其中，USBH為USB接口，PC機(jī)的USB口提供的電壓為5V±5%，電流最小為100mA，最大為500mA。PIC18F2550正常工作時(shí)應(yīng)提供的電源范圍為4.2V～5.5V，如果選用PIC18LF2550，電源范圍可拓寬至2.6V～5.5V，實(shí)際測(cè)試中，本電路消耗的電流僅為50mA。因此，無(wú)論是筆記本電腦還是臺(tái)式機(jī)，其USB口提供的電源都能夠保證該電路正常工作。
　　圖2中信號(hào)RC1/FT、RC0/CS、RC6/TX 和RC7/RX連接至光隔回路，以實(shí)現(xiàn)PC機(jī)的USB口和LIN總線的電源隔離。其中，RC1/FT為L(zhǎng)IN總線故障偵測(cè)端口，通過(guò)該端口，ATA6625（LIN接口芯片）將LIN總線的狀態(tài)傳送到PIC18F2550，以指明當(dāng)前LIN總線是處于故障狀態(tài)，還是處于總線退出或空閑狀態(tài)。RC0/CS為L(zhǎng)IN總線收發(fā)器的片選端。RC6/TX為L(zhǎng)IN總線收發(fā)器的發(fā)送數(shù)據(jù)端。RC7/RX為L(zhǎng)IN總線收發(fā)器的接收數(shù)據(jù)端。為改善光隔的耦合波形，在輸入端RC1/FT和RC7/RX上都加入了1kΩ的上拉電阻。
3.3 與LIN總線接口部分的硬件設(shè)計(jì)
　　與LIN總線接口部分電路如圖3所示。圖3中，ATA6625為L(zhǎng)IN收發(fā)器^[2]，其設(shè)計(jì)符合LIN 2.0規(guī)范和SAEJ2602標(biāo)準(zhǔn)，該芯片的ESD穩(wěn)定性高于6kV。ATA6625還包括一個(gè)超低壓降型穩(wěn)壓器，穩(wěn)壓器的輸出為5V，電流可達(dá)50mA，可為應(yīng)用方案中的MCU和其他芯片提供電源，能有效降低系統(tǒng)的成本。

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　　圖3中，LINH為L(zhǎng)IN總線接口，V_bat由12V蓄電池供電。D3和D4防止保護(hù)蓄電池過(guò)載。LIN總線端的電源與PC機(jī)的USB端口是隔離的。LIN總線收發(fā)器和單片機(jī)之間通過(guò)光耦PS9701進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。當(dāng)本節(jié)點(diǎn)為主節(jié)點(diǎn)時(shí)，接上1kΩ電阻R13以提高總線的驅(qū)動(dòng)能力；當(dāng)本節(jié)點(diǎn)為從節(jié)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)去掉此電阻。
　　由于LIN收發(fā)芯片的RX管腳和FAULT管腳驅(qū)動(dòng)能力有限，不能直接驅(qū)動(dòng)PS9701，因此，在LIN收發(fā)器至光隔驅(qū)動(dòng)回路上添加了74LVC2G04反相器。
3.4?兩套電源系統(tǒng)隔離部分的硬件設(shè)計(jì)
　　為了防止PC機(jī)的USB接口的損壞，在PC機(jī)的5V電源和汽車(chē)蓄電池的供電系統(tǒng)之間加入了光電隔離,其電路如圖4所示。考慮到LIN總線的波特率上限為20Kb/s，電路中采用了PS9701高速光隔,該光電隔離上升時(shí)延僅為50ns。

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4 LIN總線和USB總線通信轉(zhuǎn)換的軟件設(shè)計(jì)
　　USB-LIN接口的總體程序設(shè)計(jì)框圖如圖5所示，整個(gè)程序分為主程序和中斷服務(wù)程序兩部分。其中，LIN總線的主任務(wù)狀態(tài)機(jī)在定時(shí)中斷服務(wù)程序中實(shí)現(xiàn)，從任務(wù)狀態(tài)機(jī)在LIN總線的上升沿中斷服務(wù)程序中實(shí)現(xiàn)。

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　　USB-LIN接口的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的設(shè)計(jì)如圖6所示，主要包括LIN端數(shù)據(jù)交換、USB端的數(shù)據(jù)交換以及LIN端用戶(hù)緩沖區(qū)與USB端用戶(hù)緩沖區(qū)之間的數(shù)據(jù)解析和交換。

