LIN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與汽車電子控制

2004年6月B版

摘  要:LIN是一種串行通信協(xié)議，它作為現(xiàn)有汽車網(wǎng)絡(luò)在功能上的一種補充，可有效地支持汽車應(yīng)用中分布式機械電子節(jié)點的控制，且質(zhì)量高、成本低、標(biāo)準(zhǔn)化，因此倍受汽車制造商以及供應(yīng)商的青睞。本文重點介紹LIN的基本概念及其在汽車網(wǎng)絡(luò)全套解決方案中的應(yīng)用及LIN接口設(shè)計。

關(guān)鍵詞: LIN; CAN;  MCU;  MC33399; EMI

引言

　　LIN(Local Interconnect Network)是由汽車廠商專門為汽車開發(fā)的一種低成本串行通信網(wǎng)絡(luò)，用于實現(xiàn)汽車中的分布式電子系統(tǒng)控制。其主要目的是為現(xiàn)有汽車網(wǎng)絡(luò)CAN(Control Area Network)提供輔助功能，目標(biāo)用于低端系統(tǒng)，無需CAN的性能、帶寬以及復(fù)雜性?？梢哉fLIN是一種輔助的總線網(wǎng)絡(luò)。在不需要CAN 總線的帶寬和多功能的場合，諸如智能傳感器和制動裝置之間的通信，使用LIN總線可大大降低成本。LIN的標(biāo)準(zhǔn)化簡化了現(xiàn)存的多種多點解決方案，且可以降低在汽車電子領(lǐng)域中的開發(fā)、生產(chǎn)、服務(wù)和后勤成本。LIN也因此在汽車及其它工業(yè)領(lǐng)域的分布式控制中得到廣泛應(yīng)用。

LIN總線

　　在LIN技術(shù)規(guī)范中，除定義了基本協(xié)議和物理層外，還定義了開發(fā)工具和應(yīng)用軟件接口。LIN通訊基于SCI(UART)數(shù)據(jù)格式，采用單主控制器，多從設(shè)備的模式。僅使用一根12V信號總線，和一個無固定時間基準(zhǔn)的節(jié)點同步時鐘線。這種低成本的串行通信模式和相應(yīng)的開發(fā)環(huán)境目前已由LIN協(xié)會制定成標(biāo)準(zhǔn)。

LIN網(wǎng)絡(luò)的特性

LIN總線主要特性如下：

LIN的通信規(guī)則

　　一個LIN網(wǎng)絡(luò)通常由一個主節(jié)點、一個或多個從節(jié)點組成。所有節(jié)點都有一個從通訊任務(wù)，該通信任務(wù)分為發(fā)送任務(wù)和接收任務(wù)。主節(jié)點除此之外還有一個主發(fā)送任務(wù)。一個LIN網(wǎng)絡(luò)上的通訊總是由主發(fā)送任務(wù)所發(fā)起的。主控制器發(fā)送一個起始報文，該起始報文由同步斷點、同步字、消息標(biāo)志符所組成。相應(yīng)的，在接收并且濾除消息標(biāo)志符后，一個從任務(wù)被激活并且開始消息的應(yīng)答傳輸。該應(yīng)答由2/4/8個數(shù)據(jù)字節(jié)和一個校驗碼所組成。起始報文和應(yīng)答部分構(gòu)成一個完整的報文幀。通常由報文標(biāo)志符指示該報文的組成。這種通訊規(guī)則可以用多種方式來交換數(shù)據(jù)，可以由主節(jié)點到一個或多個從節(jié)點，也可以由一個從節(jié)點到主節(jié)點或其它的從節(jié)點。通信信號可以在從節(jié)點之間傳播，而不經(jīng)過主節(jié)點，或者主節(jié)點廣播消息到網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點，報文幀的時序受主控制器控制。圖1為LIN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和報文組成示意圖。

LIN的報文幀結(jié)構(gòu)

　　報文傳輸是由報文幀的格式形成和控制的，報文幀由主機任務(wù)向從機任務(wù)傳送同步和標(biāo)識符信息，并將一個從機任務(wù)的信息傳送到所有的其它從機任務(wù)。主機任務(wù)位于主機節(jié)點內(nèi)部，負(fù)責(zé)報文的進度表，發(fā)送報文頭。從機任務(wù)位于所有的(即主機或從機)節(jié)點間，其中一個(主機節(jié)點或從機節(jié)點)發(fā)送報文的響應(yīng)。報文幀結(jié)構(gòu)如圖2所示，一個報文幀由一個主機節(jié)點發(fā)送的報文頭和一個主機或從機節(jié)點發(fā)送的響應(yīng)組成。報文幀的報文頭包括一個同步間隔場、一個同步場和一個標(biāo)識符場。報文幀的響應(yīng)則由3個到9個字節(jié)場組成：2、4或8字節(jié)數(shù)據(jù)場和1個校驗和場。

