原理框图。
图2是本发明实施例的主从复用状态机图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1，本发明的实施例包括：
1.设计主从模式可复用模块状态机，共用模块接口适配不同状态下的功能请求。
主从复用方便CPU根据不同的应用场景决定lin主机和从机，例如车窗升降器，座椅调节，灯光照明等，LIN网络可以实现将他们连为一体，而通过CAN网关，LIN网络还可以实现和汽车其他系统交互。
主从复用：
主机模式包括发送帧头和帧响应，接收帧响应，从机模式包括接收和发送帧响应，通过更改发送模块和接收模块中的配置来改变数据格式包括接收长度，接收类型，例如是否添加校验位，接收模块接收PID并反馈给控制模块，由控制模块根据PID的内容决定是否响应总线上发送来的帧头。
主从复用状态机参见图2，具体状态含义如下表所示：
2.设计硬件和软件两种实现方式，软件构造纯通道方式传输帧，硬件通过不同配置请求构造帧传输模块，校验模块以及各种不同传输帧状态上报。
硬件方式：
发送模块按照lin下行帧格式拼接帧头和帧响应，其中可配置break域长度，载荷长度和PID固定位定义，用于适配市面上各种不同型号lin从机；对发送数据校验，附在载荷尾端发送。
接收模块按照lin上行帧头内容决定是否接收响应，发送响应或者不响应；对接收数据进行校验，若校验正确则存入接收fifo并产生中断，若校验失败则硬件分析失败类型，通过状态自检查看原因拉高ERROR_REG状态寄存器，包括发送中断，发送内容错误，接收fifo溢出，总线挂死并产生中断上报cpu，等待软件查看具体原因后清除ERROR_REG。
软件方式：
发送模块和接收模块不对fifo中的数据做处理，数据在软件层已经处理好，硬件作为纯通道数据通路来提高处理速度。
3.参数化帧传输时间，超时限定时间以及基本时钟单位以适配MCU产生各种不同的模块时钟，方便在不同场景下的应用。
4.明确分类各种帧传输状态，方便软件有效处理帧数据，提高系统效率。
5.设置休眠和唤醒状态，从而达到降低功耗的目的。
低功耗模式：
采用门控时钟设计方式，分为自动休眠和强制休眠两种方式：当总线检测模块监测到总线持续高电平超过2s，总线检测模块向控制模块发出反馈信号，控制模块发出休眠信号，拉低门控时钟自动休眠；用户此时欲停止传输数据，下发强制休眠信号，硬件接收到信号后立刻清除所有寄存器和存储fifo，状态机恢复初始状态，拉低门控时钟强制休眠。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于主从可复用性的lin总线接口，其特征在于：包括lin控制模块、接收数据FIFO、发送数据FIFO、寄存器配置模块、中断寄存器、接收帧响应模块、采样模块、波特率分频模块、帧头同步模块、下降沿检测模块、滤波器、发送帧头模块、发送帧响应模块、总线采样模块、唤醒睡眠模块；
lin控制模块通过接收数据FIFO向寄存器配置模块发送数据，通过发送数据FIFO接收寄存器配置模块的数据，lin控制模块也与寄存器配置模块直接收发数据；lin控制模块通过中断寄存器向外发送中断源信号；
lin控制模块依次通过发送帧头模块、发送帧响应模块和总线采样模块向外发送数据Tx，依次通过总线采样模块、滤波器、下降沿检测模块、帧头同步模块、波特率分频模块、采样模块和接收帧响应模块接收外界数据Rx；
lin控制模块通过总线采样模块和唤醒睡眠模块设置休眠和唤醒状态；
采用主从模式可复用模块状态机，共用模块接口适配不同状态下的功能请求，用于使CPU根据不同的应用场景决定lin主机和从机；
采用包括硬件和软件两种实现方式；软件构造纯通道方式传输帧，硬件通过不同配置请求构造帧传输模块、校验模块以及各种不同传输帧状态上报；
采用参数化帧传输时间，超时限定时间以及基本时钟单位以适配MCU产生不同的模块时钟，方便在不同场景下的应用；
明确分类帧传输状态，方便软件有效处理帧数据，提高系统效率；
设置休眠和唤醒状态用于降低功耗；
主机模式包括发送帧头和帧响应，接收帧响应，从机模式包括接收和发送帧响应，通过更改发送模块和接收模块中的配置来改变数据格式包括接收长度，接收类型包括是否添加校验位，接收模块接收PID并反馈给控制模块，由控制模块根据PID的内容决定是否响应总线上发送来的帧头；
主从复用状态机的具体状态含义为：
