LIN總線技術及其應用研究

摘要：本地互聯(lián)網(wǎng)絡LIN總線是一種結(jié)構簡單、配置靈活的新型串行通信網(wǎng)絡。主要用于實現(xiàn)汽車內(nèi)部諸多電子控制單元之間的通信,為目前在汽車行業(yè)內(nèi)廣泛使用的現(xiàn)場總線提供輔助功能，即作為子網(wǎng)絡。本文認為在一些對通信速率要求不高的工業(yè)及家用電器領域完全可以使用并推廣該總線技術。

關鍵詞：LIN總線；串行通訊；主從節(jié)點；工業(yè)應用

引言

　　LIN 本地互聯(lián)網(wǎng)絡是一種將開關、顯示器、傳感器及執(zhí)行器等簡單控制設備連接起來的串行通信網(wǎng)絡，主要用于實現(xiàn)汽車中的分布式電子系統(tǒng)控制。因其主要目標是為汽車網(wǎng)絡(如CAN總線)提供輔助功能，因此通常作為子網(wǎng)絡，用于一些不需要諸如CAN總線的帶寬和多功能的場合，比如智能傳感器和制動裝置之間的通信。使用LIN總線可大大節(jié)省成本，該低成本的串行通信模式和相應的開發(fā)環(huán)境已經(jīng)由LIN協(xié)會制定成標準，為汽車制造商以及供應商在研發(fā)、應用電子產(chǎn)品方面降低成本。但是，LIN的應用并不局限于汽車領域，在諸如工業(yè)控制領域也理所應當占有廣闊的應用地位和前景。

　　LIN 總線的技術特點包括：⑴單主機，多從機結(jié)構(沒有總線仲裁)；⑵基于普通UART/ SCI 接口的低成本硬件、低成本軟件或作為純狀態(tài)機；⑶帶時間同步的多點廣播接收，從節(jié)點無需石英或陶瓷振蕩器；⑷確定性的信號傳輸；⑸低成本的單線實現(xiàn)；⑹速率可達20 kbit/s；⑺總線長度≤40m；⑻保證信號傳輸?shù)难舆t時間；⑼可選的數(shù)據(jù)場長度0~8bytes；⑽靈活性的配置；⑾數(shù)據(jù)校驗和的安全性和錯誤檢測；⑿網(wǎng)絡中故障節(jié)點的檢測；⒀使用最小成本的半導體元件(小尺寸,單芯片系統(tǒng))；⒁不需改變LIN從節(jié)點的硬件和軟件即可在網(wǎng)絡上增加節(jié)點；⒂ 通常一個LIN 網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)小于16 個。

LIN2.0總線技術

　　LIN2.0版本反映了LIN協(xié)會的定義趨勢，通過比較LIN1.3和LIN2.0規(guī)范，可看到最重大的兩個變化是對于配置和診斷的標準化支持，以及指定節(jié)點能力文件，這都是為了要簡化現(xiàn)有節(jié)點的使用。LIN工作原理是基于單主/多從概念。在一個LIN簇中，由一個主節(jié)點以及數(shù)個從節(jié)點構成。主節(jié)點由主機任務和從機任務組成。而所有其他的節(jié)點只包含從機任務。圖1所示為典型的LIN簇，即一個主節(jié)點，兩個從節(jié)點。主機任務決定何時以及傳送哪一幀，而從機任務則傳送幀數(shù)據(jù)。
　
圖1單主多從原理圖

　　LIN2.0報文幀由幀頭和幀響應組成，其中幀頭由主機任務傳送，幀響應由從機任務傳送。每個報文幀都包含2、4、8字節(jié)的數(shù)據(jù)。報文幀的結(jié)構由一個同步間隔域(Break)以及隨后的4至11個字節(jié)域(byte field)構成，如圖2所示。
　
圖2 LIN報文幀結(jié)構及字節(jié)域結(jié)構

表1 LIN總線和CAN總線性能比較

同步間隔域

　　同步間隔域可看作是一中斷，用來表示一個新報文幀的開始，由主節(jié)點中的主機任務在LIN總線上產(chǎn)生至少13位顯性狀態(tài)，其中包含起始位和同步界定符。

　　·同步域：其格式為0x55，表現(xiàn)為8個位定時中有5個下降沿。

　　·保護識別符：用于描述報文數(shù)據(jù)的含義，一個保護識別符域由兩個子域組成：其中第0位到第5位是識別符位，第6和第7位是奇偶校驗位。識別符共6位，取值范圍為0至63。識別符可分為4類：
　　　　
　　0到59(0x3b)用于信號傳輸?shù)膱笪膸?/p>

　　60(0x3c)和61(0x3d)用于傳送診斷數(shù)據(jù)；

　　62(0x3e)為留給用戶的擴展幀；
　
　　63(0x3f)為保留用于以后協(xié)議增訂使用。

　　·數(shù)據(jù)域：一個報文幀可以“攜帶”0到8字節(jié)的數(shù)據(jù)。

　　·校驗和：校驗和等于數(shù)據(jù)域所有字節(jié)的和的取反。對于只計算數(shù)據(jù)域所有字節(jié)的校驗和，稱為傳統(tǒng)校驗和。如果校驗和要將保護識別符和數(shù)據(jù)域所有字節(jié)一起計算，則稱為增強性校驗和。

表1  LIN總線和CAN總線性能比較
　
　　由表1可見，LIN總線的整體性能要比CAN差很多，但LIN總線較CAN總線的最大優(yōu)勢在于實現(xiàn)成本比較低，由于LIN面向的是并不需要CAN的性能、帶寬及復雜性的低端系統(tǒng)，因此在這些場合中LIN有較為廣泛的應用。
　
圖3  UJA1023配置流程圖