未來(lái)汽車(chē)中的終端節點(diǎn)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(chē)的分布式電子系統和基于網(wǎng)絡(luò )的車(chē)輛概念中。

本文介紹了現行的LIN版本，即從原來(lái)的LIN1.3版升級而來(lái)的LIN 2.0，并介紹了LIN網(wǎng)絡(luò )的一些基本知識。作為實(shí)施LIN2.0的實(shí)例，本文還介紹了支持LIN的無(wú)刷直流電機（BLDC）發(fā)動(dòng)機風(fēng)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(kāi)發(fā)包。

車(chē)內網(wǎng)絡(luò )解決方案

新技術(shù)為車(chē)輛帶來(lái)的眾多改變之一就是電子零部件的不斷增加，同時(shí)，帶有多種傳感器、執行器、電子控制器的高級控制系統也對車(chē)用通訊技術(shù)提出了巨大需求。顯而易見(jiàn)，這些需求只能通過(guò)使用這種網(wǎng)絡(luò )解決方案來(lái)滿(mǎn)足，因為車(chē)內環(huán)境各不相同，所以，本文將介紹三種能滿(mǎn)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(luò )

LIN -本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )

以上三種通訊標準在通訊速度和每個(gè)節點(diǎn)的成本方面的比較，見(jiàn)圖1

圖1： 主要汽車(chē)通訊協(xié)議

每個(gè)通訊標準都有各自的優(yōu)點(diǎn)和目標應用平臺：

FlexRay--高速度（每信道高達10 Mbps）、雙信道、時(shí)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(xiàn)控）概念。其目的是通過(guò)電子信號傳輸來(lái)替代傳統的制動(dòng)踏板和制動(dòng)器或方向盤(pán)和車(chē)輪之間的機械傳動(dòng)。 CAN（控制器局域網(wǎng)）--中等速度（最高1Mbps）、單信道、雙線(xiàn)容錯協(xié)議，目前不僅在汽車(chē)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(chē)內信息娛樂(lè )功能。 LIN-本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )--低速（最高20kbps）、單線(xiàn)低成本協(xié)議，可用于終端節點(diǎn)應用。LIN的概念注定這種協(xié)議用于傳感器/執行器中，一般用于低速通訊，即速度不是關(guān)鍵因素的應用中。

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

圖2：總線(xiàn)車(chē)概念

LIN--本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )

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

LIN協(xié)議的另一個(gè)主要特征是從節點(diǎn)中可以自動(dòng)完成同步而無(wú)需晶振或陶瓷振蕩器。這一特性和基于SCI的通訊的簡(jiǎn)便性是任何LIN實(shí)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(luò )的同義詞）包含一個(gè)主節點(diǎn)和幾個(gè)（多達15個(gè)）從節點(diǎn)。

圖3： 操作概念

如圖3所示，LIN節點(diǎn)實(shí)際上可以分成兩個(gè)獨立的部分：

主任務(wù)（Master task），負責決定何時(shí)傳輸哪個(gè)幀 從任務(wù)（Slave task），提供將通過(guò)LIN總線(xiàn)傳輸的數據，并允許通過(guò)節點(diǎn)從低功耗模式中喚醒LIN集群。

典型的主節點(diǎn)包含主任務(wù)和從任務(wù)，而從節點(diǎn)只包含從任務(wù)。

幀的組成

通過(guò)LIN總線(xiàn)傳輸的數據單位叫作幀。每個(gè)幀包含兩個(gè)主要部分：

主任務(wù)提供的報頭。 從任務(wù)處理的響應。

圖4：LIN幀的組成

報頭包含以下幾個(gè)部分：

中斷（Break） - 至少13位長(cháng)的LIN總線(xiàn)的主導狀態(tài)，由主任務(wù)產(chǎn)生，包含每個(gè)LIN幀。 同步字段（Synchronisation field） - 數據值在0x55的位字段，使從任務(wù)能與主時(shí)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(gè)6位長(cháng)的識別符開(kāi)始，后面跟有兩個(gè)奇偶校驗位。

LIN幀的響應部分是節點(diǎn)的從任務(wù)提供的，可分為以下兩部分：

數據字段--傳輸1到8個(gè)字節的數據。 檢驗和字段--包含反向轉化的8個(gè)字節總和，包括后續(Carry Over)數據字節。

LIN幀的結構見(jiàn)圖5。

圖5：LIN幀結構

在LIN幀的響應部分傳輸的數據內容有三種類(lèi)型：

信號 - 響應的數據字段中包含的梯狀值或字節陣列。在這種情況下，幀的ID必須在0x00和 0x3B之間。注意，數據段中信號的位置對帶有相同 PID的幀來(lái)說(shuō)是固定的。 診斷信息 - 用來(lái)傳輸診斷或配置數據。這些信息總是8位長(cháng)，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(hù)定義的擴展名 (這種情況下ID等于0x3E)或預留用于未來(lái)的協(xié)議改進(jìn)（ID設為0x3F）。

主任務(wù)對報頭的傳輸基于集群的時(shí)間表。時(shí)間表規定了傳送幀的順序，以及當前和下一個(gè)幀之間的間隔。由于時(shí)間表的數量從理論上講沒(méi)有限制，所以可以定義幾個(gè)不同的時(shí)間表來(lái)滿(mǎn)足集群運行的不同需求。時(shí)間表概念是一個(gè)機制，有助于確保網(wǎng)絡(luò )不會(huì )過(guò)載，并確保有保證的數據傳輸。