LIN總線(xiàn)及其在汽車(chē)分級制網(wǎng)絡(luò )中的應用

1、引言

總線(xiàn)通訊技術(shù)自20世紀80年代開(kāi)始應用在汽車(chē)上之后[1]，便在電子技術(shù)和汽車(chē)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(chē)總線(xiàn)標準，如MOST、CAN、TTP、LIN等。汽車(chē)總線(xiàn)中通訊節點(diǎn)和數據流量持續增加，節點(diǎn)日益復雜，使得汽車(chē)總線(xiàn)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(chē)總線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò )化和分級制。A類(lèi)總線(xiàn)——局域互連網(wǎng)LIN（LocalInterconnectNetwork）因此應運而生。LIN是一種結構

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

2、汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )

目前有分別適用發(fā)動(dòng)機和底盤(pán)控制、車(chē)身電器控制、車(chē)載多媒體等不同場(chǎng)合的多種汽車(chē)總線(xiàn)標準。SAE（SocietyofAutomotiveEngineering）按傳輸速度的不同將汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)分為三類(lèi)，如表1所示。

表一汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )分類(lèi)



A類(lèi)總線(xiàn)協(xié)議有許多種，然而長(cháng)久以來(lái)卻沒(méi)有一種協(xié)議能成為該領(lǐng)域的通用標準。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(lèi)總線(xiàn)的基礎上提出了新型A類(lèi)總線(xiàn)——LIN，該總線(xiàn)一經(jīng)面世，即以其低廉的成本優(yōu)異的性能廣為各大廠(chǎng)商所接受，有望成為A類(lèi)總線(xiàn)的國際標準。

3、LIN

LIN總線(xiàn)基于SCI/UART數據格式，采用單主機多從機模式，總線(xiàn)僅由三根導線(xiàn)組成（電源、地線(xiàn)和數據線(xiàn)），LIN總線(xiàn)的驅動(dòng)/接收器規范遵從ISO9141標準，且EMI性能有所提高。LIN在硬件和軟件上保證了網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的互操作性，并可預測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；極少的信號線(xiàn)就可實(shí)現ISO9141標準；傳輸速率最高可達20Kb/s，最大總線(xiàn)長(cháng)度40m；單主機/多從機模式，無(wú)需總線(xiàn)仲裁；從機節點(diǎn)不需石英或陶瓷振蕩器就能實(shí)現自同步；保證信號傳輸的延遲時(shí)間；不需要改變LIN從機節點(diǎn)的硬件和軟件就可以在網(wǎng)絡(luò )上增加或刪除節點(diǎn)等。

LIN總線(xiàn)規范的初始版本LIN1.0由LIN協(xié)會(huì )在1999年7月發(fā)布，后幾經(jīng)修訂，現行版本為L(cháng)IN協(xié)會(huì )在2003年9月發(fā)布的LIN2.0。LIN規范包括傳輸協(xié)議規范、傳輸媒介、開(kāi)發(fā)工具接口和軟件程序編制接口。LIN的規范化將改變低端汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )雜亂的現狀，并將降低汽車(chē)電子設備的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、服務(wù)和維護成本

3、1LIN拓撲結構

LIN采用單主機多從機模式，一個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò )包括一個(gè)主機節點(diǎn)和若干個(gè)從機節點(diǎn)。

（由于過(guò)多節點(diǎn)將導致網(wǎng)絡(luò )阻抗過(guò)低，一個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò )中節點(diǎn)總數不宜超過(guò)16。）主機節點(diǎn)既包括主機任務(wù)也包括從機任務(wù)，從機節點(diǎn)都只包括從機任務(wù)，如圖1所示。主機節點(diǎn)也可以通過(guò)網(wǎng)關(guān)和其他總線(xiàn)如CAN連接。



3、2LIN數據傳輸

LIN總線(xiàn)中數據借助報文幀來(lái)傳輸，報文幀由報文頭和響應組成。

報文頭只能由主機任務(wù)發(fā)送，它包括同步間隔場(chǎng)、同步場(chǎng)和標識符場(chǎng)三個(gè)部分。同步間隔場(chǎng)為至少13個(gè)連續的顯性位（低電平），它標志著(zhù)一個(gè)報文幀的開(kāi)始。其后為同步場(chǎng)，同步場(chǎng)邏輯值為0x55，從機節點(diǎn)利用同步場(chǎng)來(lái)實(shí)現與主機節點(diǎn)的同步。標識符場(chǎng)緊跟在同步場(chǎng)之后，長(cháng)度為一個(gè)字節。標識符場(chǎng)中低6位為標識符位，共可組成64個(gè)標識符，其中60個(gè)用作一般報文傳輸、兩個(gè)用作診斷幀、一個(gè)用作用戶(hù)定義幀、一個(gè)留作LIN擴展用。標識符后兩位為奇偶校驗位。

標識符指出當前幀的內容，從機節點(diǎn)據此來(lái)確定自己是否應該對當前幀做出響應、做出何種響應。

響應由從機任務(wù)發(fā)送，它由數據場(chǎng)和校驗和場(chǎng)組成。數據場(chǎng)由報文幀所攜帶的數據組成，長(cháng)度為一到八個(gè)字節。報文幀的最后為校驗和場(chǎng)，長(cháng)度為一字節，LIN1.3及其以前的規范版本中規定校驗和場(chǎng)僅對數據場(chǎng)作校驗，稱(chēng)為傳統校驗和，LIN2.0規范中規定校驗和場(chǎng)校驗范圍包括數據場(chǎng)和標識符場(chǎng)，稱(chēng)為增強校驗和。