LIN總線系統(tǒng)的解析和應(yīng)用

來源：ECU診斷、汽車技研

01背景

本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)LIN協(xié)議是基于Volvo衍生公司Volcano通信技術(shù)公司（VCT）開發(fā)的Volcano-Lite技術(shù)。因?yàn)槠渌嚻髽I(yè)也對CAN的低成本替代協(xié)議感興趣，所以建立了LIN辛迪加聯(lián)合組織。

該組織于1999年發(fā)布了LIN協(xié)議（1.0）并在2000年進(jìn)行了兩次更新。2002年11月，發(fā)布了LIN 1.3，主要是對物理層進(jìn)行了修改，提高了節(jié)點(diǎn)之間的兼容性。2003年發(fā)布了最新的版本LIN 2.0，其中包括一些重大更新，同時(shí)引入了一些新特性（例如診斷功能）。這些更新的主要目標(biāo)是簡化量產(chǎn)從節(jié)點(diǎn)的使用。

02應(yīng)用領(lǐng)域

LIN是CAN和SAE J1850協(xié)議的補(bǔ)充性協(xié)議，針對時(shí)間要求不高或不需要精確容錯(cuò)的應(yīng)用（相比CAN協(xié)議，LIN的可靠性較低）。LIN的目標(biāo)是易于使用，作為CAN協(xié)議的低成本替代品。LIN在車輛中可以使用的場合包括車窗升降器、后視鏡、雨刷和雨量傳感器。

03協(xié)議簡介

按照OSI模型，LIN涉及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，規(guī)范涵蓋物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。

LIN物理層基于ISO 9141（K-line）

主從式結(jié)構(gòu)

單線加上地線

時(shí)間觸發(fā)的調(diào)度

1-20 kb/s

顯性/隱性位

按字節(jié)的串行通信

線長不得超過40米

標(biāo)準(zhǔn)由LIN組織定義

04物理屬性

LIN總線收發(fā)器是ISO 9141標(biāo)準(zhǔn)采用的收發(fā)器的修訂版。總線為雙向傳輸，連接到節(jié)點(diǎn)收發(fā)器，并且通過終斷電阻器和二極管連接到節(jié)點(diǎn)的Vbat（圖1）。

△圖1：收發(fā)器說明（摘錄自LIN 2.0規(guī)范）

在總線上，一個(gè)邏輯低位（0）為顯性，一個(gè)邏輯高位（1）為隱性。

ECU的供電電壓（Vsup）應(yīng)該在7 V和18 V之間。圖2顯示總線邏輯位解釋的限制。

△圖2：總線上邏輯位的確定

05數(shù)據(jù)傳輸

LIN網(wǎng)絡(luò)通過LDF（LIN描述文件）進(jìn)行描述，LDF包含關(guān)于幀和信號的信息。這個(gè)文件同時(shí)用于主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)中的軟件創(chuàng)建。

主節(jié)點(diǎn)為控制方，確保以正確的時(shí)間間隔和周期發(fā)送數(shù)據(jù)幀，并且每個(gè)幀都在總線上獲得足夠的時(shí)間片。這種時(shí)間調(diào)度方法基于下載到主節(jié)點(diǎn)軟件的LCF（LIN配置文件）。

所有數(shù)據(jù)都通過一個(gè)包含幀頭、響應(yīng)和一些響應(yīng)間隔的幀進(jìn)行發(fā)送，因此從節(jié)點(diǎn)有時(shí)間進(jìn)行應(yīng)答。每個(gè)幀都發(fā)送到LCF確定的數(shù)據(jù)幀槽中。

主節(jié)點(diǎn)發(fā)送包含幀頭的幀時(shí)，創(chuàng)建新的報(bào)文。然后從節(jié)點(diǎn)根據(jù)主節(jié)點(diǎn)發(fā)送的幀頭在幀中填充數(shù)據(jù)。

△圖3：LIN幀的例子

有三種不同的方法可以在總線上傳輸幀：無條件幀、事件觸發(fā)幀和零星幀。

無條件幀

這是**“常規(guī)”類型的LIN通信**。主節(jié)點(diǎn)在設(shè)置好的幀槽中發(fā)送一個(gè)幀頭，然后指定的從節(jié)點(diǎn)為該幀填充數(shù)據(jù)。

