LIN總線：汽車車身控制應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

　　加爾文制造公司(今摩托羅拉公司)在二十世紀(jì)三十年代推出車載收音機(jī)時(shí)，沒有幾個(gè)人能看清其未來。多年來這種收音機(jī)一直是唯一的車載電子組件。當(dāng)今汽車中的信息娛樂系統(tǒng)僅僅是眾多電子控制系統(tǒng)之一：當(dāng)今現(xiàn)代汽車中的電子控制單元(ECU)數(shù)量多達(dá)80種(如圖1所示)。汽車電子組件市場自然一直保持增長勢頭，到2018年市值有望達(dá)到185億美元。

　　在最初幾年，汽車采用獨(dú)立自主電子系統(tǒng)。后來很快意識需要一種支持系統(tǒng)間相互通信的機(jī)制。這不僅催生出諸如能夠協(xié)調(diào)各個(gè)電子系統(tǒng)的串行通信信道(總線)等網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也促進(jìn)了汽車整體功能改進(jìn)。

　　圖1：多個(gè)車載電子系統(tǒng)

　　汽車網(wǎng)絡(luò)：

　　1983年，博世公司開始開發(fā)控制器局域網(wǎng)(CAN)總線，并且在1986年正式發(fā)布相關(guān)協(xié)議。目前有多種不同汽車總線標(biāo)準(zhǔn)，但是CAN仍然是最流行的標(biāo)準(zhǔn)。在CAN網(wǎng)絡(luò)中，所有節(jié)點(diǎn)(源于不同的ECU)都擔(dān)當(dāng)主節(jié)點(diǎn)(即，不存在主從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu))，而且并不分配具體地址。而是由消息攜帶標(biāo)識符。

　　在給定時(shí)間，多個(gè)節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)向CAN總線發(fā)送數(shù)據(jù)。然后由消息標(biāo)識符幫助確定消息的優(yōu)先級。最高優(yōu)先級的消息會使CAN總線進(jìn)入顯性狀態(tài)(dominant state)，而所有其他節(jié)點(diǎn)會停止發(fā)送。這些節(jié)點(diǎn)實(shí)際上是收發(fā)器，除發(fā)送消息之外，其可以根據(jù)特定功能從總線查找特定消息。因此，CAN總線所連接的不同節(jié)點(diǎn)之間會出現(xiàn)信息流。

　　由于CAN會進(jìn)行填充錯(cuò)誤、誤碼、校驗(yàn)和錯(cuò)誤、誤幀以及應(yīng)答錯(cuò)誤等多項(xiàng)錯(cuò)誤檢查， 因此具有高可靠性。CAN支持高達(dá)1Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，從而成為連接汽車關(guān)鍵功能ECU(如：變速箱、溫度傳感器等)的默認(rèn)選擇。

　　為什么選擇LIN?

　　但是，汽車電子的作用并非僅僅局限于這些關(guān)鍵單元。車身電子市場多年來一直在增長。典型車身控制應(yīng)用包括座椅、車窗、智能雨刷以及汽車空調(diào)傳感器等。對車身電子的關(guān)鍵要求是確保汽車更舒適、更安全。盡管這些系統(tǒng)可能不要求像關(guān)鍵ECU那樣的高安全性，但是它們?nèi)匀恍枰欢ǖ钠嚲W(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)。

　　其所需不同網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與類型分類如下：

　　- 常規(guī)車身與動(dòng)力總成應(yīng)用采用具有實(shí)時(shí)特性的協(xié)議，主要是需要CAN;

　　- 多媒體應(yīng)用需要更高的帶寬與速度，甚至需要無線互聯(lián)。所采用的網(wǎng)絡(luò)包括Bluetooth、MOST 或Firewire;

　　- 安全關(guān)鍵應(yīng)用需要具備可靠性和容錯(cuò)的協(xié)議。時(shí)間觸發(fā)CAN(TT-CAN)和FlexRay是其所采用的典型網(wǎng)絡(luò);

