LIN總線通信技術(shù)在汽車通信控制網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

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(shí)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(dòng)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(diǎn)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(hào)總線，和一個(gè)無固定時(shí)間基準(zhǔn)的節(jié)點(diǎn)同步時(shí)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(huì)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(gè)LIN網(wǎng)絡(luò)通常由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)、一個(gè)或多個(gè)從節(jié)點(diǎn)組成。所有節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)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(diǎn)除此之外還有一個(gè)主發(fā)送任務(wù)。一個(gè)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(gè)起始報(bào)文，該起始報(bào)文由同步斷點(diǎn)、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(gè)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(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)和一個(gè)校驗(yàn)碼所組成。起始報(bào)文和應(yīng)答部分構(gòu)成一個(gè)完整的報(bào)文幀。通常由報(bào)文標(biāo)志符指示該報(bào)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(diǎn)到一個(gè)或多個(gè)從節(jié)點(diǎn)，也可以由一個(gè)從節(jié)點(diǎn)到主節(jié)點(diǎn)或其它的從節(jié)點(diǎn)。通信信號(hào)可以在從節(jié)點(diǎn)之間傳播，而不經(jīng)過主節(jié)點(diǎn)，或者主節(jié)點(diǎn)廣播消息到網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)，報(bào)文幀的時(shí)序受主控制器控制。圖1為LIN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和報(bào)文組成示意圖。
LIN總線通信技術(shù)在汽車通信控制網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用
LIN總線通信技術(shù)在汽車通信控制網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用
圖1 LIN通訊概念
LIN的報(bào)文幀結(jié)構(gòu)
報(bào)文傳輸是由報(bào)文幀的格式形成和控制的，報(bào)文幀由主機(jī)任務(wù)向從機(jī)任務(wù)傳送同步和標(biāo)識(shí)符信息，并將一個(gè)從機(jī)任務(wù)的信息傳送到所有的其它從機(jī)任務(wù)。主機(jī)任務(wù)位于主機(jī)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部，負(fù)責(zé)報(bào)文的進(jìn)度表，發(fā)送報(bào)文頭。從機(jī)任務(wù)位于所有的（即主機(jī)或從機(jī)）節(jié)點(diǎn)間，其中一個(gè)（主機(jī)節(jié)點(diǎn)或從機(jī)節(jié)點(diǎn)）發(fā)送報(bào)文的響應(yīng)。報(bào)文幀結(jié)構(gòu)如圖2所示，一個(gè)報(bào)文幀由一個(gè)主機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的報(bào)文頭和一個(gè)主機(jī)或從機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的響應(yīng)組成。報(bào)文幀的報(bào)文頭包括一個(gè)同步間隔場、一個(gè)同步場和一個(gè)標(biāo)識(shí)符場。報(bào)文幀的響應(yīng)則由3個(gè)到9個(gè)字節(jié)場組成：2、4或8字節(jié)數(shù)據(jù)場和1個(gè)校驗(yàn)和場。
圖2 LIN報(bào)文幀
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(jì)中應(yīng)該首先考慮的是安全問題，所以對(duì)于那些關(guān)鍵控制部分如：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、自動(dòng)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(duì)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(jī)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(duì)于這些成本比較敏感的單元，LIN可以使那些機(jī)械元件，如智能傳感器、制動(dòng)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(hù)和服務(wù)。在LIN實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)中，通常將模擬信號(hào)量用數(shù)字信號(hào)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3 LIN在汽車網(wǎng)絡(luò)全套解決方案中應(yīng)用
圖中CAN總線連接了傳動(dòng)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(jì)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(fèi)電子產(chǎn)品中。
LIN總線與MCU的接口設(shè)計(jì)

圖4 LIN接口芯片MC33993與MCU的典型接口方式
結(jié)語
LIN 是一個(gè)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(dòng)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(tuán)體FlexRay Consortium，正致力于為未來的汽車開發(fā)更高速的、具有容錯(cuò)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(dá)到10M。屆時(shí)，X-by-Wire將配合CAN、LIN一起組成整個(gè)汽車的通信控制網(wǎng)絡(luò)。