LIN網(wǎng)絡(luò )技術(shù)與汽車(chē)電子控制

2004年6月B版

摘  要:LIN是一種串行通信協(xié)議，它作為現有汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )在功能上的一種補充，可有效地支持汽車(chē)應用中分布式機械電子節點(diǎn)的控制，且質(zhì)量高、成本低、標準化，因此倍受汽車(chē)制造商以及供應商的青睞。本文重點(diǎn)介紹LIN的基本概念及其在汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )全套解決方案中的應用及LIN接口設計。

關(guān)鍵詞: LIN; CAN;  MCU;  MC33399; EMI

引言

　　LIN(Local Interconnect Network)是由汽車(chē)廠(chǎng)商專(zhuān)門(mén)為汽車(chē)開(kāi)發(fā)的一種低成本串行通信網(wǎng)絡(luò )，用于實(shí)現汽車(chē)中的分布式電子系統控制。其主要目的是為現有汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )CAN(Control Area Network)提供輔助功能，目標用于低端系統，無(wú)需CAN的性能、帶寬以及復雜性?？梢哉f(shuō)LIN是一種輔助的總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。在不需要CAN 總線(xiàn)的帶寬和多功能的場(chǎng)合，諸如智能傳感器和制動(dòng)裝置之間的通信，使用LIN總線(xiàn)可大大降低成本。LIN的標準化簡(jiǎn)化了現存的多種多點(diǎn)解決方案，且可以降低在汽車(chē)電子領(lǐng)域中的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、服務(wù)和后勤成本。LIN也因此在汽車(chē)及其它工業(yè)領(lǐng)域的分布式控制中得到廣泛應用。

LIN總線(xiàn)

　　在LIN技術(shù)規范中，除定義了基本協(xié)議和物理層外，還定義了開(kāi)發(fā)工具和應用軟件接口。LIN通訊基于SCI(UART)數據格式，采用單主控制器，多從設備的模式。僅使用一根12V信號總線(xiàn)，和一個(gè)無(wú)固定時(shí)間基準的節點(diǎn)同步時(shí)鐘線(xiàn)。這種低成本的串行通信模式和相應的開(kāi)發(fā)環(huán)境目前已由LIN協(xié)會(huì )制定成標準。

LIN網(wǎng)絡(luò )的特性

LIN總線(xiàn)主要特性如下：

LIN的通信規則

　　一個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò )通常由一個(gè)主節點(diǎn)、一個(gè)或多個(gè)從節點(diǎn)組成。所有節點(diǎn)都有一個(gè)從通訊任務(wù)，該通信任務(wù)分為發(fā)送任務(wù)和接收任務(wù)。主節點(diǎn)除此之外還有一個(gè)主發(fā)送任務(wù)。一個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò )上的通訊總是由主發(fā)送任務(wù)所發(fā)起的。主控制器發(fā)送一個(gè)起始報文，該起始報文由同步斷點(diǎn)、同步字、消息標志符所組成。相應的，在接收并且濾除消息標志符后，一個(gè)從任務(wù)被激活并且開(kāi)始消息的應答傳輸。該應答由2/4/8個(gè)數據字節和一個(gè)校驗碼所組成。起始報文和應答部分構成一個(gè)完整的報文幀。通常由報文標志符指示該報文的組成。這種通訊規則可以用多種方式來(lái)交換數據，可以由主節點(diǎn)到一個(gè)或多個(gè)從節點(diǎn)，也可以由一個(gè)從節點(diǎn)到主節點(diǎn)或其它的從節點(diǎn)。通信信號可以在從節點(diǎn)之間傳播，而不經(jīng)過(guò)主節點(diǎn)，或者主節點(diǎn)廣播消息到網(wǎng)絡(luò )中的所有節點(diǎn)，報文幀的時(shí)序受主控制器控制。圖1為L(cháng)IN的網(wǎng)絡(luò )結構和報文組成示意圖。

LIN的報文幀結構

　　報文傳輸是由報文幀的格式形成和控制的，報文幀由主機任務(wù)向從機任務(wù)傳送同步和標識符信息，并將一個(gè)從機任務(wù)的信息傳送到所有的其它從機任務(wù)。主機任務(wù)位于主機節點(diǎn)內部，負責報文的進(jìn)度表，發(fā)送報文頭。從機任務(wù)位于所有的(即主機或從機)節點(diǎn)間，其中一個(gè)(主機節點(diǎn)或從機節點(diǎn))發(fā)送報文的響應。報文幀結構如圖2所示，一個(gè)報文幀由一個(gè)主機節點(diǎn)發(fā)送的報文頭和一個(gè)主機或從機節點(diǎn)發(fā)送的響應組成。報文幀的報文頭包括一個(gè)同步間隔場(chǎng)、一個(gè)同步場(chǎng)和一個(gè)標識符場(chǎng)。報文幀的響應則由3個(gè)到9個(gè)字節場(chǎng)組成：2、4或8字節數據場(chǎng)和1個(gè)校驗和場(chǎng)。

