1、引言
總線通訊技術(shù)自20世紀80年代開始應(yīng)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(fù)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（Local Interconnect Network）因此應(yīng)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（Society of Automotive Engineering）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(dǎo)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(yù)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(wù)和維護成本
3、1 LIN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(dǎo)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(wù)也包括從機任務(wù)，從機節(jié)點都只包括從機任務(wù)，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、2 LIN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(yīng)組成。
報文頭只能由主機任務(wù)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(yīng)該對當前幀做出響應(yīng)、做出何種響應(yīng)。
響應(yīng)由從機任務(wù)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。
一個完整的報文幀如圖2所示。
圖2 LIN報文幀
根據(jù)傳輸條件的不同，報文幀可分為絕對幀、觸發(fā)幀、離散幀、診斷幀、用戶定義幀和保留幀六種[2]。LIN總線上的所有通訊都由主機節(jié)點中的主機任務(wù)發(fā)起，主機任務(wù)根據(jù)進度表來確定當前的通訊內(nèi)容，發(fā)送相應(yīng)的幀頭，并為報文幀分配幀通道?？偩€上的從機節(jié)點接收幀頭之后，通過解讀標識符來確定自己是否應(yīng)該對當前通訊做出響應(yīng)、做出何種響應(yīng)?；谶@種報文濾波方式，LIN可實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)傳輸模式，且一個報文幀可以同時被多個節(jié)點接收利用，如圖3所示。
圖3 LIN數(shù)據(jù)傳輸模式
3.3總線睡眠和喚醒
需要時可由主機節(jié)點發(fā)送一個標識符為0x3C且數(shù)據(jù)場中首字節(jié)為0的診斷幀將所有從機節(jié)點置為睡眠狀態(tài)，如果總線在4秒鐘以上沒有任何活動，從機節(jié)點也自動進入睡眠狀態(tài)，以減小功耗。
處于睡眠狀態(tài)的LIN網(wǎng)絡(luò)中的任何一個節(jié)點都可以請求喚醒總線，總線上的所有節(jié)點在接收到喚醒請求后應(yīng)脫離睡眠狀態(tài)并為接收總線命令做好準備。主機節(jié)點接收到喚醒請求后也被喚醒，并在從機節(jié)點準備好之后發(fā)送幀頭，尋找喚醒原因。
3.4錯誤檢測和處理
LIN規(guī)范定義了六種不同類型的報文錯誤：位錯誤、校驗和錯誤、標識符錯誤、從機不響應(yīng)錯誤、總線不活動錯誤和同步場不一致錯誤。主機節(jié)點和從機節(jié)點分別檢測這六種錯誤中的若干種。
4．LIN應(yīng)用設(shè)計
LIN是一種低速串行總線，其提出是針對汽車應(yīng)用的，主要用于汽車電子控制系統(tǒng)， 實現(xiàn)智能傳感器、執(zhí)行器等的連接。LIN定位于汽車上的下層局部網(wǎng)絡(luò)。由CAN構(gòu)成汽
圖4 基于CAN/LIN的分級制汽車網(wǎng)絡(luò)
車的上層主干網(wǎng)絡(luò)，而在不需要CAN的高速與多功能性的場合則由LIN來構(gòu)成下層局部網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)分級制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以達到合理分配利用網(wǎng)絡(luò)資源、提高線路布置的方便靈活性、降低成本的目的。典型的基于CAN-LIN總線的分級制汽車車身網(wǎng)絡(luò)如圖4所示。
現(xiàn)以車門LIN網(wǎng)絡(luò)為例介紹LIN總線設(shè)計的一般方法。
車門控制LIN網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及其在車門上的布置如圖5所示，該網(wǎng)絡(luò)由主機節(jié)點、后視鏡從機節(jié)點、搖窗機從機節(jié)點、門鎖從機節(jié)點構(gòu)成。
圖5 車門控制LIN網(wǎng)絡(luò)
主機節(jié)點采集本地各控制開關(guān)的狀態(tài)并接受CAN總線上的遠程信息，據(jù)此產(chǎn)生控制指令，并將指令轉(zhuǎn)換為LIN報文幀通過LIN網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給相應(yīng)從機節(jié)點，從機節(jié)點接收到與自己相關(guān)的報文幀后對報文幀進行拆封、解讀，然后根據(jù)獲得的指令控制相應(yīng)的執(zhí)行器動作 ，從而實現(xiàn)對車門各部件的控制。同時，在需要時從機節(jié)點分別將其控制部件所處狀態(tài)反饋給主機節(jié)點，主機節(jié)點再將該狀態(tài)信息通過指示燈或喇叭提供給駕駛員或通過CAN總線發(fā)送給其他控制單元。主機節(jié)點也作為本LIN網(wǎng)絡(luò)與上層CAN網(wǎng)絡(luò)連接的網(wǎng)關(guān)。
圖6為車門控制LIN網(wǎng)絡(luò)的主機節(jié)點和后視鏡從機節(jié)點的結(jié)構(gòu)框圖圖。主機節(jié)點主要由控制器、電源、控制按鈕、LIN接口、CAN接口和指示燈幾部分組成。后視鏡從機節(jié)點主要由控制器、電源、LIN接口、執(zhí)行器驅(qū)動單元和執(zhí)行器如后視鏡調(diào)整電機、除霜加熱器等組成。
主機節(jié)點和從機節(jié)點控制器均采用PHILIPS的高性能8位單片機P87LPC768，該單片機除具有51系列單片機典型功能，完全滿足LIN控制器的硬件要求外，還具有片內(nèi)看門狗和振蕩器等模塊，可有效簡化LIN節(jié)點結(jié)構(gòu)，降低成本。LIN收發(fā)器采用PHILIPS公司生產(chǎn)的TJA1020，其可用波特率范圍2.4-20Kbits/s，它具有較高的抗電磁干擾性（EMI）,可以自動修整輸出波形降低電磁輻射（EME），且當傳輸速率低于10Ｋｂ/ｓ時, TJA1020可以工作在低斜率模式下而進一步降低電磁輻射。電源模塊主要由PHILIPS公司生產(chǎn)的電壓調(diào)節(jié)器SA57022構(gòu)成，SA57022可通過ON/OFF引腳開啟或關(guān)閉，它與LIN收發(fā)器配合實現(xiàn)節(jié)點的睡眠和喚醒。主機節(jié)點的CAN接口由CAN控制器SAJ1000和CAN驅(qū)動器82C250組成。從機節(jié)點中以BTS432等半導(dǎo)體功率開關(guān)器件取代傳統(tǒng)的繼電器作為各執(zhí)行器的開關(guān)器件，具有響應(yīng)迅速、可靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，并可通過其反饋引腳診斷負載狀態(tài)。
5、結(jié)束語
隨著汽車技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，汽車信息通信的網(wǎng)絡(luò)化是必然趨勢。汽車信息通信的多樣化促進了汽車分級制網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展。LIN作為一種性能優(yōu)異、價格低廉的新型A類總線，必將進一步促進汽車分級制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的實施和完善，推動汽車技術(shù)的發(fā)展。同時，LIN作為一個開放的協(xié)議，在工業(yè)及家電領(lǐng)域也有著廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻
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