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4.1 LIN總線的軟件實(shí)現(xiàn)
　　LIN總線軟件部分包括網(wǎng)絡(luò)管理的實(shí)現(xiàn)、主/從任務(wù)狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn)^[3]、調(diào)度表和信息綁定表的更新等。其中，主任務(wù)只分布在主節(jié)點(diǎn)上，而從任務(wù)分布在所有的節(jié)點(diǎn)上。LIN2.0協(xié)議規(guī)定了主/從任務(wù)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖^[3]。主任務(wù)的核心工作是產(chǎn)生正確的報(bào)文頭，報(bào)頭傳輸是報(bào)文傳輸?shù)囊龑?dǎo)，其傳輸機(jī)制基于時(shí)間調(diào)度表，調(diào)度表規(guī)定了幀傳送的順序和兩幀間的時(shí)間間隔。LIN主任務(wù)的調(diào)度原理如圖7所示。其中，定時(shí)器1作為調(diào)度的時(shí)間片定時(shí)器，設(shè)定為1ms；定時(shí)器0作為幀超時(shí)定時(shí)器，其設(shè)定依賴(lài)于節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘頻率和通信的波特率。

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　　程序設(shè)計(jì)中涉及到調(diào)度表NormalTable和信息綁定表L_HandleList。處理句柄handle實(shí)現(xiàn)了這兩個(gè)重要表的聯(lián)絡(luò)。調(diào)度表給出了每個(gè)幀的時(shí)間片，主任務(wù)根據(jù)該表循環(huán)啟動(dòng)幀的傳輸。調(diào)度表包括：幀的處理句柄handle、幀的PID和該幀的時(shí)間片。調(diào)度表只保存在主節(jié)點(diǎn)之中。
　　信息綁定表L_HandleList定義了一個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)接收到的具有某個(gè)特定PID的幀的響應(yīng)方式，綁定表將PID和本地的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)進(jìn)行了綁定，從而實(shí)現(xiàn)了主節(jié)點(diǎn)對(duì)從節(jié)點(diǎn)緩沖區(qū)的直接操作，或者實(shí)現(xiàn)了對(duì)從節(jié)點(diǎn)上的物理量的直接操作。主從節(jié)點(diǎn)上都保存有綁定表，依據(jù)此表可知道某個(gè)信息的長(zhǎng)度、流向和存放在本地的位置，以決定是否接收此信息，或是否響應(yīng)此信息的召喚和相應(yīng)方式。
　　程序中，L_HandleList為結(jié)構(gòu)型數(shù)組，包括：(1)幀的數(shù)據(jù)流向，分為接收和發(fā)送兩種模式；(2)幀數(shù)據(jù)在本節(jié)點(diǎn)中的存儲(chǔ)指針；(3)響應(yīng)幀的長(zhǎng)度，不包括校驗(yàn)場(chǎng)；(4)用于配置的消息ID；(5)PID的存儲(chǔ)指針。其中，第(4)項(xiàng)和第(5)項(xiàng)用于為從節(jié)點(diǎn)中的某個(gè)幀分配PID。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都保存有各自的信息綁定表，最多可保存20組。
　　調(diào)度表NormalTable和信息綁定表L_HandleList都保存在PIC18F2550的EEPROM中，這兩個(gè)表通過(guò)PC機(jī)的USB口進(jìn)行更新。
　　LIN驅(qū)動(dòng)程序主要實(shí)現(xiàn)以下七個(gè)重要的API函數(shù)。
　　(1) void l_ifc_init_MyLinIfc(void)，對(duì)本節(jié)點(diǎn)的LIN總線驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行初始化。
　　(2) unsigned int l_ifc_read_status_MyLinIfc，返回LIN驅(qū)動(dòng)器的狀態(tài)。
　　(3) void l_ifc_wake_up_MyLinIfc(void)，請(qǐng)求LIN總線喚醒。
　　(4) void l_ifc_goto_sleep_req_MyLinIfc，強(qiáng)制命令LIN總線上的從節(jié)點(diǎn)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。
　　(5) unsigned char ld_AssignFrameID(l_u8 *l_NAD)，給指定的幀分配PID。
