什么是LIN總線？車載總線之LIN總線概述

一、LIN總線概述

1、什么是LIN總線

LIN（Local Interconnect Network）即局部連接網(wǎng)絡(luò)，也被稱為“局域網(wǎng)子系統(tǒng)”即LIN總線是CAN總線網(wǎng)絡(luò)下的子系統(tǒng)，車上各個LIN總線系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換是由控制單元通過CAN數(shù)據(jù)總線實現(xiàn)的

LIN總線是一種輔助的串行通信總線網(wǎng)絡(luò)，多用于不需要CAN總線的帶寬和多功能的場合，LIN的目標是為現(xiàn)有汽車網(wǎng)絡(luò)（例如CAN總線）提供輔助功能

LIN典型的應(yīng)用是車上傳感器和執(zhí)行器的聯(lián)網(wǎng)，LIN屬于汽車上的A級網(wǎng)絡(luò)。

2、LIN總線的特點

（1）工作方式：LIN總線為單主/多從方式

（2）數(shù)據(jù)傳輸線：LIN總線為單線傳輸

（3）工作電壓：LIN總線為12V

（4）傳輸速率：LIN總線最高為20kb/s，屬于低速總線（A類）

（5）傳輸距離：LIN總線最長為40m

（6）LIN總線無需仲裁

（7）傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長度：LIN總線一幀信息中數(shù)據(jù)長度為2、4或8B

（8）標識符的位數(shù)：LIN總線有6位標識符

（9）節(jié)點數(shù)：LIN總線一般不超過16個

（10）傳輸線的顏色：LIN總線主色為紫色

3、LIN總線的優(yōu)點

（1）在LIN系統(tǒng)中，加入新節(jié)點時，不需要其它從節(jié)點作任何軟件或硬件的改動

（2）整個網(wǎng)絡(luò)的配置信息只包含在主節(jié)點中，從節(jié)點可以自由地接入或脫離網(wǎng)絡(luò)而不會影響網(wǎng)絡(luò)中的通信LIN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

（3）從節(jié)點不需振蕩器就能實現(xiàn)同步，節(jié)省了多個控制器部件的硬件成本

（4）基于通用UART接口，幾乎所有微控制器都具備LIN必需的硬件，價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單

二、LIN總線的結(jié)構(gòu)原理

1、LIN總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

一個主節(jié)點，主節(jié)點可以執(zhí)行主任務(wù)（引起LIN網(wǎng)絡(luò)通信）也可以執(zhí)行從任務(wù)，總線上的信息傳送由主節(jié)點控制。主節(jié)點連接在CAN數(shù)據(jù)總線上

多個從節(jié)點，從節(jié)點只能執(zhí)行從任務(wù)。

奧迪A6L轎車LIN總線內(nèi)部組成示意圖

2、主節(jié)點（主控制單元）

LIN總線主控單元監(jiān)控數(shù)據(jù)傳遞及其速率，發(fā)送信息標題

主控制單元的軟件內(nèi)已設(shè)定了一個周期，這個周期用于決定何時將哪些信息發(fā)送到LIN數(shù)據(jù)總線上多少次

該控制單元在LIN數(shù)據(jù)總線與CAN總線之間起溝通作用（“翻譯”），它是LIN總線系統(tǒng)中唯一與CAN數(shù)據(jù)總線相連的控制單元

通過LIN主控制單元進行與之相連的LIN從控制單元的自診斷

3、從節(jié)點（從控制單元）

接收、傳遞或忽略與從主節(jié)點接收到的主任務(wù)（起始報文/信息標題）相關(guān)的數(shù)據(jù)

可以通過一個“叫醒”信號，喚醒主節(jié)點

檢查所接收數(shù)據(jù)總量和所發(fā)送數(shù)據(jù)的總量

同主節(jié)點的同步字節(jié)保持一致

只能按照主節(jié)點的要求同其他從節(jié)點進行數(shù)據(jù)交換

注意：只有當LIN主節(jié)點發(fā)送出主任務(wù)（起始報文或信息標題）后，從節(jié)點才會反應(yīng)

奧迪A6L轎車CAN LIN總線與從控制器示意圖

4、LIN總線的物理結(jié)構(gòu)

三、LIN總線報文幀的類型

無條件幀：

攜帶數(shù)據(jù)信息；

事件觸發(fā)幀：

處理偶發(fā)的事件

偶發(fā)幀：

保證在調(diào)度表確定性的條件下為系統(tǒng)動態(tài)行為的靈活性而設(shè)定的

上述3中幀的報文標識符的范圍為0~59（0x3b）

診斷幀（命令幀、應(yīng)答幀）：

攜帶8個字節(jié)的診斷信息或組態(tài)信息，主節(jié)點診斷請求幀的標識符為60（0x3c），從節(jié)點診斷應(yīng)答幀的標識符為61（0x3d）

