[讨论] LIN总线及其在汽车分级制网络中的应用1

frozenviolet 2006-7-12 12:09 楼主

本文简述汽车总线的发展概况，介绍一种新型A类汽车总线——LIN（Local Interconnect Network）的技术要点，在分析传统汽车网络的基础上阐述了基于CAN/LIN总线的分级制汽车网络的优点及其在汽车上的应用，设计了LIN子网络。

1、引言
总线通讯技术自20世纪80年代开始应用在汽车上之后[1]，便在电子技术和汽车技术的推动下飞速发展，目前已形成了适用于不同场合的多种汽车总线标准，如MOST、CAN、TTP、LIN等。汽车总线中通讯节点和数据流量持续增加，节点日益复杂，使得汽车总线在重量、布置、成本、通信效率等方面面临困境，走出这一困境的出路在于实行汽车总线的网络化和分级制。A类总线——局域互连网LIN（Local Interconnect Network）因此应运而生。LIN是一种结构简单、配置灵活、成本低廉的新型低速串行总线，主要用作CAN等高速总线的辅助网络或子网络。在带宽要求不高、功能简单、实时性要求低的场合，如车身电器的控制等方面，使用LIN总线，可有效的简化网络线束、降低成本、提高网络通讯效率和可靠性。

2、汽车网络
目前有分别适用发动机和底盘控制、车身电器控制、车载多媒体等不同场合的多种汽车总线标准。SAE（Society of Automotive Engineering）按传输速度的不同将汽车网络总线分为三类，如表1所示。

表1 汽车网络分类

A类总线协议有许多种，然而长久以来却没有一种协议能成为该领域的通用标准。1998年Audi、Motorola、BMW、DaimlerChrysler 、VCT、Volvo和Volkswagen七家公司联合成立了LIN协会，在潜心研究A类总线的基础上提出了新型A类总线——LIN，该总线一经面世，即以其低廉的成本优异的性能广为各大厂商所接受，有望成为A类总线的国际标准。

3、LIN
LIN总线基于SCI/UART数据格式，采用单主机多从机模式，总线仅由三根导线组成（电源、地线和数据线），LIN总线的驱动/接收器规范遵从ISO9141标准，且EMI性能有所提高。LIN在硬件和软件上保证了网络节点的互操作性，并可预测EMC。

LIN的主要特点：成本低，基于通用UART/SCI接口，几乎所有微控制器都具备LIN必需的硬件；极少的信号线就可实现ISO9141标准；传输速率最高可达20Kb/s，最大总线长度40m；单主机/多从机模式，无需总线仲裁；从机节点不需石英或陶瓷振荡器就能实现自同步；保证信号传输的延迟时间；不需要改变LIN从机节点的硬件和软件就可以在网络上增加或删除节点等。

LIN总线规范的初始版本LIN1.0由LIN协会在1999年7月发布，后几经修订，现行版本为LIN协会在2003年9月发布的LIN2.0。LIN规范包括传输协议规范、传输媒介、开发工具接口和软件程序编制接口。LIN的规范化将改变低端汽车网络杂乱的现状，并将降低汽车电子设备的开发、生产、服务和维护成本。

3.1 LIN拓扑结构
LIN采用单主机多从机模式，一个LIN网络包括一个主机节点和若干个从机节点。（由于过多节点将导致网络阻抗过低，一个LIN网络中节点总数不宜超过16。）主机节点既包括主机任务也包括从机任务，从机节点都只包括从机任务，如图1所示。主机节点也可以通过网关和其他总线如CAN连接。

图1 LIN拓扑结构

    3.2 LIN数据传输
    LIN总线中数据借助报文帧来传输，报文帧由报文头和响应组成。
    报文头只能由主机任务发送，它包括同步间隔场、同步场和标识符场三个部分。同步间隔场为至少13个连续的显性位（低电平），它标志着一个报文帧的开始。其后为同步场，同步场逻辑值为0x55，从机节点利用同步场来实现与主机节点的同步。标识符场紧跟在同步场之后，长度为一个字节。标识符场中低6位为标识符位，共可组成64个标识符，其中60个用作一般报文传输、两个用作诊断帧、一个用作用户定义帧、一个留作LIN扩展用。标识符后两位为奇偶校验位。

标识符指出当前帧的内容，从机节点据此来确定自己是否应该对当前帧做出响应、做出何种响应。
响应由从机任务发送，它由数据场和校验和场组成。数据场由报文帧所携带的数据组成，长度为一到八个字节。报文帧的最后为校验和场，长度为一字节，LIN1.3及其以前的规范版本中规定校验和场仅对数据场作校验，称为传统校验和，LIN2.0规范中规定校验和场校验范围包括数据场和标识符场，称为增强校验和。

一个完整的报文帧如图2所示。