LIN總線(xiàn)：汽車(chē)車(chē)身控制應用標準

　　加爾文制造公司(今摩托羅拉公司)在二十世紀三十年代推出車(chē)載收音機時(shí)，沒(méi)有幾個(gè)人能看清其未來(lái)。多年來(lái)這種收音機一直是唯一的車(chē)載電子組件。當今汽車(chē)中的信息娛樂(lè )系統僅僅是眾多電子控制系統之一：當今現代汽車(chē)中的電子控制單元(ECU)數量多達80種(如圖1所示)。汽車(chē)電子組件市場(chǎng)自然一直保持增長(cháng)勢頭，到2018年市值有望達到185億美元。

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

　　圖1：多個(gè)車(chē)載電子系統

　　汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )：

　　1983年，博世公司開(kāi)始開(kāi)發(fā)控制器局域網(wǎng)(CAN)總線(xiàn)，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(chē)總線(xiàn)標準，但是CAN仍然是最流行的標準。在CAN網(wǎng)絡(luò )中，所有節點(diǎn)(源于不同的ECU)都擔當主節點(diǎn)(即，不存在主從拓撲結構)，而且并不分配具體地址。而是由消息攜帶標識符。

　　在給定時(shí)間，多個(gè)節點(diǎn)可以同時(shí)向CAN總線(xiàn)發(fā)送數據。然后由消息標識符幫助確定消息的優(yōu)先級。最高優(yōu)先級的消息會(huì )使CAN總線(xiàn)進(jìn)入顯性狀態(tài)(dominant state)，而所有其他節點(diǎn)會(huì )停止發(fā)送。這些節點(diǎn)實(shí)際上是收發(fā)器，除發(fā)送消息之外，其可以根據特定功能從總線(xiàn)查找特定消息。因此，CAN總線(xiàn)所連接的不同節點(diǎn)之間會(huì )出現信息流。

　　由于CAN會(huì )進(jìn)行填充錯誤、誤碼、校驗和錯誤、誤幀以及應答錯誤等多項錯誤檢查， 因此具有高可靠性。CAN支持高達1Mbps的數據傳輸速率，從而成為連接汽車(chē)關(guān)鍵功能ECU(如：變速箱、溫度傳感器等)的默認選擇。

　　為什么選擇LIN?

　　但是，汽車(chē)電子的作用并非僅僅局限于這些關(guān)鍵單元。車(chē)身電子市場(chǎng)多年來(lái)一直在增長(cháng)。典型車(chē)身控制應用包括座椅、車(chē)窗、智能雨刷以及汽車(chē)空調傳感器等。對車(chē)身電子的關(guān)鍵要求是確保汽車(chē)更舒適、更安全。盡管這些系統可能不要求像關(guān)鍵ECU那樣的高安全性，但是它們仍然需要一定的汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )通信標準。

　　其所需不同網(wǎng)絡(luò )系統與類(lèi)型分類(lèi)如下：

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

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

　　- 安全關(guān)鍵應用需要具備可靠性和容錯的協(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(chē)窗、雨刷，甚至某些復雜的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(lèi)應用而言，由于OEM廠(chǎng)商采用其自有協(xié)議，因此OEM的供應商在沒(méi)有標準情況下設計不同系統會(huì )面臨一些難題，如：復雜性與費用。所以，不同汽車(chē)制造商在二十世紀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)現了此類(lèi)系統的聯(lián)網(wǎng)標準，其稱(chēng)為L(cháng)IN。

　　LIN與CAN對比：

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

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

　　- CAN的芯片級實(shí)現起來(lái)更復雜

　　- 采用雙線(xiàn)傳輸。

　　最重要的是，整個(gè)昂貴的架構對于不需要高可靠性和高數據速率的應用來(lái)說(shuō)過(guò)于奢侈。

　　上述種種缺陷促進(jìn)了對LIN網(wǎng)絡(luò )需求增長(cháng)。LIN總線(xiàn)的作用是補充而非替代CAN總線(xiàn)。它是一種支持汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )遠程以及非關(guān)鍵應用的低成本串行通信協(xié)議。與CAN不同，LIN采用主從拓撲結構。這種網(wǎng)絡(luò )一般包含一個(gè)主節點(diǎn)和多達16個(gè)從節點(diǎn)。所有通信均由主節點(diǎn)發(fā)起。由于所有節點(diǎn)都是由主節點(diǎn)進(jìn)行時(shí)鐘控制，因此只有主節點(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. 補充作用 – 如前所述，LIN的作用并非是替代而是補充CAN。此特性有助于CAN擴展到應用中的遠程分級子網(wǎng)。

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

　　3. 數據速率 –出于EMI控制原因，數據速率限速為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)主節點(diǎn)和多達16個(gè)從節點(diǎn)。所有消息均從主節點(diǎn)始發(fā)并且最多由1個(gè)從節點(diǎn)根據消息標識符做出響應。

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

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

　　7. 整體實(shí)現 – LIN比CAN的實(shí)現成本和復雜性更低。對于CAN，其每個(gè)節點(diǎn)都需要CAN接口、晶體和雙線(xiàn)連接。而LIN通過(guò)簡(jiǎn)單的串行通信模塊(SCB)和增強型ISO 9141接口便可工作，無(wú)需晶體，而且是采用單線(xiàn)連接。

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

　　表1：LIN與CAN對比