LIN網(wǎng)絡(luò )在汽車(chē)電子控制解決方案中的應用

　　在汽車(chē)電子控制單元的設計中應該首先考慮的是安全問(wèn)題，所以對于那些關(guān)鍵控制部分如：汽車(chē)發(fā)動(dòng)機、自動(dòng)變速箱、剎車(chē)裝置、安全氣囊等單元應該采用分散式控制；而對于那些與安全無(wú)關(guān)的單元比如：汽車(chē)的門(mén)窗、方向盤(pán)、座椅、空調、照明、濕度傳感器、交流發(fā)電機控制單元等，出于成本的考慮可以采用CAN與LIN混合的集中控制方式。對于這些成本比較敏感的單元，LIN可以使那些機械元件，如智能傳感器、制動(dòng)器或光敏器件得到較廣泛的應用。這些器件可以很容易地連接到汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )中，并得到十分方便的維護和服務(wù)。在LIN實(shí)現的系統中，通常將模擬信號量用數字信號量所替換，這將使總線(xiàn)性能得到優(yōu)化。圖3是 LIN在汽車(chē)車(chē)身控制網(wǎng)絡(luò )解決方案中的應用。

　　圖中CAN總線(xiàn)連接了傳動(dòng)裝置控制單元、燈控單元、門(mén)控單元、座椅控制單元以及儀表系控制單元等。而LIN總線(xiàn)構成的LIN網(wǎng)絡(luò )作為CAN網(wǎng)絡(luò )的輔助網(wǎng)絡(luò )，連接了車(chē)門(mén)窗控制單元、雨刷控制單元、天線(xiàn)控制單元等低速設備?？梢钥闯?，作為CAN網(wǎng)絡(luò )的輔助網(wǎng)絡(luò )，目標應用主要在低端系統，不需要CAN的性能、帶寬及復雜性。與CAN相比使系統成本更低。

　　盡管LIN最初的設計目的是應用于汽車(chē)電子控制系統，由于其特有的性能，LIN也正廣泛應用于工業(yè)化傳感器總線(xiàn)、民用消費電子產(chǎn)品中。

LIN總線(xiàn)與MCU的接口設計

　　一般的微控制器MCU (Microcontroller Unit)的LIN總線(xiàn)是通過(guò)其SCI 串行通訊接口經(jīng)過(guò)一個(gè)LIN總線(xiàn)接口芯片來(lái)實(shí)現的。MC33399就是Motorola公司專(zhuān)為汽車(chē)輔助總線(xiàn)LIN的應用而設計的物理層器件，它適應于LIN的規范，它的內部結構可參見(jiàn)圖4，MC33399的主要特性如下：通信速率從1kB/S~20kB/S；正常工作電壓8~18VDC；有正常與睡眠兩種工作模式，無(wú)源節點(diǎn)不會(huì )打擾網(wǎng)絡(luò )，非常低的睡眠待機電流，與MCU的接口可控制外部電壓調節器，LIN BUS極限電壓完全同LIN協(xié)議特性參數兼容，它可從LIN總線(xiàn)、MCU命令和高壓?jiǎn)拘演斎氡粏拘?，內部有上拉電阻，較高的電磁兼容免疫性能?？偩€(xiàn)回轉率控制根據LIN協(xié)議規范(推薦值為2V。US)。如果采用MC33399 LIN總線(xiàn)物理接口電路實(shí)現微處理器MCU的LIN總線(xiàn)接口設計，那么它們在車(chē)輛控制之中的接口設計如圖-4所示。MC33399的RXD和TXD分別與MCU的SCI連接，其使能端EN與MCU的任意一個(gè)I/O線(xiàn)連接并受MCU的控制。VSUP接電瓶正極，WAKE受一個(gè)外部開(kāi)關(guān)控制，INH控制MCU的電源調節器。LIN端搭接LIN sub bus輔助總線(xiàn)。

結語(yǔ)

　　LIN 是一個(gè)值得投資的總線(xiàn)通信，它不要求有CAN 的帶寬和多功能性。線(xiàn)驅動(dòng)器接收器的規范遵從ISO 9141 標準， 而且EMI 性能有所提高。目前由汽車(chē)廠(chǎng)商和半導體廠(chǎng)商共同組成的團體FlexRay Consortium，正致力于為未來(lái)的汽車(chē)開(kāi)發(fā)更高速的、具有容錯性的、支持分布式控制系統的總線(xiàn)“X-by-Wire”，X-by-Wire的通信速率將達到10M。屆時(shí)，X-by-Wire將配合CAN、LIN一起組成整個(gè)汽車(chē)的通信控制網(wǎng)絡(luò )?！?/P>

參考文獻

1.J.W.Specks,A,Rajnak,;LIN----Protocol, Development Tools,  and Software Interface  for  Local   Interconnect Network Vehicle, 9th Congresson Electronic System forVechlie,Baden-Baden,Germany,Oct ,5/6,2000.

2.LINProtocolSpecification,Version 1.2 ,17 november 2000.

3. www.lin-subbus.or  MC33399