LIN總線技術(shù)及其應(yīng)用研究

摘要：本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)LIN總線是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、配置靈活的新型串行通信網(wǎng)絡(luò)。主要用于實(shí)現(xiàn)汽車內(nèi)部諸多電子控制單元之間的通信,為目前在汽車行業(yè)內(nèi)廣泛使用的現(xiàn)場(chǎng)總線提供輔助功能，即作為子網(wǎng)絡(luò)。本文認(rèn)為在一些對(duì)通信速率要求不高的工業(yè)及家用電器領(lǐng)域完全可以使用并推廣該總線技術(shù)。

關(guān)鍵詞：LIN總線；串行通訊；主從節(jié)點(diǎn)；工業(yè)應(yīng)用

引言

　　LIN 本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是一種將開關(guān)、顯示器、傳感器及執(zhí)行器等簡(jiǎn)單控制設(shè)備連接起來的串行通信網(wǎng)絡(luò)，主要用于實(shí)現(xiàn)汽車中的分布式電子系統(tǒng)控制。因其主要目標(biāo)是為汽車網(wǎng)絡(luò)(如CAN總線)提供輔助功能，因此通常作為子網(wǎng)絡(luò)，用于一些不需要諸如CAN總線的帶寬和多功能的場(chǎng)合，比如智能傳感器和制動(dòng)裝置之間的通信。使用LIN總線可大大節(jié)省成本，該低成本的串行通信模式和相應(yīng)的開發(fā)環(huán)境已經(jīng)由LIN協(xié)會(huì)制定成標(biāo)準(zhǔn)，為汽車制造商以及供應(yīng)商在研發(fā)、應(yīng)用電子產(chǎn)品方面降低成本。但是，LIN的應(yīng)用并不局限于汽車領(lǐng)域，在諸如工業(yè)控制領(lǐng)域也理所應(yīng)當(dāng)占有廣闊的應(yīng)用地位和前景。

　　LIN 總線的技術(shù)特點(diǎn)包括：⑴單主機(jī)，多從機(jī)結(jié)構(gòu)(沒有總線仲裁)；⑵基于普通UART/ SCI 接口的低成本硬件、低成本軟件或作為純狀態(tài)機(jī)；⑶帶時(shí)間同步的多點(diǎn)廣播接收，從節(jié)點(diǎn)無需石英或陶瓷振蕩器；⑷確定性的信號(hào)傳輸；⑸低成本的單線實(shí)現(xiàn)；⑹速率可達(dá)20 kbit/s；⑺總線長(zhǎng)度≤40m；⑻保證信號(hào)傳輸?shù)难舆t時(shí)間；⑼可選的數(shù)據(jù)場(chǎng)長(zhǎng)度0~8bytes；⑽靈活性的配置；⑾數(shù)據(jù)校驗(yàn)和的安全性和錯(cuò)誤檢測(cè)；⑿網(wǎng)絡(luò)中故障節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)；⒀使用最小成本的半導(dǎo)體元件(小尺寸,單芯片系統(tǒng))；⒁不需改變LIN從節(jié)點(diǎn)的硬件和軟件即可在網(wǎng)絡(luò)上增加節(jié)點(diǎn)；⒂ 通常一個(gè)LIN 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)小于16 個(gè)。

LIN2.0總線技術(shù)

　　LIN2.0版本反映了LIN協(xié)會(huì)的定義趨勢(shì)，通過比較LIN1.3和LIN2.0規(guī)范，可看到最重大的兩個(gè)變化是對(duì)于配置和診斷的標(biāo)準(zhǔn)化支持，以及指定節(jié)點(diǎn)能力文件，這都是為了要簡(jiǎn)化現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)的使用。LIN工作原理是基于單主/多從概念。在一個(gè)LIN簇中，由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)以及數(shù)個(gè)從節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。主節(jié)點(diǎn)由主機(jī)任務(wù)和從機(jī)任務(wù)組成。而所有其他的節(jié)點(diǎn)只包含從機(jī)任務(wù)。圖1所示為典型的LIN簇，即一個(gè)主節(jié)點(diǎn)，兩個(gè)從節(jié)點(diǎn)。主機(jī)任務(wù)決定何時(shí)以及傳送哪一幀，而從機(jī)任務(wù)則傳送幀數(shù)據(jù)。
　
圖1單主多從原理圖

　　LIN2.0報(bào)文幀由幀頭和幀響應(yīng)組成，其中幀頭由主機(jī)任務(wù)傳送，幀響應(yīng)由從機(jī)任務(wù)傳送。每個(gè)報(bào)文幀都包含2、4、8字節(jié)的數(shù)據(jù)。報(bào)文幀的結(jié)構(gòu)由一個(gè)同步間隔域(Break)以及隨后的4至11個(gè)字節(jié)域(byte field)構(gòu)成，如圖2所示。
　
圖2 LIN報(bào)文幀結(jié)構(gòu)及字節(jié)域結(jié)構(gòu)

表1 LIN總線和CAN總線性能比較

同步間隔域

　　同步間隔域可看作是一中斷，用來表示一個(gè)新報(bào)文幀的開始，由主節(jié)點(diǎn)中的主機(jī)任務(wù)在LIN總線上產(chǎn)生至少13位顯性狀態(tài)，其中包含起始位和同步界定符。

　　·同步域：其格式為0x55，表現(xiàn)為8個(gè)位定時(shí)中有5個(gè)下降沿。

　　·保護(hù)識(shí)別符：用于描述報(bào)文數(shù)據(jù)的含義，一個(gè)保護(hù)識(shí)別符域由兩個(gè)子域組成：其中第0位到第5位是識(shí)別符位，第6和第7位是奇偶校驗(yàn)位。識(shí)別符共6位，取值范圍為0至63。識(shí)別符可分為4類：
　　　　
　　0到59(0x3b)用于信號(hào)傳輸?shù)膱?bào)文幀；

　　60(0x3c)和61(0x3d)用于傳送診斷數(shù)據(jù)；

　　62(0x3e)為留給用戶的擴(kuò)展幀；
　
　　63(0x3f)為保留用于以后協(xié)議增訂使用。

　　·數(shù)據(jù)域：一個(gè)報(bào)文幀可以“攜帶”0到8字節(jié)的數(shù)據(jù)。

　　·校驗(yàn)和：校驗(yàn)和等于數(shù)據(jù)域所有字節(jié)的和的取反。對(duì)于只計(jì)算數(shù)據(jù)域所有字節(jié)的校驗(yàn)和，稱為傳統(tǒng)校驗(yàn)和。如果校驗(yàn)和要將保護(hù)識(shí)別符和數(shù)據(jù)域所有字節(jié)一起計(jì)算，則稱為增強(qiáng)性校驗(yàn)和。

表1  LIN總線和CAN總線性能比較
　
　　由表1可見，LIN總線的整體性能要比CAN差很多，但LIN總線較CAN總線的最大優(yōu)勢(shì)在于實(shí)現(xiàn)成本比較低，由于LIN面向的是并不需要CAN的性能、帶寬及復(fù)雜性的低端系統(tǒng)，因此在這些場(chǎng)合中LIN有較為廣泛的應(yīng)用。
　
圖3  UJA1023配置流程圖