LIN總線技術及其應用研究

摘要：本地互聯網絡LIN總線是一種結構簡單、配置靈活的新型串行通信網絡。主要用于實現汽車內部諸多電子控制單元之間的通信,為目前在汽車行業內廣泛使用的現場總線提供輔助功能，即作為子網絡。本文認為在一些對通信速率要求不高的工業及家用電器領域完全可以使用并推廣該總線技術。

關鍵詞：LIN總線；串行通訊；主從節點；工業應用

引言

　　LIN 本地互聯網絡是一種將開關、顯示器、傳感器及執行器等簡單控制設備連接起來的串行通信網絡，主要用于實現汽車中的分布式電子系統控制。因其主要目標是為汽車網絡(如CAN總線)提供輔助功能，因此通常作為子網絡，用于一些不需要諸如CAN總線的帶寬和多功能的場合，比如智能傳感器和制動裝置之間的通信。使用LIN總線可大大節省成本，該低成本的串行通信模式和相應的開發環境已經由LIN協會制定成標準，為汽車制造商以及供應商在研發、應用電子產品方面降低成本。但是，LIN的應用并不局限于汽車領域，在諸如工業控制領域也理所應當占有廣闊的應用地位和前景。

　　LIN 總線的技術特點包括：⑴單主機，多從機結構(沒有總線仲裁)；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機；⑶帶時間同步的多點廣播接收，從節點無需石英或陶瓷振蕩器；⑷確定性的信號傳輸；⑸低成本的單線實現；⑹速率可達20 kbit/s；⑺總線長度≤40m；⑻保證信號傳輸的延遲時間；⑼可選的數據場長度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網絡中故障節點的檢測；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從節點的硬件和軟件即可在網絡上增加節點；⒂ 通常一個LIN 網絡節點數小于16 個。

LIN2.0總線技術

　　LIN2.0版本反映了LIN協會的定義趨勢，通過比較LIN1.3和LIN2.0規范，可看到最重大的兩個變化是對于配置和診斷的標準化支持，以及指定節點能力文件，這都是為了要簡化現有節點的使用。LIN工作原理是基于單主/多從概念。在一個LIN簇中，由一個主節點以及數個從節點構成。主節點由主機任務和從機任務組成。而所有其他的節點只包含從機任務。圖1所示為典型的LIN簇，即一個主節點，兩個從節點。主機任務決定何時以及傳送哪一幀，而從機任務則傳送幀數據。
　
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傳送，幀響應由從機任務傳送。每個報文幀都包含2、4、8字節的數據。報文幀的結構由一個同步間隔域(Break)以及隨后的4至11個字節域(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總線和CAN總線性能比較

同步間隔域

　　同步間隔域可看作是一中斷，用來表示一個新報文幀的開始，由主節點中的主機任務在LIN總線上產生至少13位顯性狀態，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個位定時中有5個下降沿。

　　·保護識別符：用于描述報文數據的含義，一個保護識別符域由兩個子域組成：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：
　　　　
　　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)為留給用戶的擴展幀；
　
　　63(0x3f)為保留用于以后協議增訂使用。

　　·數據域：一個報文幀可以“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，則稱為增強性校驗和。

表1  LIN總線和CAN總線性能比較
　
　　由表1可見，LIN總線的整體性能要比CAN差很多，但LIN總線較CAN總線的最大優勢在于實現成本比較低，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，因此在這些場合中LIN有較為廣泛的應用。
　
圖3  UJA1023配置流程圖