LIN总线及其在汽车分级制网络中的应用
日期：2008-9-24 19:36:52 来源：中国自动化网
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1、引言
总线通讯技术自20世纪80年代开始应用在汽车上之后[1>，便在电子技术和汽车技术的推动下飞速发展，目前已形成了适用于不同场合的多种汽车总线标准，如MOST、CAN、TTP、LIN等。汽车总线中通讯节点和数据流量持续增加，节点日益复杂，使得汽车总线在重量、布置、成本、通信效率等方面面临困境，走出这一困境的出路在于实行汽车总线的网络化和分级制。A类总线——局域互连网LIN（Local Interconnect Network）因此应运而生。LIN是一种结构分类 速 度 应用A 10Kbps< 传感器/执行器控制，如电动门窗、座椅调节、灯光照明B 10-100Kbps 车辆信息中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等中速网络C >100Kbps 实时控制，悬架控制、牵引控制、发动机控制ABS系统等简单、配置灵活、成本低廉的新型低速串行总线，主要用作CAN等高速总线的辅助网络或子网络。在带宽要求不高、功能简单、实时性要求低的场合，如车身电器的控制等方面，使用LIN总线，可有效的简化网络线束、降低成本、提高网络通讯效率和可靠性。
2、汽车网络
目前有分别适用发动机和底盘控制、车身电器控制、车载多媒体等不同场合的多种汽车总线标准。SAE（Society of Automotive Engineering）按传输速度的不同将汽车网络总线分为三类，如表1所示。
表一 汽车网络分类
A类总线协议有许多种，然而长久以来却没有一种协议能成为该领域的通用标准。1998年Audi、Motorola、BMW、DaimlerChrysler 、VCT、Volvo和Volkswagen七家公司联合成立了LIN协会，在潜心研究A类总线的基础上提出了新型A类总线——LIN，该总线一经面世，即以其低廉的成本优异的性能广为各大厂商所接受，有望成为A类总线的国际标准。
3、LIN
LIN 总线基于SCI/UART数据格式，采用单主机多从机模式，总线仅由三根导线组成（电源、地线和数据线），LIN总线的驱动/接收器规范遵从ISO9141标准，且EMI性能有所提高。LIN在硬件和软件上保证了网络节点的互操作性，并可预测EMC。
LIN的主要特点：成本低，基于通用UART/SCI接口，几乎所有微控制器都具备LIN必需的硬件；极少的信号线就可实现ISO9141标准；传输速率最高可达20Kb/s，最大总线长度40m；单主机/多从机模式，无需总线仲裁；从机节点不需石英或陶瓷振荡器就能实现自同步；保证信号传输的延迟时间；不需要改变LIN从机节点的硬件和软件就可以在网络上增加或删除节点等。
LIN总线规范的初始版本LIN1.0由LIN协会在1999年7月发布，后几经修订，现行版本为LIN协会在2003年9月发布的LIN2.0。LIN规范包括传输协议规范、传输媒介、开发工具接口和软件程序编制接口。LIN的规范化将改变低端汽车网络杂乱的现状，并将降低汽车电子设备的开发、生产、服务和维护成本
3、1 LIN拓扑结构
LIN采用单主机多从机模式，一个LIN网络包括一个主机节点和若干个从机节点。
（由于过多节点将导致网络阻抗过低，一个LIN网络中节点总数不宜超过16。）主机节点既包括主机任务也包括从机任务，从机节点都只包括从机任务，如图1所示。主机节点也可以通过网关和其他总线如CAN连接。
3、2 LIN数据传输
LIN总线中数据借助报文帧来传输，报文帧由报文头和响应组成。
报文头只能由主机任务发送，它包括同步间隔场、同步场和标识符场三个部分。同步间隔场为至少13个连续的显性位（低电平），它标志着一个报文帧的开始。其后为同步场，同步场逻辑值为0x55，从机节点利用同步场来实现与主机节点的同步。标识符场紧跟在同步场之后，长度为一个字节。标识符场中低6位为标识符位，共可组成64个标识符，其中60个用作一般报文传输、两个用作诊断帧、一个用作用户定义帧、一个留作LIN扩展用。标识符后两位为奇偶校验位。
标识符指出当前帧的内容，从机节点据此来确定自己是否应该对当前帧做出响应、做出何种响应。
响应由从机任务发送，它由数据场和校验和场组成。数据场由报文帧所携带的数据组成，长度为一到八个字节。报文帧的最后为校验和场，长度为一字节，LIN1.3及其以前的规范版本中规定校验和场仅对数据场作校验，称为传统校验和，LIN2.0规范中规定校验和场校验范围包括数据场和标识符场，称为增强校验和。
一个完整的报文帧如图2所示。
根据传输条件的不同，报文帧可分为绝对帧、触发帧、离散帧、诊断帧、用户定义帧和保留帧六种[2>。
LIN总线上的所有通讯都由主机节点中的主机任务发起，主机任务根据进度表来确定当前的通讯内容，发送相应的帧头，并为报文帧分配帧通道。总线上的从机节点接收
帧头之后，通过解读标识符来确定自己是否应该对当前通讯做出响应、做出何种响应。基于这种报文滤波方式，LIN可实现多种数据传输模式，且一个报文帧可以同时被多个节点接收利用，如图3所示。
