一种数字电路实现的低功耗LIN自动寻址系统及其方法与流程

本发明属于lin通信，具体涉及一种数字电路实现的低功耗lin自动寻址系统及其方法。

背景技术：

1、lin是一种用于车辆电子系统中低速数据通信的串行通信协议。它通常用于连接车辆内部的各种电子控制单元(ecu)，如仪表板、门控制模块、座椅控制模块、氛围灯等。lin协议采用单主节点/多从机的模式，lin链路上的所有从机通过总线寻址指令依次确定唯一地址，从而达到精准区分通信的目的，自动寻址的实现使从机在设计和生产过中不需要事先做地址编程。

2、目前的自动寻址技术，主要有以下两个方案：

3、(1)lin从节点以菊花链的形式连接，每个从节点都有可控的电流源向lin总线注入电流，同时每个节点可以采集自己内部lin总线上的电流，参考图1所示的电路框图。lin节点自身通过检测分流电阻的电流值来识别自己在链路中的位置。

4、目前这种lin自动寻址技术还存在如下3个应用局限：一、这种技术方案对主节点的硬件有一定要求，特别是从节点数量较多的话，对主节点的负载也会相对增加，从而限制可连接从设备节点个数；二、这种方案需要额外增加上拉电流源和adc模块用于测量电流值，增加了额外的设计成本和实现复杂度；三、不适配低功耗场合的应用。

5、(2)从节点之间通过lin总线连接，每个从节点中设有主节点连接端口和从机连接端口，且第一个从节点的主节点连接端口通过lin总线与主节点连接，之后的节点首尾相连，如图2所示电路框图。通过lin子节点对s0、s1、s2开关的控制，实现子节点帧地址的依次接收。

6、目前这种lin自动寻址技术还存在如下3个应用局限：一、在初始状态或其他节点响应的状态下，为了保证每个从节点都能收到主节点发送的自动寻址初始化命令，以及后续从节点的响应均可以返回到主节点，当前从节点中的第一开关s0和第二开关s1均处于闭合状态，这将导致物理收发器s和物理收发器m形成闭环通路，由于物理收发器不可避免的存在传输延时，此闭环通路将导致数据震荡的产生，引发无外力条件下形成振荡器的风险，如图3所示的电路框图；并且在地址配置阶段，为了实现只有当前节点可以收到地址帧，阻断后续节点收到此地址配置帧，第一开关s0需要打开，这将产生物理收发器m的txd_m输入端的浮空，产生不定态的风险。二、当前从节点响应时，需打开s0、s1，闭合s2，这将导致只有此节点之前的从节点可以收到响应帧，此节点之后的从节点，都将缺失响应帧的接收，打破了lin通信协议对链路所有子节点接收完整性的需求。三、此寻址技术依赖协议控制器对帧头做出解析，识别当前地址匹配后才能做出三个开关的状态切换动作，增加了设计程序的复杂性，并且此设计依然不适配低功耗场合的应用。

7、现有技术已经不能满足现阶段的需求，基于现状，急需对现有寻址方案进行改进。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中存在上述问题，本发明的目的是提供一种数字电路实现的低功耗lin自动寻址系统，自动检测数据流方向并自动切换完成帧数据的即时单向传输，并且支持lin节点作为从机或主节点的功能切换以及低功耗模式的应用。

2、一种数字电路实现的低功耗lin自动寻址系统，包括多个节点，每个节点之间通过lin总线连接，所述节点包括物理层收发器s、物理层收发器m、双向端口lin_in/lin_out、协议控制器s和协议控制器m，所述物理层收发器s、物理层收发器m作为节点的接收端和发送端与所述协议控制器s、协议控制器m进行双向通信，所述节点还包括mcu、帧数据流方向检测电路以及逻辑控制电路；

3、所述节点由mcu输出信号控制切换为主机模式或从机模式；

4、所述帧数据流方向检测电路用于根据双向端口lin_in/lin_out接收数据的延时差进行数据帧来源方向的判定；

5、所述逻辑控制电路用于根据帧数据流方向检测电路的判定结果实时切换对应的多路数据选择器的状态以及物理层收发器的使能位。

6、优选的，所述帧数据流方向检测电路包括数字逻辑电路和寄存器组，所述数字逻辑电路、寄存器组接入lin_in端口信号、lin_out端口信号并经过逻辑运算后输出linin_first信号；

