未來汽車中的終端節(jié)點通訊

本文旨在介紹本地互聯(lián)網(wǎng)這種低成本的串行通訊協(xié)議，它主要用于汽車的分布式電子系統(tǒng)和基于網(wǎng)絡的車輛概念中。

本文介紹了現(xiàn)行的LIN版本，即從原來的LIN1.3版升級而來的LIN 2.0，并介紹了LIN網(wǎng)絡的一些基本知識。作為實施LIN2.0的實例，本文還介紹了支持LIN的無刷直流電機（BLDC）發(fā)動機風扇控制的應用，它以飛思卡爾的8位MCU為基礎，使用了Volcano LIN 開發(fā)包。

車內網(wǎng)絡解決方案

新技術為車輛帶來的眾多改變之一就是電子零部件的不斷增加，同時，帶有多種傳感器、執(zhí)行器、電子控制器的高級控制系統(tǒng)也對車用通訊技術提出了巨大需求。顯而易見，這些需求只能通過使用這種網(wǎng)絡解決方案來滿足，因為車內環(huán)境各不相同，所以，本文將介紹三種能滿足成本、安全性和通訊速度需求的主要通訊標準。

FlexRay

CAN -控制器局域網(wǎng)絡

LIN -本地互聯(lián)網(wǎng)絡

以上三種通訊標準在通訊速度和每個節(jié)點的成本方面的比較，見圖1

圖1： 主要汽車通訊協(xié)議

每個通訊標準都有各自的優(yōu)點和目標應用平臺：

FlexRay--高速度（每信道高達10 Mbps）、雙信道、時間觸發(fā)、強大的容錯協(xié)議，設計用作骨干網(wǎng)。一般的目標應用是所謂的X-by-wire（線控）概念。其目的是通過電子信號傳輸來替代傳統(tǒng)的制動踏板和制動器或方向盤和車輪之間的機械傳動。 CAN（控制器局域網(wǎng)）--中等速度（最高1Mbps）、單信道、雙線容錯協(xié)議，目前不僅在汽車業(yè)，還在許多工業(yè)應用中廣泛使用。CAN協(xié)議的目標應用可以包括電機控制、懸架控制和車內信息娛樂功能。 LIN-本地互聯(lián)網(wǎng)絡--低速（最高20kbps）、單線低成本協(xié)議，可用于終端節(jié)點應用。LIN的概念注定這種協(xié)議用于傳感器/執(zhí)行器中，一般用于低速通訊，即速度不是關鍵因素的應用中。

圖2是面向總線的汽車設計理念的一個例子。這種設計顯示三種通訊協(xié)議的共存。

圖2：總線車概念

LIN--本地互聯(lián)網(wǎng)絡

如上所述，LIN是一種低成本的單線串行通訊接口。它基于通用的UART/SCI接口，可以20 kbps的波特率保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。LIN總線一般應用于集成裝置，比如門、方向盤、座椅、溫度控制和發(fā)動機冷卻風扇等。在這些裝置中，LIN網(wǎng)絡對成本敏感的特性使其采用了一系列先進的機械電子裝置，如智能傳感器/執(zhí)行器。此外，通過用數(shù)字編碼代替模擬編碼，機械電子裝置可以輕松連接到車輛網(wǎng)絡系統(tǒng)，并易于進行各種診斷和維修，包括系統(tǒng)的重新編程和更新。

LIN協(xié)議的另一個主要特征是從節(jié)點中可以自動完成同步而無需晶振或陶瓷振蕩器。這一特性和基于SCI的通訊的簡便性是任何LIN實施提供經(jīng)濟高效性的主要因素。

操作基礎

LIN的操作概念基于一主多從的拓撲結構。在這種情況下，LIN集群（LIN 2.0版中LIN網(wǎng)絡的同義詞）包含一個主節(jié)點和幾個（多達15個）從節(jié)點。

圖3： 操作概念

如圖3所示，LIN節(jié)點實際上可以分成兩個獨立的部分：

主任務（Master task），負責決定何時傳輸哪個幀 從任務（Slave task），提供將通過LIN總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并允許通過節(jié)點從低功耗模式中喚醒LIN集群。

典型的主節(jié)點包含主任務和從任務，而從節(jié)點只包含從任務。

幀的組成

通過LIN總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單位叫作幀。每個幀包含兩個主要部分：

主任務提供的報頭。 從任務處理的響應。

圖4：LIN幀的組成

報頭包含以下幾個部分：

中斷（Break） - 至少13位長的LIN總線的主導狀態(tài)，由主任務產(chǎn)生，包含每個LIN幀。 同步字段（Synchronisation field） - 數(shù)據(jù)值在0x55的位字段，使從任務能與主時鐘同步。 受保護的識別符(PID) - 獨特地定義消息內容但不定義接收方的地址。PID以一個6位長的識別符開始，后面跟有兩個奇偶校驗位。

LIN幀的響應部分是節(jié)點的從任務提供的，可分為以下兩部分：

數(shù)據(jù)字段--傳輸1到8個字節(jié)的數(shù)據(jù)。 檢驗和字段--包含反向轉化的8個字節(jié)總和，包括后續(xù)(Carry Over)數(shù)據(jù)字節(jié)。

LIN幀的結構見圖5。

圖5：LIN幀結構

在LIN幀的響應部分傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內容有三種類型：

信號 - 響應的數(shù)據(jù)字段中包含的梯狀值或字節(jié)陣列。在這種情況下，幀的ID必須在0x00和 0x3B之間。注意，數(shù)據(jù)段中信號的位置對帶有相同 PID的幀來說是固定的。 診斷信息 - 用來傳輸診斷或配置數(shù)據(jù)。這些信息總是8位長，并帶有預留的ID號。0x3C ID用于主請求， 而0x3D 用于從響應。 保留信息 - 可用于用戶定義的擴展名 (這種情況下ID等于0x3E)或預留用于未來的協(xié)議改進（ID設為0x3F）。

主任務對報頭的傳輸基于集群的時間表。時間表規(guī)定了傳送幀的順序，以及當前和下一個幀之間的間隔。由于時間表的數(shù)量從理論上講沒有限制，所以可以定義幾個不同的時間表來滿足集群運行的不同需求。時間表概念是一個機制，有助于確保網(wǎng)絡不會過載，并確保有保證的數(shù)據(jù)傳輸。