事件觸發(fā)幀

這種方法的目的是在不令總線上幀過載的情況下從從節(jié)點(diǎn)接受極可能多的信息?？梢栽谑录|發(fā)幀中填充來自多個(gè)從節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。從節(jié)點(diǎn)僅在值發(fā)生改變時(shí)才更新事件觸發(fā)幀中的數(shù)據(jù)。如果多個(gè)從節(jié)點(diǎn)想要更新幀中的數(shù)據(jù)，會(huì)發(fā)生沖突。這種情況下，主節(jié)點(diǎn)應(yīng)向每個(gè)從節(jié)點(diǎn)發(fā)送無條件幀（從優(yōu)先級最高的節(jié)點(diǎn)開始）。

零星幀

這種方法為本來靜態(tài)的LIN協(xié)議提供一些動(dòng)態(tài)行為。僅當(dāng)主節(jié)點(diǎn)知道從節(jié)點(diǎn)中信號發(fā)生更新時(shí)，才發(fā)送零星幀的幀頭。通常，主節(jié)點(diǎn)填充幀本身的數(shù)據(jù)字節(jié)，從節(jié)點(diǎn)是信息的接收方。

06字節(jié)字段的定義

協(xié)議面向字節(jié)，這表示數(shù)據(jù)的發(fā)送方式是每次一個(gè)字節(jié)。**一個(gè)字節(jié)字段包含一個(gè)起始位（顯性），8個(gè)數(shù)據(jù)位和一個(gè)結(jié)束位（隱性）。**數(shù)據(jù)位的發(fā)送方式為LSB優(yōu)先（最低有效位優(yōu)先）。數(shù)據(jù)傳輸可以劃分成一個(gè)主節(jié)點(diǎn)任務(wù)和一個(gè)從節(jié)點(diǎn)任務(wù)。

△圖4：字節(jié)字段的結(jié)構(gòu)

主節(jié)點(diǎn)任務(wù)

**主節(jié)點(diǎn)發(fā)送的幀（頭）包含三個(gè)部分：同步間隔字段、同步字節(jié)字段和一個(gè)標(biāo)識符字段。**每個(gè)部分都以一個(gè)起始位開始，以一個(gè)結(jié)束位結(jié)束。

**同步間隔字段表示報(bào)文的開始，至少13個(gè)顯性位（包括起始位）。**同步間隔以一個(gè)“間隔分隔符”結(jié)束，該分隔符至少包含一個(gè)隱性位。

△圖5：同步間隔字段

發(fā)送同步字節(jié)字段來確定兩個(gè)下降沿之間的時(shí)間，從而確定主節(jié)點(diǎn)使用的傳輸速率。位模式是0x55（01010101，最大下降沿?cái)?shù)量）。這對于兼容量產(chǎn)從節(jié)點(diǎn)尤其有用。

△圖6：同步字節(jié)字段

標(biāo)識符字段包含6位長的標(biāo)識符和兩個(gè)奇偶校驗(yàn)位。6位標(biāo)識符包含關(guān)于發(fā)送方和接收方的信息，以及響應(yīng)中要求的字節(jié)數(shù)。奇偶校驗(yàn)位如下進(jìn)行計(jì)算：校驗(yàn)位P0是ID0、ID1、ID2和ID4之間進(jìn)行邏輯“或”運(yùn)算的結(jié)果。校驗(yàn)位P1是ID1、ID3、ID4和ID5之間邏輯“或”運(yùn)算后再進(jìn)行反轉(zhuǎn)的結(jié)果。

△圖7：標(biāo)識符字段

△圖8：幀長取決于標(biāo)識符

根據(jù)主節(jié)點(diǎn)發(fā)送的標(biāo)識符的兩個(gè)MSB（最高有效位），從節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)（數(shù)據(jù)字段）可以是2、4或8字節(jié)長。在LIN 2.0中才提供這個(gè)能力，以前的版本只有8字節(jié)的靜態(tài)長度。

△圖9：響應(yīng)數(shù)據(jù)字段

從節(jié)點(diǎn)任務(wù)