7、所述linin_first信号为高电平时，帧数据流方向为lin_in端口到lin_out端口的下行通路；当linin_first信号为低电平时，帧数据流方向为lin_out端口到lin_in端口的上行通路。

8、优选的，所述linin_first信号通过逻辑门电路一控制物理层收发器s、物理层收发器m的使能位；

9、所述linin_first信号通过与非门a1、多路数据选择器mux2影响物理层收发器s的txd端口信号；

10、所述linin_first信号通过逻辑门电路二影响物理层收发器m的txd端口信号。

11、优选的，所述数字逻辑电路包括与门a5、与门a6、与门a7，所述寄存器组包括寄存器reg1、寄存器reg2、寄存器reg3；

12、所述lin_in端口的信号分别传输至寄存器reg3的时钟端口clkn和寄存器reg2的d端口，所述lin_out端口的信号分别传输至与门a6的输入端、寄存器reg3的d端口和寄存器reg2的时钟端口clkn，复位信号rst传输至与门a6的另一输入端、与门a5的输入端、与门a7的输入端；

13、所述与门a6的输出端与寄存器reg3的复位端口连接，与门a5的另一个输入端分别反向与寄存器reg3的q端口、寄存器reg1的d端口连接，与门a5的输出端与寄存器reg1的置位端口连接，与门a7的另一个输入端与寄存器reg2的d端口连接，与门a7输出端与寄存器reg2的复位端口连接，寄存器reg2的q端口与寄存器reg1的时钟端口clkn连接，寄存器reg1的q端口输出linin_first信号。

14、优选的，所述逻辑控制电路包括多路数据选择器mux1、多路数据选择器mux2、逻辑门电路一和逻辑门电路二；

15、所述多路数据选择器mux1的两个输入端分别接入物理层收发器s的rxd端口信号、协议控制器m的txd端口信号，选通端口接入mcu输出的lin_autoaddr_en信号，输出端输出信号接入逻辑门电路二中，由逻辑门电路二输出linm_txen信号控制物理层收发器m的txd端口信号；

16、所述多路数据选择器mux2的两个输入端分别接入协议控制器s的txd端口信号、物理层收发器m的rxd端口信号，选通端口接入与非门a1的输出信号，所述与非门a1的两个输入端分别接入帧数据流方向检测电路输出的linin_first信号的反向信号、协议控制器s的txd端口信号，多路数据选择器mux2的输出端输出lin_comm_s1信号控制物理层收发器s的txd端口信号。

17、优选的，所述逻辑门电路一包括与非门a2、或门b1，所述lin_in端口输出的信号传输至与非门a2的输入端，与非门a2的输入端还接入所述协议控制器s的txd端口输出信号；

18、所述lin_out端口输出的信号传输至或门b1的输入端，或门b1的另一个输入端接入linin_first信号，或门b1的输出端连接与非门a2的另一个输入端，与非门a2的另一个输入端还接入所述mcu输出的sleep_mode信号，与非门a2的输出端输出lins_txen信号；

19、所述lins_txen信号传输至物理层收发器s、物理层收发器m的使能端，控制物理层收发器s、物理层收发器m的使能。

20、优选的，所述逻辑门电路二包括与门a3、与门a4以及或门b2，所述或门b2的输入端接入所述mcu输出的sleep_mode信号的反向信号，另一个输入端接入所述物理层收发器s中rxd端口输出的反向信号，输出端接入与门a4的输入端，与门a4的另一个输入端接入linin_first信号，输出端接入与门a3的输入端，与门a3的另一个输入端接入多路数据选择器mux1的输出信号，与门a3的输出端输出linm_txen信号并接入物理层收发器m的txd端口。

21、优选的，所述mcu输出master_en信号至协议控制器m，所述master_en信号经过反相器n1后输出slave_en信号至协议控制器s；

22、所述节点上电默认为从机模式，若所述mcu配置master_en信号为1，则slave_en信号为0，并切换lin_autoaddr_en信号为1，则所述多路数据选择器mux1切断lin_in端口至lin_out端口的通路；

23、当前节点的协议控制器m的txd端口经过多路数据选择器mux1选通，作为主节点发送端，即当前节点处于主机模式。

24、优选的，所述节点包括工作模式和低功耗sleep模式，所述节点处于工作模式下，lins_txen信号始终on，当帧数据流方向检测电路判定物理层收发器s的rxd端口下降沿优先到达时，则lin_comm_s1信号、linm_txen信号选通为1，保证只有lin_in端口到lin_out端口方向导通；

