LIN總線及其在汽車分級制網(wǎng)絡(luò)中的應用

1、引言

總線通訊技術(shù)自20世紀80年代開始應用在汽車上之后[1]，便在電子技術(shù)和汽車技術(shù)的推動下飛速發(fā)展，目前已形成了適用于不同場合的多種汽車總線標準，如MOST、CAN、TTP、LIN等。汽車總線中通訊節(jié)點和數(shù)據(jù)流量持續(xù)增加，節(jié)點日益復雜，使得汽車總線在重量、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行汽車總線的網(wǎng)絡(luò)化和分級制。A類總線——局域互連網(wǎng)LIN（LocalInterconnectNetwork）因此應運而生。LIN是一種結(jié)構(gòu)

簡單、配置靈活、成本低廉的新型低速串行總線，主要用作CAN等高速總線的輔助網(wǎng)絡(luò)或子網(wǎng)絡(luò)。在帶寬要求不高、功能簡單、實時性要求低的場合，如車身電器的控制等方面，使用LIN總線，可有效的簡化網(wǎng)絡(luò)線束、降低成本、提高網(wǎng)絡(luò)通訊效率和可靠性。

2、汽車網(wǎng)絡(luò)

目前有分別適用發(fā)動機和底盤控制、車身電器控制、車載多媒體等不同場合的多種汽車總線標準。SAE（SocietyofAutomotiveEngineering）按傳輸速度的不同將汽車網(wǎng)絡(luò)總線分為三類，如表1所示。

表一汽車網(wǎng)絡(luò)分類



A類總線協(xié)議有許多種，然而長久以來卻沒有一種協(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，在潛心研究A類總線的基礎(chǔ)上提出了新型A類總線——LIN，該總線一經(jīng)面世，即以其低廉的成本優(yōu)異的性能廣為各大廠商所接受，有望成為A類總線的國際標準。

3、LIN

LIN總線基于SCI/UART數(shù)據(jù)格式，采用單主機多從機模式，總線僅由三根導線組成（電源、地線和數(shù)據(jù)線），LIN總線的驅(qū)動/接收器規(guī)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(jié)點的互操作性，并可預測EMC。

LIN的主要特點：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；極少的信號線就可實現(xiàn)ISO9141標準；傳輸速率最高可達20Kb/s，最大總線長度40m；單主機/多從機模式，無需總線仲裁；從機節(jié)點不需石英或陶瓷振蕩器就能實現(xiàn)自同步；保證信號傳輸?shù)难舆t時間；不需要改變LIN從機節(jié)點的硬件和軟件就可以在網(wǎng)絡(luò)上增加或刪除節(jié)點等。

LIN總線規(guī)范的初始版本LIN1.0由LIN協(xié)會在1999年7月發(fā)布，后幾經(jīng)修訂，現(xiàn)行版本為LIN協(xié)會在2003年9月發(fā)布的LIN2.0。LIN規(guī)范包括傳輸協(xié)議規(guī)范、傳輸媒介、開發(fā)工具接口和軟件程序編制接口。LIN的規(guī)范化將改變低端汽車網(wǎng)絡(luò)雜亂的現(xiàn)狀，并將降低汽車電子設(shè)備的開發(fā)、生產(chǎn)、服務和維護成本

3、1LIN拓撲結(jié)構(gòu)

LIN采用單主機多從機模式，一個LIN網(wǎng)絡(luò)包括一個主機節(jié)點和若干個從機節(jié)點。

（由于過多節(jié)點將導致網(wǎng)絡(luò)阻抗過低，一個LIN網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點總數(shù)不宜超過16。）主機節(jié)點既包括主機任務也包括從機任務，從機節(jié)點都只包括從機任務，如圖1所示。主機節(jié)點也可以通過網(wǎng)關(guān)和其他總線如CAN連接。



3、2LIN數(shù)據(jù)傳輸

LIN總線中數(shù)據(jù)借助報文幀來傳輸，報文幀由報文頭和響應組成。

報文頭只能由主機任務發(fā)送，它包括同步間隔場、同步場和標識符場三個部分。同步間隔場為至少13個連續(xù)的顯性位（低電平），它標志著一個報文幀的開始。其后為同步場，同步場邏輯值為0x55，從機節(jié)點利用同步場來實現(xiàn)與主機節(jié)點的同步。標識符場緊跟在同步場之后，長度為一個字節(jié)。標識符場中低6位為標識符位，共可組成64個標識符，其中60個用作一般報文傳輸、兩個用作診斷幀、一個用作用戶定義幀、一個留作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(nèi)容，從機節(jié)點據(jù)此來確定自己是否應該對當前幀做出響應、做出何種響應。

響應由從機任務發(fā)送，它由數(shù)據(jù)場和校驗和場組成。數(shù)據(jù)場由報文幀所攜帶的數(shù)據(jù)組成，長度為一到八個字節(jié)。報文幀的最后為校驗和場，長度為一字節(jié)，LIN1.3及其以前的規(guī)范版本中規(guī)定校驗和場僅對數(shù)據(jù)場作校驗，稱為傳統(tǒng)校驗和，LIN2.0規(guī)范中規(guī)定校驗和場校驗范圍包括數(shù)據(jù)場和標識符場，稱為增強校驗和。