图3 LIN数据传输模式
3.3总线睡眠和唤醒
需要时可由主机节点发送一个标识符为0x3C且数据场中首字节为0的诊断帧将所有从机节点置为睡眠状态，如果总线在4秒钟以上没有任何活动，从机节点也自动进入睡眠状态，以减小功耗。
处于睡眠状态的LIN网络中的任何一个节点都可以请求唤醒总线，总线上的所有节点在接收到唤醒请求后应脱离睡眠状态并为接收总线命令做好准备。主机节点接收到唤醒请求后也被唤醒，并在从机节点准备好之后发送帧头，寻找唤醒原因。
3.4错误检测和处理
LIN规范定义了六种不同类型的报文错误：位错误、校验和错误、标识符错误、从机不响应错误、总线不活动错误和同步场不一致错误。主机节点和从机节点分别检测这六种错误中的若干种。
4．LIN应用设计
LIN是一种低速串行总线，其提出是针对汽车应用的，主要用于汽车电子控制系统，
实现智能传感器、执行器等的连接。LIN定位于汽车上的下层局部网络。由CAN构成汽图4 基于CAN/LIN的分级制汽车网络
车的上层主干网络，而在不需要CAN的高速与多功能性的场合则由LIN来构成下层局部网络，实现分级制网络结构，以达到合理分配利用网络资源、提高线路布置的方便灵活性、降低成本的目的。典型的基于CAN-LIN总线的分级制汽车车身网络如图4所示。
现以车门LIN网络为例介绍LIN总线设计的一般方法。
车门控制LIN网络的结构及其在车门上的布置如图5所示，该网络由主机节点、后视镜从机节点、摇窗机从机节点、门锁从机节点构成。
主机节点采集本地各控制开关的状态并接受CAN总线上的远程信息，据此产生控制指令，并将指令转换为LIN报文帧通过LIN网络发送给相应从机节点，从机节点接收到与自己相关的报文帧后对报文帧进行拆封、解读，然后根据获得的指令控制相应的执行器动作，从而实现对车门各部件的控制。同时，在需要时从机节点分别将其控制部件所处状态反馈给主机节点，主机节点再将该状态信息通过指示灯或喇叭提供给驾驶员或通过CAN总线发送给其他控制单元。主机节点也作为本LIN网络与上层CAN网络连接的网关。
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总线通讯技术自20世纪80年代开始应用在汽车上之后[1>，便在电子技术和汽车技术的推动下飞速发展，目前已形成了适用于不同场合的多种汽车总线标准，如MOST、CAN、TTP、LIN等。汽车总线中通讯节点和数据流量持续增加，节点日益复杂，使得汽车总线在重量、布置、成本、通信效率等方面面临困境，走出这一困境的出路在于实行汽车总线的网络化和分级制。A类总线——局域互连网LIN（Local Interconnect Network）因此应运而生。LIN是一种结构分类 速 度 应用A 10Kbps< 传感器/执行器控制，如电动门窗、座椅调节、灯光照明B 10-100Kbps 车辆信息中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等中速网络C >100Kbps 实时控制，悬架控制、牵引控制、发动机控制ABS系统等简单、配置灵活、成本低廉的新型低速串行总线，主要用作CAN等高速总线的辅助网络或子网络。在带宽要求不高、功能简单、实时性要求低的场合，如车身电器的控制等方面，使用LIN总线，可有效的简化网络线束、降低成本、提高网络通讯效率和可靠性。
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2、汽车网络
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目前有分别适用发动机和底盘控制、车身电器控制、车载多媒体等不同场合的多种汽车总线标准。SAE（Society of Automotive Engineering）按传输速度的不同将汽车网络总线分为三类，如表1所示。
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表一 汽车网络分类
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——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
A类总线协议有许多种，然而长久以来却没有一种协议能成为该领域的通用标准。1998年Audi、Motorola、BMW、DaimlerChrysler 、VCT、Volvo和Volkswagen七家公司联合成立了LIN协会，在潜心研究A类总线的基础上提出了新型A类总线——LIN，该总线一经面世，即以其低廉的成本优异的性能广为各大厂商所接受，有望成为A类总线的国际标准。
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3、LIN
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LIN 总线基于SCI/UART数据格式，采用单主机多从机模式，总线仅由三根导线组成（电源、地线和数据线），LIN总线的驱动/接收器规范遵从ISO9141标准，且EMI性能有所提高。LIN在硬件和软件上保证了网络节点的互操作性，并可预测EMC。