25、当帧数据流方向检测电路判定物理层收发器m的rxd端口下降沿优先到达时，则lin_comm_s1信号、linm_txen信号选通为0，保证只有lin_out端口到lin_in端口方向导通；

26、所述节点处于低功耗sleep模式下，当没有显性低电平帧数据传输时，linm_txen信号和lins_txen信号都off，只有当帧数据流方向检测电路检测以下三种情况时，自动切换至工作模式；

27、第一种情况为：当帧数据流方向检测电路检测到协议控制器s的txd端口下降沿优先时，则lin_comm_s1信号选通1、linm_txen信号on、lins_txen信号on，保证只有lin_in端口到lin_out端口下行通路导通；

28、第二种情况为：当帧数据流方向检测电路检测到通过lin_in端口传输的总线上的下降沿优先时，则lin_comm_s1信号选通1、linm_txen信号on、lins_txen信号off，保证只有lin_in端口到lin_out端口下行通路导通；

29、第三种情况为：当帧数据流方向检测电路检测到通过lin_out端口传输的总线上的下降沿优先时，则lins_txen信号on、lin_comm_s1信号选通0、linm_txen信号off，保证只有lin_out端口到lin_in端口上行通路导通。

30、本发明的另一个目的在于，提出一种数字电路实现的低功耗lin自动寻址的方法，通过上述的数字电路实现的低功耗lin自动寻址的系统实现，具体包括如下步骤：

31、s1、所述节点上电后默认处于从机模式，该节点的lin_in端口到lin_out端口导通，多个节点其中的一个节点的mcu重新配置master_en信号、lin_autoaddr_en信号，使该节点处于主机模式，处于主机模式的节点为主节点，处于从机模式的节点为从节点；

32、s2、所述主节点广播自动寻址初始化请求帧，所有从节点收到帧头后，从节点的mcu配置lin_autoaddr_en信号选通1，打断lin_in端口到lin_out端口的通路；

33、s3、所述主节点发送第一个从节点配置地址，此时只有与主节点lin_out端口连接的从节点可以收到地址信息帧，并把此地址配置为自身地址，配置成功后向主节点反馈地址响应帧，并且使自身mcu配置lin_autoaddr_en信号选通0，导通自身lin_in端口到lin_out端口的通路，使下一从节点可以收到帧；

34、s4、所述主节点发送第二个从节点配置地址，此时与s3中所述从节点连接的从节点可以收到地址信息帧，并把此地址配置为自身地址，配置成功后向主节点反馈地址响应帧，并且使自身mcu配置lin_autoaddr_en信号选通0，导通自身lin_in端口到lin_out端口的通路，使下一从节点可以收到帧；

35、s5、以此类推，直到所有从节点地址配置完成，然后开始进入正常工作模式或者低功耗sleep模式。

36、本发明的有益效果是：

37、(1)通过设有两个lin物理层收发器，两个双向端口以及支持两路单线双向协议控制器通信的主/从lin协议控制器，能够实现lin通信的自动寻址。

38、(2)不需要额外增加上拉电流源和adc电流检测模块，不对主节点的负载能力提要求，实现解除对lin从节点个数限制的目的，并且能有效减少成本和降低设计复杂度。

39、(3)能通过mcu控制当前节点的主从机协议控制器使能位和多路数据选择器mux1的配置，无需改变电路结构即可实现主节点和从节点的自由切换，更大的开发了应用环境和应用功能的适配度。

40、(4)通过帧数据流方向检测电路、逻辑控制电路，实现上下行通路2选1的切换，既可以有效阻断数据回环震荡的产生，又避免了端口不定态的发生。

41、(5)通过数字电路自动控制多路数据选择器和物理层收发器传输使能位，达到不需要对帧头内容作解析的目的，实现lin通信链路上所有主从节点都可以及时收到任何帧头和帧响应数据，确保了所有链路节点对帧数据的完整性和及时性要求。

42、(4)当从节点处于低功耗sleep模式下，数字逻辑电路对端口帧数据下降沿顺序的监测，能够实现自动帧数据流方向检测，做到自动开关物理层收发器的工作使能位，解决了当lin从节点进入休眠状态后，协议控制器和物理层收发器电路常态工作带来的功耗损失。