用戶自定義幀：

可攜帶用戶自定義的任何信息，標識符為62（0x3e），在調(diào)度時可給用戶自定義幀分配報文幀時隙，每當時隙到來時發(fā)送用戶自定義幀的幀頭

保留幀：

保留幀標識符63（0x3f），在LIN2.0中沒有被使用

報文傳輸是由報文幀的格式表示和控制。

四、報文幀格式

一個主機節(jié)點發(fā)送的報文頭；

一個主機或從機節(jié)點發(fā)送的響應(yīng)組成。

報文頭包含同步間隙、同步字節(jié)和報文標識符（0～63）

響應(yīng)報文由1-9個字節(jié)構(gòu)成：

其中2、4或8個字節(jié)的數(shù)據(jù)場和1個校驗和場。

報文幀之間有幀間間隔分隔；

報文與響應(yīng)之間有幀內(nèi)響應(yīng)空間分隔；

最小幀間間隔和幀內(nèi)響應(yīng)空間均為0；

最大長度收到報文幀的最大長度FRAME_max限制。

1、字節(jié)場

每一個字節(jié)場的長度由10個定時位定時（BIT TIME）；

起始位（START BIT)是一個“顯性”位，標志字節(jié)的開始；

8為數(shù)據(jù)位，先發(fā)送最低位；

停止位（STOP BIST)是一個“隱性”位，標志著字節(jié)場的結(jié)束。

2、報文頭（HEADER FIELDS）

A、同步間隔（synchronisation break)

作用：

標識報文的開始，由主節(jié)點發(fā)送；使得所有的從機任務(wù)和總線時鐘信號同步。

同步間隔：

至少13bit的顯性位，之后緊隨至少1bit隱性值的同步界定符。

同步界定符的作用：

用來檢測接下來的同步域（Synch Field）的起始位。

B、同步場（SYNCH FIELD）

包含了時鐘的同步信息。格式為0x55，表現(xiàn)為8個位定時中有5個下降沿（隱性到顯性的跳變）

C、標識符場（IDENTIFIER FIELD）

6個標識符位（ID0~ID5)和2個標識符奇偶校驗位（P0 P1）；

ID4和ID5定義了數(shù)據(jù)場的數(shù)據(jù)長度；

3、數(shù)據(jù)場（DATE FIELDS）

由多個8位的字節(jié)場組成，傳輸由LSB開始

4、校驗和場（CHECK SUM FIELDS）

校驗和域是數(shù)據(jù)域所有字節(jié)的和的反碼。

校驗和按“帶進位加（ADDC)”方式計算，每個進位都被加到本次結(jié)果的最低位（LSB）。這就保證了數(shù)據(jù)字節(jié)的可靠性。

所有數(shù)據(jù)字節(jié)的和的補碼與校驗和字節(jié)之加的和必須是“0xFF”。

五、命令幀

0x3C（ID 60）表示主節(jié)點請求幀（診斷幀），以便從主節(jié)點向從節(jié)點發(fā)送命令和數(shù)據(jù)。

0x3D（ID 61）表示從響應(yīng)幀，該幀觸發(fā)從節(jié)點向主節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)。

過程：

標識符為0x3c一個的“主機請求幀”，主機向從機發(fā)送數(shù)據(jù)和命令；標志符為0x3dD的“從機相應(yīng)幀”觸發(fā)一個從機向主機發(fā)送數(shù)據(jù)。

命令幀中的第一個數(shù)劇場為0x00~0x7F, 其用法由LIN協(xié)會定義；

剩下的命令幀用戶可以自行分配.