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LIN的主要特点：成本低，基于通用UART/SCI接口，几乎所有微控制器都具备LIN必需的硬件；极少的信号线就可实现ISO9141标准；传输速率最高可达20Kb/s，最大总线长度40m；单主机/多从机模式，无需总线仲裁；从机节点不需石英或陶瓷振荡器就能实现自同步；保证信号传输的延迟时间；不需要改变LIN从机节点的硬件和软件就可以在网络上增加或删除节点等。
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LIN总线规范的初始版本LIN1.0由LIN协会在1999年7月发布，后几经修订，现行版本为LIN协会在2003年9月发布的LIN2.0。LIN规范包括传输协议规范、传输媒介、开发工具接口和软件程序编制接口。LIN的规范化将改变低端汽车网络杂乱的现状，并将降低汽车电子设备的开发、生产、服务和维护成本
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3、1 LIN拓扑结构
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LIN采用单主机多从机模式，一个LIN网络包括一个主机节点和若干个从机节点。
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（由于过多节点将导致网络阻抗过低，一个LIN网络中节点总数不宜超过16。）主机节点既包括主机任务也包括从机任务，从机节点都只包括从机任务，如图1所示。主机节点也可以通过网关和其他总线如CAN连接。
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3、2 LIN数据传输
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LIN总线中数据借助报文帧来传输，报文帧由报文头和响应组成。
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报文头只能由主机任务发送，它包括同步间隔场、同步场和标识符场三个部分。同步间隔场为至少13个连续的显性位（低电平），它标志着一个报文帧的开始。其后为同步场，同步场逻辑值为0x55，从机节点利用同步场来实现与主机节点的同步。标识符场紧跟在同步场之后，长度为一个字节。标识符场中低6位为标识符位，共可组成64个标识符，其中60个用作一般报文传输、两个用作诊断帧、一个用作用户定义帧、一个留作LIN扩展用。标识符后两位为奇偶校验位。
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标识符指出当前帧的内容，从机节点据此来确定自己是否应该对当前帧做出响应、做出何种响应。
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一个完整的报文帧如图2所示。
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帧头之后，通过解读标识符来确定自己是否应该对当前通讯做出响应、做出何种响应。基于这种报文滤波方式，LIN可实现多种数据传输模式，且一个报文帧可以同时被多个节点接收利用，如图3所示。
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图3 LIN数据传输模式
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3.3总线睡眠和唤醒
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3.4错误检测和处理
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4．LIN应用设计
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LIN是一种低速串行总线，其提出是针对汽车应用的，主要用于汽车电子控制系统，
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车的上层主干网络，而在不需要CAN的高速与多功能性的场合则由LIN来构成下层局部网络，实现分级制网络结构，以达到合理分配利用网络资源、提高线路布置的方便灵活性、降低成本的目的。典型的基于CAN-LIN总线的分级制汽车车身网络如图4所示。
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车门控制LIN网络的结构及其在车门上的布置如图5所示，该网络由主机节点、后视镜从机节点、摇窗机从机节点、门锁从机节点构成。
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