状态为IDLE，值为4’d0，描述为空闲，在frm_pls为高，send_en为高，且reg_ready为高时，跳转至RD_TABLE状态；在reg_ready上升沿找到第一个有效的进度表；状态为RD_TABLE，值为4’d1，描述为读取进度表，若从冲突表中读取或从进度表读且方向0为接收数据，则跳转至SEND_HDR状态，若从进度表中读取，且方向1为发送数据，则跳转至RD_DAT状态；此状态下将进度表中读出的addr赋值给dat_addr，用于读取数据RAM；
状态为RD_DAT，值为4’d2，描述为读取待发送数据，拉低dat_tab的cs_n信号，在两拍之后取得数据之后存储在寄存器中，当拍跳转至SEND_HDR状态；
状态为SEND_HDR，值为4’d3，描述为等待send_hdr_finish信号之后为高拉低send_hdr_start信号，在send_hdr_finish信号上升沿跳转，如果数据方向为发送，则跳转至SEND_RESP状态，否则跳转至RECV_RESP状态；
状态为SEND_RESP，值为4’d4，描述为等待send_resp_finish信号为高之后拉低send_resp_start，在send_resp_finish上升沿跳转至ADDR_UPDATE状态；
状态为RECV_RESP，值为4’d5，描述为此状态下启动recv_resp_start信号，根据校验和及帧类型判断帧是否正常，recv_resp_finish信号为高时认为正常接收到数据，根据校验和及帧类型判断帧是否正常，若为校验通过的正常帧，则将{dat_len[2:0],dat_ID[5:0]，rcv_dat[63:0]}送往数据FIFO，随后跳转至ADDR_UPDATE状态；如果为事件触发帧，且校验和不通过，则认为检测到冲突，跳转至STAT_LOCK状态，如果此帧为冲突表中的最后一个帧，则跳转至STAT_RELEASE状态；
状态为STAT_LOCK，值为4’d6，描述为此状态下，拉高conflict_flag信号，将rd_addr寄存器值存到rd_addr_lock中，将当前进度表的结束地址存到rd_stop_addr_lock中，设置stat_lock信号并拉高，将进度表中读出的冲突表起始地址及结束地址存到rd_addr及rd_stop_addr中，之后跳转至ADDR_UPDATE状态；
状态为STAT_RELEASE，值为4’d7，描述为拉低conflict_flag信号，设置stat_release信号并拉高，将rd_addr_lock及rd_stop_addr_lock中的值恢复至rd_addr寄存器及rd_stop_addr寄存器，随后跳转至ADDR_UPDATE状态；
状态为ADDR_UPDATE，值为4’d8，描述为若stat_lock信号为高，则直接跳转至IDLE状态；如果rd_addr到达当前进度表的边界，则将下一个有效进度表的起始地址及结束地址赋给rd_addr及rd_stop_addr，如果没有到达边界，则rd_addr加一，跳转至IDLE状态。
2.根据权利要求1所述的一种基于主从可复用性的lin总线接口，其特征在于：硬件方式为：
发送模块按照lin下行帧格式拼接帧头和帧响应；配置break域长度、载荷长度和PID固定位定义，用于适配不同型号的lin从机；对发送数据进行校验并附在载荷尾端发送；
接收模块按照lin上行帧头内容决定是否接收响应，发送响应或不响应；对接收数据进行校验，若校验正确则存入接收fifo并产生中断；若校验失败则硬件分析失败类型，通过状态自检查看原因，拉高ERROR_REG状态寄存器，包括发送中断、发送内容错误、接收fifo溢出、总线挂死并产生中断上报CPU，等待软件查看具体原因后清除ERROR_REG状态寄存器。
3.根据权利要求1所述的一种基于主从可复用性的lin总线接口，其特征在于：软件方式为发送模块和接收模块不对fifo中的数据做处理，通过软件层处理数据，硬件作为纯通道数据通路来提高处理速度。
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强制休眠为用户下发强制休眠信号停止传输数据，硬件接收到信号后立刻清除所有寄存器和存储fifo，状态机恢复初始状态，拉低门控时钟强制休眠。
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