LIN總線及其在汽車分級制網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

1、lin總線及其在汽車分級制網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用 通訊技術(shù)自20世紀80年月開頭應(yīng)用在汽車上之后，便在技術(shù)和汽車技術(shù)的推進下飛快進展，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)增強，節(jié)點日益復(fù)雜，使得汽車總線在分量、布置、成本、通信效率等方面瀕臨逆境，走出這一逆境的出路在于采取汽車總線的網(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)容易、配置靈便、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、功能容易、實時性要

2、求低的場合，如車身電器的控制等方面，用法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)通訊效率和牢靠性。 2、汽車網(wǎng)絡(luò)目前有分離適用發(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，然而長期以來卻沒有一種協(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，在潛心討論a類總線的基

3、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、linlin 總線基于sci/uart數(shù)據(jù)格式，采納單主機多從機模式，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。lin的主要特點：成本低，基于通用uart/sci接口，幾乎全部微控制器都具備lin必須的硬件；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

4、石英或陶瓷就能實現(xiàn)自同步；保證信號傳輸?shù)难舆t時光；不需要轉(zhuǎn)變lin從機節(jié)點的硬件和軟件就可以在網(wǎng)絡(luò)上增強或刪除節(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)范化將轉(zhuǎn)變低端汽車網(wǎng)絡(luò)雜亂的現(xiàn)狀，并將降低設(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采納單主機多從機模式，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。（因為過多節(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

5、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)，1所示。主機節(jié)點也可以通過網(wǎng)關(guān)和其他總線如can銜接。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。同步間隔場為起碼13個延續(xù)的顯性位（低電平），它標記著一個報文幀的開頭。其后為同步場，同步場規(guī)律值為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個用作普通報文傳輸、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

6、偶校驗位。標識符指出當(dāng)前幀的內(nèi)容，從機節(jié)點據(jù)此來確定自己是否應(yīng)當(dāng)對當(dāng)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，稱為增加校驗和。一個完整的報文幀2所示。圖2 lin報文幀按照傳輸條件的不同，報文幀可分為肯定幀、觸發(fā)幀、離散幀、診斷幀、用戶定義幀和保留幀六種。lin總線上的全部通訊都由主機節(jié)點中的主機任務(wù)發(fā)起，主機任務(wù)按照時間表來確定當(dāng)前的通

7、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)當(dāng)對當(dāng)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，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的診斷幀將全部從機節(jié)點置為睡眠狀態(tài)，假如總線在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)點都可以哀求喚醒總線，總線上的全部節(jié)點在接收到喚醒哀求后應(yīng)脫離睡眠狀態(tài)并為接收總線指令做好預(yù)備。主機節(jié)點

8、接收到喚醒哀求后也被喚醒，并在從機節(jié)點預(yù)備好之后發(fā)送幀頭，尋覓喚醒緣由。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全都錯誤。主機節(jié)點和從機節(jié)點分離檢測這六種錯誤中的若干種。4lin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、執(zhí)行器等的銜接。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

9、、提高線路布置的便利靈便性、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)4所示?，F(xiàn)以車門lin網(wǎng)絡(luò)為例介紹lin總線設(shè)計的普通辦法。車門控制lin網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及其在車門上的布置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)并接受上的遠程信息，據(jù)此產(chǎn)生控制命令，并將命令轉(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舉行拆封、解讀，然后按照獲得的命令控制相應(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)點分離將其控制部件所處狀態(tài)反饋

10、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應(yīng)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)銜接的網(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)節(jié)電機、除霜加熱器等組成。主機節(jié)點和從機節(jié)點控制器均采納philips的高性能8位p87lpc768，該單片機除具有51系列單片機典型功能，徹低滿足lin控制器的硬件要求外，還具有片內(nèi)和振蕩器等模塊，可有效簡化lin節(jié)點結(jié)構(gòu)，

11、降低成本。lin采納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(dāng)傳輸速率低于10/時, tja1020可以工作在低斜率模式下而進一步降低電磁輻射。主要由philips公司生產(chǎn)的調(diào)整器sa57022構(gòu) 成，sa57022可通過on/off引腳開啟或關(guān)閉，它與lin收發(fā)器協(xié)作實現(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等功率開關(guān)器件取代傳統(tǒng)的作為各執(zhí)行器的開關(guān)器件，具有響應(yīng)快速、牢靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，并可通過其反饋引腳診