1、睡眠模式命令

總線有兩種狀態(tài)：

睡眠模式：從主節(jié)點發(fā)送睡眠模式命令后到總線上出現(xiàn)喚醒信號結(jié)束，沒有任何總線活動的這種模式。

喚醒模式：被喚醒信號喚醒之后的總線處于喚醒模式，可以有總線活動。

睡眠模式命令：

是第一個數(shù)據(jù)字節(jié)為0x00的命令幀

總線的睡眠模式可以通過任何節(jié)點的從任務(wù)發(fā)送一個喚醒幀來終止。

2、喚醒過程

某一個節(jié)點的從任務(wù)發(fā)送喚醒信號后，所有的節(jié)點都運行啟動過程

并等待主機任務(wù)發(fā)送一個同步間隔場和同步場；

若等待超時（TIME_OUT），請求第一個喚醒信號的節(jié)點再一次發(fā)送新的喚醒信號；

上述情況最多出現(xiàn)3次,此后，若還沒將總線喚醒，則等待3個TIME_OUT時間，再發(fā)送喚起信號。

六、用戶自定義幀

0x3E（ID 62）表示用戶定義的擴展幀，后跟任意數(shù)量的數(shù)據(jù)字節(jié)。

0x3F（ID 63）預(yù)留供將來使用。

七、LIN總線的報文長度

報文幀以一個同步間隔作為開始，以校驗和域作為結(jié)束。

報文幀中的字節(jié)域用字節(jié)間空間和幀內(nèi)響應(yīng)空間分隔。

字節(jié)間空間和幀內(nèi)響應(yīng)空間的長度沒有定義，但限制了整個報文幀的長度。

最小的幀長度TFRAME_MIN是傳輸一個幀的所需要的最小時間（字節(jié)間空間和幀內(nèi)響應(yīng)空間應(yīng)為0）；

最大的幀長度TFRAME_MAX是傳輸一個幀的最大時間。

八、LIN的報文濾波和確認

1、報文濾波

LIN的報文濾波是基于標識符的，即每一個從機任務(wù)對應(yīng)一個傳送標識符。

說明：用戶通過網(wǎng)絡(luò)配置保證任務(wù)和標識符間的對應(yīng)關(guān)系

2、報文確認

如果直到幀的末尾均沒有檢測到錯誤，則此報文對于發(fā)送器和接收器都有效。

如果報文發(fā)生錯誤，則主機和從機任務(wù)都認為報文沒有發(fā)送。

注意：主機任務(wù)和從機任務(wù)在發(fā)送和接收到一個錯誤報文時所采取的措施，并沒有在協(xié)議規(guī)范中定義。像主機重新發(fā)送或從機的后退操作都由用戶按照應(yīng)用要求在應(yīng)用層程序中來實現(xiàn)，這些需要用戶在應(yīng)用層中說明

九、LIN錯誤和異常處理：

1、錯誤檢測

A、位錯誤：

節(jié)點在發(fā)送時也監(jiān)控總線，當監(jiān)控到的位的值與發(fā)送的位的值不同時，則在這個位時間內(nèi)檢測到一個錯誤。

B、校驗和錯誤：

所有數(shù)據(jù)字節(jié)的和的補碼與校驗和之和不是“0xFF”，則檢測到校驗和錯誤。

C、標識符奇偶錯誤

所有的從機節(jié)點都能區(qū)分 ID 場中 8 位都已知的標識 符和一個已知但錯誤的標識符。

D、從機不響應(yīng)錯誤

如果任何主機任務(wù)在發(fā)送同步場和標識符后，在最大長度時間內(nèi)TFRAME_MAX中沒有完成報文幀 的發(fā)送，則產(chǎn)生一個不響應(yīng)錯誤。

E、同步場不一致錯誤

當從機檢測到同步場的邊沿在給出的容差外，則檢測到一個同步場不一致錯誤。

F、沒有總線活動

如果在接收到最后的一個有效信息后，在Ttime_out時間內(nèi)沒有檢測到有效的同步間隔場和字節(jié)場，則檢測到一個沒有總線活動錯誤。

2、故障界定

故障界定主要依靠主節(jié)點，使它可以處理盡量多的錯誤檢測、錯誤回復(fù)和診斷。故障界定基于系統(tǒng)的要求，不是LIN協(xié)議內(nèi)容。

主機控制單元要檢測以下錯誤狀態(tài)：

主機任務(wù)發(fā)送：

當回讀自己的發(fā)送時，在同步或標識符字節(jié)中的位錯誤、標識符奇偶錯誤和沒有總線活動錯誤需要被檢測。

主機節(jié)點的從機任務(wù)：

當期望或讀取來自總線上的數(shù)據(jù)時，從機不響應(yīng)錯誤和校驗和錯誤被檢測。

從機控制單元需檢測以下錯誤情況：

從機任務(wù)發(fā)送：當回讀自己的發(fā)送時，數(shù)據(jù)或校驗和場中的位錯誤被檢測。

從機任務(wù)接受：當從總線讀取數(shù)據(jù)時，標識符奇偶錯誤和校驗和錯誤需被檢測。

十、汽車上LIN總線的應(yīng)用

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右圖所示，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。

車門控制LIN網(wǎng)絡(luò)

主機節(jié)點

從機節(jié)點

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)。

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。