　　(6) void l_ifc_rx_MyLinIfc(void)，根據(jù)本節(jié)點(diǎn)的配置處理整個(gè)數(shù)據(jù)交換，包括數(shù)據(jù)收發(fā)、傳輸超時(shí)處理和校驗(yàn)等。如果節(jié)點(diǎn)為主節(jié)點(diǎn)，則依據(jù)主/從任務(wù)狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)主/從任務(wù)的功能；如果節(jié)點(diǎn)為從節(jié)點(diǎn)，則只需依據(jù)從任務(wù)狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)從任務(wù)的功能。
　　(7) unsigned char l_ifc_pid_to_handle(void)，根據(jù)給定的PID，指定該P(yáng)ID的幀對(duì)應(yīng)的處理句柄，從而在信息綁定表中查找該幀的處理方法。
4.2 USB總線的軟件實(shí)現(xiàn)
　　PIC18F2550的USB接口可采用通用模式或者CDC模式^[4]與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。雖然通用模式擁有全速USB速率，但是PC機(jī)端的驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)起來(lái)較為復(fù)雜。USB-LIN接口中處理的是低速的LIN通信，不需要1Mb/s以上的通信速率。因此，單片機(jī)中的USB接口不采用通用模式，而采用CDC模式。
　　在CDC模式下，CDC子類(lèi)實(shí)現(xiàn)虛擬串口通信的協(xié)議^[4]。由于大部分的操作系統(tǒng)都帶有支持CDC類(lèi)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，可自動(dòng)識(shí)別CDC類(lèi)的設(shè)備，因此在PC機(jī)端可不用編寫(xiě)USB的驅(qū)動(dòng)程序，只需將接口視為虛擬串口即可。單片機(jī)的USB口工作于CDC模式時(shí)，最高的通信速率為1Mb/s，完全可以滿(mǎn)足LIN總線數(shù)據(jù)交換的要求。
　　Microchip為PIC18F2550提供了完整的USB/CDC類(lèi)固件，主要實(shí)現(xiàn)以下API函數(shù)^[5]。
　　(1) void putrsUSBUSART(const rom char *data)，將字符串從程序存儲(chǔ)區(qū)寫(xiě)到USB端口。
　　(2) void putsUSBUSART(char *data)，將字符串從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)寫(xiě)到USB端口。
　　(3) void mUSBUSARTTxRom(rom byte *pData, byte len)，將一個(gè)特定長(zhǎng)度的字符串從程序存儲(chǔ)區(qū)中寫(xiě)到USB端口。
　　(4) void mUSBUSARTTxRam(byte *pData, byte len)，將一個(gè)特定長(zhǎng)度的字符串從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中寫(xiě)到USB端口。
　　(5) BOOL mUSBUSARTIsTxTrfReady(void)，檢查CDC類(lèi)是否有更多的數(shù)據(jù)要發(fā)送。
　　(6) byte getsUSBUSART(char *buffer, byte len)，將數(shù)據(jù)從USB/CDC緩沖區(qū)中拷貝到用戶(hù)緩沖區(qū)。
　　(7) byte mCDCGetRxLength(void)，獲得從USB/CDC緩沖區(qū)中拷貝到用戶(hù)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)的實(shí)際長(zhǎng)度。此函數(shù)緊跟在getsUSBUSART之后調(diào)用。
　　在調(diào)用putrsUSBUSART、putsUSBUSART、mUSBUSAR-TTxRam和mUSBUSARTTxRom之前，先要調(diào)用mUSBUSA
RTIsTxTrfReady檢查固件是否準(zhǔn)備好發(fā)送數(shù)據(jù)到USB口，調(diào)用getsUSBUSART時(shí)要求目標(biāo)緩沖區(qū)的長(zhǎng)度要大于USB/CDC緩沖區(qū)的長(zhǎng)度。
　　本文給出了LIN接口與USB接口轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)方案，介紹了基于LIN總線和USB總線的接口芯片的通信轉(zhuǎn)換的硬件設(shè)計(jì)，并給出了軟件設(shè)計(jì)方法。該方案已經(jīng)用于BCM模塊的測(cè)試和LIN 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的教學(xué)培訓(xùn)中，具有一定的實(shí)用價(jià)值。