LIN總線(xiàn)技術(shù)及其應用研究

摘要：本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )LIN總線(xiàn)是一種結構簡(jiǎn)單、配置靈活的新型串行通信網(wǎng)絡(luò )。主要用于實(shí)現汽車(chē)內部諸多電子控制單元之間的通信,為目前在汽車(chē)行業(yè)內廣泛使用的現場(chǎng)總線(xiàn)提供輔助功能，即作為子網(wǎng)絡(luò )。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(lǐng)域完全可以使用并推廣該總線(xiàn)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：LIN總線(xiàn)；串行通訊；主從節點(diǎn)；工業(yè)應用

引言

　　LIN 本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )是一種將開(kāi)關(guān)、顯示器、傳感器及執行器等簡(jiǎn)單控制設備連接起來(lái)的串行通信網(wǎng)絡(luò )，主要用于實(shí)現汽車(chē)中的分布式電子系統控制。因其主要目標是為汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )(如CAN總線(xiàn))提供輔助功能，因此通常作為子網(wǎng)絡(luò )，用于一些不需要諸如CAN總線(xiàn)的帶寬和多功能的場(chǎng)合，比如智能傳感器和制動(dòng)裝置之間的通信。使用LIN總線(xiàn)可大大節省成本，該低成本的串行通信模式和相應的開(kāi)發(fā)環(huán)境已經(jīng)由LIN協(xié)會(huì )制定成標準，為汽車(chē)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(chē)領(lǐng)域，在諸如工業(yè)控制領(lǐng)域也理所應當占有廣闊的應用地位和前景。

　　LIN 總線(xiàn)的技術(shù)特點(diǎn)包括：⑴單主機，多從機結構(沒(méi)有總線(xiàn)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(shí)間同步的多點(diǎn)廣播接收，從節點(diǎn)無(wú)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(xiàn)實(shí)現；⑹速率可達20 kbit/s；⑺總線(xiàn)長(cháng)度≤40m；⑻保證信號傳輸的延遲時(shí)間；⑼可選的數據場(chǎng)長(cháng)度0~8bytes；⑽靈活性的配置；⑾數據校驗和的安全性和錯誤檢測；⑿網(wǎng)絡(luò )中故障節點(diǎn)的檢測；⒀使用最小成本的半導體元件(小尺寸,單芯片系統)；⒁不需改變LIN從節點(diǎn)的硬件和軟件即可在網(wǎng)絡(luò )上增加節點(diǎn)；⒂ 通常一個(gè)LIN 網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)數小于16 個(gè)。

LIN2.0總線(xiàn)技術(shù)

　　LIN2.0版本反映了LIN協(xié)會(huì )的定義趨勢，通過(guò)比較LIN1.3和LIN2.0規范，可看到最重大的兩個(gè)變化是對于配置和診斷的標準化支持，以及指定節點(diǎn)能力文件，這都是為了要簡(jiǎn)化現有節點(diǎn)的使用。LIN工作原理是基于單主/多從概念。在一個(gè)LIN簇中，由一個(gè)主節點(diǎn)以及數個(gè)從節點(diǎn)構成。主節點(diǎn)由主機任務(wù)和從機任務(wù)組成。而所有其他的節點(diǎn)只包含從機任務(wù)。圖1所示為典型的LIN簇，即一個(gè)主節點(diǎn)，兩個(gè)從節點(diǎn)。主機任務(wù)決定何時(shí)以及傳送哪一幀，而從機任務(wù)則傳送幀數據。
　
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(wù)傳送，幀響應由從機任務(wù)傳送。每個(gè)報文幀都包含2、4、8字節的數據。報文幀的結構由一個(gè)同步間隔域(Break)以及隨后的4至11個(gè)字節域(byte field)構成，如圖2所示。
　
圖2 LIN報文幀結構及字節域結構

表1 LIN總線(xiàn)和CAN總線(xiàn)性能比較

同步間隔域

　　同步間隔域可看作是一中斷，用來(lái)表示一個(gè)新報文幀的開(kāi)始，由主節點(diǎn)中的主機任務(wù)在LIN總線(xiàn)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，表現為8個(gè)位定時(shí)中有5個(gè)下降沿。

　　·保護識別符：用于描述報文數據的含義，一個(gè)保護識別符域由兩個(gè)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(lèi)：
　　　　
　　0到59(0x3b)用于信號傳輸的報文幀；

　　60(0x3c)和61(0x3d)用于傳送診斷數據；

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

　　·數據域：一個(gè)報文幀可以“攜帶”0到8字節的數據。

　　·校驗和：校驗和等于數據域所有字節的和的取反。對于只計算數據域所有字節的校驗和，稱(chēng)為傳統校驗和。如果校驗和要將保護識別符和數據域所有字節一起計算，則稱(chēng)為增強性校驗和。

表1  LIN總線(xiàn)和CAN總線(xiàn)性能比較
　
　　由表1可見(jiàn)，LIN總線(xiàn)的整體性能要比CAN差很多，但LIN總線(xiàn)較CAN總線(xiàn)的最大優(yōu)勢在于實(shí)現成本比較低，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，因此在這些場(chǎng)合中LIN有較為廣泛的應用。
　
圖3  UJA1023配置流程圖