LIN網(wǎng)絡(luò)在汽車電子控制解決方案中的應(yīng)用

　　在汽車電子控制單元的設(shè)計中應(yīng)該首先考慮的是安全問題，所以對于那些關(guān)鍵控制部分如：汽車發(fā)動機、自動變速箱、剎車裝置、安全氣囊等單元應(yīng)該采用分散式控制；而對于那些與安全無關(guān)的單元比如：汽車的門窗、方向盤、座椅、空調(diào)、照明、濕度傳感器、交流發(fā)電機控制單元等，出于成本的考慮可以采用CAN與LIN混合的集中控制方式。對于這些成本比較敏感的單元，LIN可以使那些機械元件，如智能傳感器、制動器或光敏器件得到較廣泛的應(yīng)用。這些器件可以很容易地連接到汽車網(wǎng)絡(luò)中，并得到十分方便的維護和服務(wù)。在LIN實現(xiàn)的系統(tǒng)中，通常將模擬信號量用數(shù)字信號量所替換，這將使總線性能得到優(yōu)化。圖3是 LIN在汽車車身控制網(wǎng)絡(luò)解決方案中的應(yīng)用。

　　圖中CAN總線連接了傳動裝置控制單元、燈控單元、門控單元、座椅控制單元以及儀表系控制單元等。而LIN總線構(gòu)成的LIN網(wǎng)絡(luò)作為CAN網(wǎng)絡(luò)的輔助網(wǎng)絡(luò)，連接了車門窗控制單元、雨刷控制單元、天線控制單元等低速設(shè)備?？梢钥闯?，作為CAN網(wǎng)絡(luò)的輔助網(wǎng)絡(luò)，目標(biāo)應(yīng)用主要在低端系統(tǒng)，不需要CAN的性能、帶寬及復(fù)雜性。與CAN相比使系統(tǒng)成本更低。

　　盡管LIN最初的設(shè)計目的是應(yīng)用于汽車電子控制系統(tǒng)，由于其特有的性能，LIN也正廣泛應(yīng)用于工業(yè)化傳感器總線、民用消費電子產(chǎn)品中。

LIN總線與MCU的接口設(shè)計

　　一般的微控制器MCU (Microcontroller Unit)的LIN總線是通過其SCI 串行通訊接口經(jīng)過一個LIN總線接口芯片來實現(xiàn)的。MC33399就是Motorola公司專為汽車輔助總線LIN的應(yīng)用而設(shè)計的物理層器件，它適應(yīng)于LIN的規(guī)范，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可參見圖4，MC33399的主要特性如下：通信速率從1kB/S~20kB/S；正常工作電壓8~18VDC；有正常與睡眠兩種工作模式，無源節(jié)點不會打擾網(wǎng)絡(luò)，非常低的睡眠待機電流，與MCU的接口可控制外部電壓調(diào)節(jié)器，LIN BUS極限電壓完全同LIN協(xié)議特性參數(shù)兼容，它可從LIN總線、MCU命令和高壓喚醒輸入被喚醒，內(nèi)部有上拉電阻，較高的電磁兼容免疫性能。總線回轉(zhuǎn)率控制根據(jù)LIN協(xié)議規(guī)范(推薦值為2V。US)。如果采用MC33399 LIN總線物理接口電路實現(xiàn)微處理器MCU的LIN總線接口設(shè)計，那么它們在車輛控制之中的接口設(shè)計如圖-4所示。MC33399的RXD和TXD分別與MCU的SCI連接，其使能端EN與MCU的任意一個I/O線連接并受MCU的控制。VSUP接電瓶正極，WAKE受一個外部開關(guān)控制，INH控制MCU的電源調(diào)節(jié)器。LIN端搭接LIN sub bus輔助總線。

結(jié)語

　　LIN 是一個值得投資的總線通信，它不要求有CAN 的帶寬和多功能性。線驅(qū)動器接收器的規(guī)范遵從ISO 9141 標(biāo)準(zhǔn)， 而且EMI 性能有所提高。目前由汽車廠商和半導(dǎo)體廠商共同組成的團體FlexRay Consortium，正致力于為未來的汽車開發(fā)更高速的、具有容錯性的、支持分布式控制系統(tǒng)的總線“X-by-Wire”，X-by-Wire的通信速率將達到10M。屆時，X-by-Wire將配合CAN、LIN一起組成整個汽車的通信控制網(wǎng)絡(luò)?！?/P>

參考文獻

1.J.W.Specks,A,Rajnak,;LIN----Protocol, Development Tools,  and Software Interface  for  Local   Interconnect Network Vehicle, 9th Congresson Electronic System forVechlie,Baden-Baden,Germany,Oct ,5/6,2000.

2.LINProtocolSpecification,Version 1.2 ,17 november 2000.

3. www.lin-subbus.or  MC33399