LIN總線系統(tǒng)解析

第第頁LIN總線系統(tǒng)解析01背景

本地互聯（網絡）LIN協(xié)議是基于Volvo衍生公司Vol（can）o（通信技術）公司（VCT）開發(fā)的Volcano-Lite技術。因為其他汽車企業(yè)也對CAN的低成本替代協(xié)議感興趣，所以建立了LIN辛迪加聯合組織。

該組織于1999年發(fā)布了LIN協(xié)議（1.0）并在2000年進行了兩次更新。2023年11月，發(fā)布了LIN1.3，主要是對物理層進行了修改，提高了節(jié)點之間的兼容性。2023年發(fā)布了（最新）的版本LIN2.0，其中包括一些重大更新，同時引入了一些新特性（例如診斷功能）。這些更新的主要目標是簡化量產從節(jié)點的使用。

02應用領域

LIN是CAN和SAEJ1850協(xié)議的補充性協(xié)議，針對時間要求不高或不需要精確容錯的應用（相比CAN協(xié)議，LIN的可靠性較低）。

LIN的目標是易于使用，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涉及整個網絡協(xié)議棧，規(guī)范涵蓋物理層、數據鏈路層、網絡層和應用層。

LIN物理層基于ISO9141（K-line）

主從式結構

單線加上地線

時間觸發(fā)的調度

1-20kb/s

顯性/隱性位

按字節(jié)的串行（通信）

線長不得超過40米

標準由LIN組織定義

04物理屬性

LIN總線（收發(fā)器）是ISO9141標準采用的收發(fā)器的修訂版?？偩€為雙向傳輸，連接到節(jié)點收發(fā)器，并且通過終斷（電阻器）和（二極管）連接到節(jié)點的Vbat（圖1）。

△圖1：收發(fā)器說明（摘錄自LIN2.0規(guī)范）

在總線上，

一個邏輯低位（0）為顯性，一個邏輯高位（1）為隱性

。

ECU的（供電）電壓（Vsup）應該在7V和18V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數據傳輸

LIN網絡通過LDF（LIN描述文件）進行描述，LDF包含關于幀和（信號）的信息。

這個文件同時用于主節(jié)點和從節(jié)點中的軟件創(chuàng)建。

主節(jié)點為控制方，確保以正確的時間間隔和周期發(fā)送數據幀，并且每個幀都在總線上獲得足夠的時間片。這種時間調度方法基于（下載）到主節(jié)點軟件的LCF（LIN配置文件）。

所有數據都通過一個包含幀頭、響應和一些響應間隔的幀進行發(fā)送，因此從節(jié)點有時間進行應答。每個幀都發(fā)送到LCF確定的數據幀槽中。

主節(jié)點發(fā)送包含幀頭的幀時，創(chuàng)建新的報文。然后從節(jié)點根據主節(jié)點發(fā)送的幀頭在幀中填充數據。

△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)點在設置好的幀槽中發(fā)送一個幀頭，然后指定的從節(jié)點為該幀填充數據。

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)點接受極可能多的信息?？梢栽谑录|發(fā)幀中填充來自多個從節(jié)點的數據。

從節(jié)點僅在值發(fā)生改變時才更新事件觸發(fā)幀中的數據。

如果多個從節(jié)點想要更新幀中的數據，會發(fā)生沖突。這種情況下，主節(jié)點應向每個從節(jié)點發(fā)送無條件幀（從優(yōu)先級最高的節(jié)點開始）。

零星幀

這種方法為本來靜態(tài)的LIN協(xié)議提供一些動態(tài)行為。

僅當主節(jié)點知道從節(jié)點中信號發(fā)生更新時，才發(fā)送零星幀的幀頭。

通常，主節(jié)點填充幀本身的數據字節(jié)，從節(jié)點是信息的接收方。

06字節(jié)字段的定義

協(xié)議面向字節(jié)，這表示數據的發(fā)送方式是每次一個字節(jié)。**一個字節(jié)字段包含一個起始位（顯性），8個數據位和一個結束位（隱性）。**數據位的發(fā)送方式為LSB優(yōu)先（最低有效位優(yōu)先）。數據傳輸可以劃分成一個主節(jié)點任務和一個從節(jié)點任務。

△圖4：字節(jié)字段的結構

主節(jié)點任務

主節(jié)點發(fā)送的幀（頭）包含三個部分：同步間隔字段、同步字節(jié)字段和一個標識符字段。每個部分都以一個起始位開始，以一個結束位結束。

同步間隔字段表示報文的開始，至少13個顯性位（包括起始位）。同步間隔以一個“間隔分隔符”結束，該分隔符至少包含一個隱性位。

△圖5：同步間隔字段

發(fā)送同步字節(jié)字段來確定兩個下降沿之間的時間，從而確定主節(jié)點使用的傳輸速率。位模式是0x55（01010101，最大下降沿數量）。這對于兼容量產從節(jié)點尤其有用。

△圖6：同步字節(jié)字段

標識符字段包含6位長的標識符和兩個奇偶校驗位。6位標識符包含關于發(fā)送方和接收方的信息，以及響應中要求的字節(jié)數。奇偶校驗位如下進行計算：校驗位P0是ID0、ID1、ID2和ID4之間進行邏輯“或”運算的結果。校驗位P1是ID1、ID3、ID4和ID5之間邏輯“或”運算后再進行反轉的結果。

△圖7：標識符字段

△圖8：幀長取決于標識符

根據主節(jié)點發(fā)送的標識符的兩個MSB（最高有效位），從節(jié)點的響應（數據字段）可以是2、4或8字節(jié)長。在LIN2.0中才提供這個能力，以前的版本只有8字節(jié)的靜態(tài)長度。

△圖9：響應數據字段

從節(jié)點任務

從節(jié)點等待同步間隔字段，然后通過同步字節(jié)字段開始主從節(jié)點之間的同步。根據主節(jié)點發(fā)送的標識符，從節(jié)點將進行接收、發(fā)送或什么都不做。應該進行發(fā)送的從節(jié)點發(fā)送主節(jié)點請求的字節(jié)數，然后以一個檢驗和字段結束傳輸。

有兩種不同類型的檢驗和。

LIN1.3中使用傳統(tǒng)的檢驗和，包含報文中所有數據字節(jié)（8個字節(jié)）的反轉八位和。LIN2.0中使用的新檢驗和在檢驗和計算中加入了保護的標識符。

反轉八位和與modulo-256不同。每次所得和大于256時，就減去255。例如，對于240+32=272，和為272，然后執(zhí)行272-255=17，得到的檢驗和為17。

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

07診斷

LIN2.0中的一項新功能是可以從主從節(jié)點讀出診斷信息。為了這個目的，使用了兩個幀標識符。

這兩個幀標識符都需要8個數據字節(jié)：主節(jié)點用標識符60（0x3c）請求幀，從節(jié)點用標識符61（0x3d）進行響應。

診斷幀的第一個字節(jié)是NAD（診斷用節(jié)點地址），這是一個字節(jié)長的診斷用節(jié)點地址。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，在普通幀中使用標準信號，有以下

特性

：

從節(jié)點上負載較低

標準化的概念

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備的要求，但是這同時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）之上構建的LIN網絡，可以使用這種方法。此方法使用NAD1到127，具備以下

特性

：

主設備上負載較低

為LIN從節(jié)點提供ISO診斷

用于更復雜和強大的LIN節(jié)點

△圖10：請求幀PCI類型=SF