　　- 座椅、車窗、雨刷，甚至某些復(fù)雜的ECU中的智能傳感器及促動(dòng)器具有更低的通信需求。這些應(yīng)用通常采用定制OEM協(xié)議尋址，其通信并不需要采用CAN或FlexRay接口。

　　對于最后一類應(yīng)用而言，由于OEM廠商采用其自有協(xié)議，因此OEM的供應(yīng)商在沒有標(biāo)準(zhǔn)情況下設(shè)計(jì)不同系統(tǒng)會面臨一些難題，如：復(fù)雜性與費(fèi)用。所以，不同汽車制造商在二十世紀(jì)九十年代后期共同成立了LIN聯(lián)盟。該聯(lián)盟在2002年終于實(shí)現(xiàn)了此類系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，其稱為LIN。

　　LIN與CAN對比：

　　實(shí)現(xiàn)CAN比實(shí)現(xiàn)LIN的成本高。導(dǎo)致CAN成本更高的因素包括：

　　- CAN網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要時(shí)鐘發(fā)生器或晶體;

　　- CAN的芯片級實(shí)現(xiàn)起來更復(fù)雜

　　- 采用雙線傳輸。

　　最重要的是，整個(gè)昂貴的架構(gòu)對于不需要高可靠性和高數(shù)據(jù)速率的應(yīng)用來說過于奢侈。

　　上述種種缺陷促進(jìn)了對LIN網(wǎng)絡(luò)需求增長。LIN總線的作用是補(bǔ)充而非替代CAN總線。它是一種支持汽車網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程以及非關(guān)鍵應(yīng)用的低成本串行通信協(xié)議。與CAN不同，LIN采用主從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種網(wǎng)絡(luò)一般包含一個(gè)主節(jié)點(diǎn)和多達(dá)16個(gè)從節(jié)點(diǎn)。所有通信均由主節(jié)點(diǎn)發(fā)起。由于所有節(jié)點(diǎn)都是由主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行時(shí)鐘控制，因此只有主節(jié)點(diǎn)中需要精密時(shí)鐘。這是使LIN成本低于CAN的原因之一(CAN中的所有節(jié)點(diǎn)都需要采用晶體或精密時(shí)鐘發(fā)生器)。

　　LIN特性與優(yōu)勢：

　　LIN的主要特性與優(yōu)勢如下：

　　1. 補(bǔ)充作用 – 如前所述，LIN的作用并非是替代而是補(bǔ)充CAN。此特性有助于CAN擴(kuò)展到應(yīng)用中的遠(yuǎn)程分級子網(wǎng)。

　　2. 單線實(shí)現(xiàn) – LIN的低成本單線實(shí)現(xiàn)方案(不同于CAN的雙絞線實(shí)現(xiàn)方案)可以顯著降低成本。

　　3. 數(shù)據(jù)速率 –出于EMI控制原因，數(shù)據(jù)速率限速為20Kbps，這有助于保持網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

　　4. 廣播串行網(wǎng)絡(luò) – LIN網(wǎng)絡(luò)可以采用一個(gè)主節(jié)點(diǎn)和多達(dá)16個(gè)從節(jié)點(diǎn)。所有消息均從主節(jié)點(diǎn)始發(fā)并且最多由1個(gè)從節(jié)點(diǎn)根據(jù)消息標(biāo)識符做出響應(yīng)。

　　5. 自同步 – 無需晶體或諧振器，從而能夠大幅降低實(shí)現(xiàn)成本。

　　6. 等待時(shí)間 – LIN網(wǎng)絡(luò)可以提供保證等待時(shí)間，從而使其成為預(yù)測性更高的網(wǎng)絡(luò)。

　　7. 整體實(shí)現(xiàn) – LIN比CAN的實(shí)現(xiàn)成本和復(fù)雜性更低。對于CAN，其每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要CAN接口、晶體和雙線連接。而LIN通過簡單的串行通信模塊(SCB)和增強(qiáng)型ISO 9141接口便可工作，無需晶體，而且是采用單線連接。

　　表1提供LIN與CAN特性的快速對比，以幫助開發(fā)人員根據(jù)不同參數(shù)需求選擇網(wǎng)絡(luò)：

　　表1：LIN與CAN對比