其中，USBH為USB接口，PC機的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，實際測試中，本電路消耗的電流僅為50mA。因此，無論是筆記本電腦還是臺式機，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RC1/FT、RC0/CS、RC6/TX 和RC7/RX連接至光隔回路，以實現(xiàn)PC機的USB口和LIN總線的電源隔離。其中，RC1/FT為LIN總線故障偵測端口，通過該端口，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LIN總線收發(fā)器的片選端。RC6/TX為LIN總線收發(fā)器的發(fā)送數(shù)據(jù)端。RC7/RX為LIN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
　　與LIN總線接口部分電路如圖3所示。圖3中，ATA6625為LIN收發(fā)器^[2]，其設(shè)計符合LIN 2.0規(guī)范和SAEJ2602標準，該芯片的ESD穩(wěn)定性高于6kV。ATA6625還包括一個超低壓降型穩(wěn)壓器，穩(wěn)壓器的輸出為5V，電流可達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LIN總線接口，V_bat由12V蓄電池供電。D3和D4防止保護蓄電池過載。LIN總線端的電源與PC機的USB端口是隔離的。LIN總線收發(fā)器和單片機之間通過光耦PS9701進行數(shù)據(jù)交換。當本節(jié)點為主節(jié)點時，接上1kΩ電阻R13以提高總線的驅(qū)動能力；當本節(jié)點為從節(jié)點時，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)動能力有限，不能直接驅(qū)動PS9701，因此，在LIN收發(fā)器至光隔驅(qū)動回路上添加了74LVC2G04反相器。
3.4?兩套電源系統(tǒng)隔離部分的硬件設(shè)計
　　為了防止PC機的USB接口的損壞，在PC機的5V電源和汽車蓄電池的供電系統(tǒng)之間加入了光電隔離,其電路如圖4所示?？紤]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
　　USB-LIN接口的總體程序設(shè)計框圖如圖5所示，整個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)機在定時中斷服務(wù)程序中實現(xiàn)，從任務(wù)狀態(tài)機在LIN總線的上升沿中斷服務(wù)程序中實現(xiàn)。

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　　USB-LIN接口的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的設(shè)計如圖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端用戶緩沖區(qū)與USB端用戶緩沖區(qū)之間的數(shù)據(jù)解析和交換。

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4.1 LIN總線的軟件實現(xiàn)
　　LIN總線軟件部分包括網(wǎng)絡(luò)管理的實現(xiàn)、主/從任務(wù)狀態(tài)機的實現(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)點上，而從任務(wù)分布在所有的節(jié)點上。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)生正確的報文頭，報頭傳輸是報文傳輸?shù)囊龑?，其傳輸機制基于時間調(diào)度表，調(diào)度表規(guī)定了幀傳送的順序和兩幀間的時間間隔。LIN主任務(wù)的調(diào)度原理如圖7所示。其中，定時器1作為調(diào)度的時間片定時器，設(shè)定為1ms；定時器0作為幀超時定時器，其設(shè)定依賴于節(jié)點的時鐘頻率和通信的波特率。

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　　程序設(shè)計中涉及到調(diào)度表NormalTable和信息綁定表L_HandleList。處理句柄handle實現(xiàn)了這兩個重要表的聯(lián)絡(luò)。調(diào)度表給出了每個幀的時間片，主任務(wù)根據(jù)該表循環(huán)啟動幀的傳輸。調(diào)度表包括：幀的處理句柄handle、幀的PID和該幀的時間片。調(diào)度表只保存在主節(jié)點之中。
　　信息綁定表L_HandleList定義了一個節(jié)點對接收到的具有某個特定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)進行了綁定，從而實現(xiàn)了主節(jié)點對從節(jié)點緩沖區(qū)的直接操作，或者實現(xiàn)了對從節(jié)點上的物理量的直接操作。主從節(jié)點上都保存有綁定表，依據(jù)此表可知道某個信息的長度、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)點中的存儲指針；(3)響應(yīng)幀的長度，不包括校驗場；(4)用于配置的消息ID；(5)PID的存儲指針。其中，第(4)項和第(5)項用于為從節(jié)點中的某個幀分配PID。每個節(jié)點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，這兩個表通過PC機的USB口進行更新。
　　LIN驅(qū)動程序主要實現(xiàn)以下七個重要的API函數(shù)。
　　(1) void l_ifc_init_MyLinIfc(void)，對本節(jié)點的LIN總線驅(qū)動程序進行初始化。
　　(2) unsigned int l_ifc_read_status_MyLinIfc，返回LIN驅(qū)動器的狀態(tài)。
　　(3) void l_ifc_wake_up_MyLinIfc(void)，請求LIN總線喚醒。
　　(4) void l_ifc_goto_sleep_req_MyLinIfc，強制命令LIN總線上的從節(jié)點進入睡眠狀態(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)點的配置處理整個數(shù)據(jù)交換，包括數(shù)據(jù)收發(fā)、傳輸超時處理和校驗等。如果節(jié)點為主節(jié)點，則依據(jù)主/從任務(wù)狀態(tài)機實現(xiàn)主/從任務(wù)的功能；如果節(jié)點為從節(jié)點，則只需依據(jù)從任務(wù)狀態(tài)機實現(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PID的幀對應(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總線的軟件實現(xiàn)
　　PIC18F2550的USB接口可采用通用模式或者CDC模式^[4]與PC機進行數(shù)據(jù)交換。雖然通用模式擁有全速USB速率，但是PC機端的驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)起來較為復雜。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子類實現(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類的設(shè)備驅(qū)動程序，可自動識別CDC類的設(shè)備，因此在PC機端可不用編寫USB的驅(qū)動程序，只需將接口視為虛擬串口即可。單片機的USB口工作于CDC模式時，最高的通信速率為1Mb/s，完全可以滿足LIN總線數(shù)據(jù)交換的要求。
　　Microchip為PIC18F2550提供了完整的USB/CDC類固件，主要實現(xiàn)以下API函數(shù)^[5]。
　　(1) void putrsUSBUSART(const rom char *data)，將字符串從程序存儲區(qū)寫到USB端口。
　　(2) void putsUSBUSART(char *data)，將字符串從數(shù)據(jù)存儲區(qū)寫到USB端口。
　　(3) void mUSBUSARTTxRom(rom byte *pData, byte len)，將一個特定長度的字符串從程序存儲區(qū)中寫到USB端口。
　　(4) void mUSBUSARTTxRam(byte *pData, byte len)，將一個特定長度的字符串從數(shù)據(jù)存儲區(qū)中寫到USB端口。
　　(5) BOOL mUSBUSARTIsTxTrfReady(void)，檢查CDC類是否有更多的數(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)中拷貝到用戶緩沖區(qū)。
　　(7) byte mCDCGetRxLength(void)，獲得從USB/CDC緩沖區(qū)中拷貝到用戶緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)的實際長度。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檢查固件是否準備好發(fā)送數(shù)據(jù)到USB口，調(diào)用getsUSBUSART時要求目標緩沖區(qū)的長度要大于USB/CDC緩沖區(qū)的長度。
　　本文給出了LIN接口與USB接口轉(zhuǎn)換的設(shè)計方案，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，并給出了軟件設(shè)計方法。該方案已經(jīng)用于BCM模塊的測試和LIN 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的教學培訓中，具有一定的實用價值。