從節(jié)點(diǎn)等待同步間隔字段，然后通過同步字節(jié)字段開始主從節(jié)點(diǎn)之間的同步。根據(jù)主節(jié)點(diǎn)發(fā)送的標(biāo)識符，從節(jié)點(diǎn)將進(jìn)行接收、發(fā)送或什么都不做。應(yīng)該進(jìn)行發(fā)送的從節(jié)點(diǎn)發(fā)送主節(jié)點(diǎn)請求的字節(jié)數(shù)，然后以一個(gè)檢驗(yàn)和字段結(jié)束傳輸。

有兩種不同類型的檢驗(yàn)和。LIN 1.3中使用傳統(tǒng)的檢驗(yàn)和，包含報(bào)文中所有數(shù)據(jù)字節(jié)（8個(gè)字節(jié)）的反轉(zhuǎn)八位和。LIN 2.0中使用的新檢驗(yàn)和在檢驗(yàn)和計(jì)算中加入了保護(hù)的標(biāo)識符。反轉(zhuǎn)八位和與modulo-256不同。每次所得和大于256時(shí)，就減去255。例如，對于240+32=272，和為272，然后執(zhí)行272-255=17，得到的檢驗(yàn)和為17。

為了節(jié)約電力，總線4秒鐘沒有活動(dòng)或者主節(jié)點(diǎn)發(fā)送休眠命令后，從節(jié)點(diǎn)將進(jìn)入休眠模式。通過總線上的顯性位（所有節(jié)點(diǎn)都可創(chuàng)建）把從節(jié)點(diǎn)從休眠模式中喚醒。

07診斷

LIN 2.0中的一項(xiàng)新功能是可以從主從節(jié)點(diǎn)讀出診斷信息。為了這個(gè)目的，使用了兩個(gè)幀標(biāo)識符。這兩個(gè)幀標(biāo)識符都需要8個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)：主節(jié)點(diǎn)用標(biāo)識符60（0x3c）請求幀，從節(jié)點(diǎn)用標(biāo)識符61（0x3d）進(jìn)行響應(yīng)。診斷幀的第一個(gè)字節(jié)是NAD（診斷用節(jié)點(diǎn)地址），這是一個(gè)字節(jié)長的診斷用節(jié)點(diǎn)地址。值范圍從1到127，0被保留，128到255可以自由使用。有三種診斷方法：基于信號的診斷、用戶定義的診斷或使用診斷傳輸層。

基于信號的診斷

基于信號的診斷是最簡單的方法，在普通幀中使用標(biāo)準(zhǔn)信號，有以下特性：

從節(jié)點(diǎn)上負(fù)載較低

標(biāo)準(zhǔn)化的概念

靜態(tài)，沒有靈活性

用戶定義的診斷

用戶定義的診斷可用來滿足特定設(shè)備的要求，但是這同時(shí)表示它不能用作通用目的。這種方法使用128到255范圍的NAD。

診斷傳輸層

對于基于CAN的系統(tǒng)（使用ISO診斷）之上構(gòu)建的LIN網(wǎng)絡(luò)，可以使用這種方法。此方法使用NAD 1到127，具備以下特性：

主設(shè)備上負(fù)載較低

為LIN從節(jié)點(diǎn)提供ISO診斷

用于更復(fù)雜和強(qiáng)大的LIN節(jié)點(diǎn)

△圖10：請求幀PCI類型 = SF

△圖11：請求幀PCI類型 = FF

△圖12：請求幀PCI類型 = CF

診斷響應(yīng)幀以類似的方式構(gòu)建，響應(yīng)服務(wù)標(biāo)識符（RSID）指定響應(yīng)的內(nèi)容。

△圖13：響應(yīng)幀PCI類型 = SF

△圖14：響應(yīng)幀PCI類型 = FF

08版本兼容性

LIN 2.0主節(jié)點(diǎn)與LIN 1.3從節(jié)點(diǎn)向后兼容（有限制）。LIN 2.0和LIN 1.3從節(jié)點(diǎn)可以在網(wǎng)絡(luò)中并存，但是需要避免一些新特性（例如改進(jìn)的檢驗(yàn)和自動(dòng)波特率檢測）。

審核編輯：湯梓紅