LIN總線及其在汽車分級(jí)制網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

1、引言

總線通訊技術(shù)自20世紀(jì)80年代開始應(yīng)用在汽車上之后[1]，便在電子技術(shù)和汽車技術(shù)的推動(dòng)下飛速發(fā)展，目前已形成了適用于不同場(chǎng)合的多種汽車總線標(biāo)準(zhǔn)，如MOST、CAN、TTP、LIN等。汽車總線中通訊節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)流量持續(xù)增加，節(jié)點(diǎn)日益復(fù)雜，使得汽車總線在重量、布置、成本、通信效率等方面面臨困境，走出這一困境的出路在于實(shí)行汽車總線的網(wǎng)絡(luò)化和分級(jí)制。A類總線——局域互連網(wǎng)LIN（LocalInterconnectNetwork）因此應(yīng)運(yùn)而生。LIN是一種結(jié)構(gòu)

簡單、配置靈活、成本低廉的新型低速串行總線，主要用作CAN等高速總線的輔助網(wǎng)絡(luò)或子網(wǎng)絡(luò)。在帶寬要求不高、功能簡單、實(shí)時(shí)性要求低的場(chǎng)合，如車身電器的控制等方面，使用LIN總線，可有效的簡化網(wǎng)絡(luò)線束、降低成本、提高網(wǎng)絡(luò)通訊效率和可靠性。

2、汽車網(wǎng)絡(luò)

目前有分別適用發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤控制、車身電器控制、車載多媒體等不同場(chǎng)合的多種汽車總線標(biāo)準(zhǔn)。SAE（SocietyofAutomotiveEngineering）按傳輸速度的不同將汽車網(wǎng)絡(luò)總線分為三類，如表1所示。

表一汽車網(wǎng)絡(luò)分類



A類總線協(xié)議有許多種，然而長久以來卻沒有一種協(xié)議能成為該領(lǐng)域的通用標(biāo)準(zhǔn)。1998年Audi、Motorola、BMW、DaimlerChrysler、VCT、Volvo和Volkswagen七家公司聯(lián)合成立了LIN協(xié)會(huì)，在潛心研究A類總線的基礎(chǔ)上提出了新型A類總線——LIN，該總線一經(jīng)面世，即以其低廉的成本優(yōu)異的性能廣為各大廠商所接受，有望成為A類總線的國際標(biāo)準(zhǔn)。

3、LIN

LIN總線基于SCI/UART數(shù)據(jù)格式，采用單主機(jī)多從機(jī)模式，總線僅由三根導(dǎo)線組成（電源、地線和數(shù)據(jù)線），LIN總線的驅(qū)動(dòng)/接收器規(guī)范遵從ISO9141標(biāo)準(zhǔn)，且EMI性能有所提高。LIN在硬件和軟件上保證了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的互操作性，并可預(yù)測(cè)EMC。

LIN的主要特點(diǎn)：成本低，基于通用UART/SCI接口，幾乎所有微控制器都具備LIN必需的硬件；極少的信號(hào)線就可實(shí)現(xiàn)ISO9141標(biāo)準(zhǔn)；傳輸速率最高可達(dá)20Kb/s，最大總線長度40m；單主機(jī)/多從機(jī)模式，無需總線仲裁；從機(jī)節(jié)點(diǎn)不需石英或陶瓷振蕩器就能實(shí)現(xiàn)自同步；保證信號(hào)傳輸?shù)难舆t時(shí)間；不需要改變LIN從機(jī)節(jié)點(diǎn)的硬件和軟件就可以在網(wǎng)絡(luò)上增加或刪除節(jié)點(diǎn)等。

LIN總線規(guī)范的初始版本LIN1.0由LIN協(xié)會(huì)在1999年7月發(fā)布，后幾經(jīng)修訂，現(xiàn)行版本為LIN協(xié)會(huì)在2003年9月發(fā)布的LIN2.0。LIN規(guī)范包括傳輸協(xié)議規(guī)范、傳輸媒介、開發(fā)工具接口和軟件程序編制接口。LIN的規(guī)范化將改變低端汽車網(wǎng)絡(luò)雜亂的現(xiàn)狀，并將降低汽車電子設(shè)備的開發(fā)、生產(chǎn)、服務(wù)和維護(hù)成本

3、1LIN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

LIN采用單主機(jī)多從機(jī)模式，一個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)主機(jī)節(jié)點(diǎn)和若干個(gè)從機(jī)節(jié)點(diǎn)。

（由于過多節(jié)點(diǎn)將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)阻抗過低，一個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)總數(shù)不宜超過16。）主機(jī)節(jié)點(diǎn)既包括主機(jī)任務(wù)也包括從機(jī)任務(wù)，從機(jī)節(jié)點(diǎn)都只包括從機(jī)任務(wù)，如圖1所示。主機(jī)節(jié)點(diǎn)也可以通過網(wǎng)關(guān)和其他總線如CAN連接。



3、2LIN數(shù)據(jù)傳輸

LIN總線中數(shù)據(jù)借助報(bào)文幀來傳輸，報(bào)文幀由報(bào)文頭和響應(yīng)組成。

報(bào)文頭只能由主機(jī)任務(wù)發(fā)送，它包括同步間隔場(chǎng)、同步場(chǎng)和標(biāo)識(shí)符場(chǎng)三個(gè)部分。同步間隔場(chǎng)為至少13個(gè)連續(xù)的顯性位（低電平），它標(biāo)志著一個(gè)報(bào)文幀的開始。其后為同步場(chǎng)，同步場(chǎng)邏輯值為0x55，從機(jī)節(jié)點(diǎn)利用同步場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)與主機(jī)節(jié)點(diǎn)的同步。標(biāo)識(shí)符場(chǎng)緊跟在同步場(chǎng)之后，長度為一個(gè)字節(jié)。標(biāo)識(shí)符場(chǎng)中低6位為標(biāo)識(shí)符位，共可組成64個(gè)標(biāo)識(shí)符，其中60個(gè)用作一般報(bào)文傳輸、兩個(gè)用作診斷幀、一個(gè)用作用戶定義幀、一個(gè)留作LIN擴(kuò)展用。標(biāo)識(shí)符后兩位為奇偶校驗(yàn)位。

標(biāo)識(shí)符指出當(dāng)前幀的內(nèi)容，從機(jī)節(jié)點(diǎn)據(jù)此來確定自己是否應(yīng)該對(duì)當(dāng)前幀做出響應(yīng)、做出何種響應(yīng)。

響應(yīng)由從機(jī)任務(wù)發(fā)送，它由數(shù)據(jù)場(chǎng)和校驗(yàn)和場(chǎng)組成。數(shù)據(jù)場(chǎng)由報(bào)文幀所攜帶的數(shù)據(jù)組成，長度為一到八個(gè)字節(jié)。報(bào)文幀的最后為校驗(yàn)和場(chǎng)，長度為一字節(jié)，LIN1.3及其以前的規(guī)范版本中規(guī)定校驗(yàn)和場(chǎng)僅對(duì)數(shù)據(jù)場(chǎng)作校驗(yàn)，稱為傳統(tǒng)校驗(yàn)和，LIN2.0規(guī)范中規(guī)定校驗(yàn)和場(chǎng)校驗(yàn)范圍包括數(shù)據(jù)場(chǎng)和標(biāo)識(shí)符場(chǎng)，稱為增強(qiáng)校驗(yàn)和。