LIN通讯原理.doc

LIN简介 LIN协会创建于1998年末，最初的发起人为为宝马、Volvo、奥迪、VW、戴姆勒-克莱斯勒、摩托罗拉和 VCT等，五家汽车制造商，一家半导体厂商以及一家软件工具制造商。该协会将主要目的集中在定义一套开放的标准，该标准主要针对车辆中低成本的内部互联网络（LIN, local interconnect networks），这些地方无论是带宽还是复杂性都不必要用到CAN网络。LIN标准包括了传输协议的定义、传输媒质、开发工具间的接口、以及和软件应用程序间的接口。LIN提升了系统结构的灵活性，并且无论从硬件还是软件角度而言，都为网络中的节点提供了相互操作性，并可预见获得更好的EMC（电磁兼容）特性。 LIN补充了当前的车辆内部多重网络，并且为实现车内网络的分级提供了条件，这可以有助于车辆获得更好的性能并降低成本。LIN协议致力于满足分布式系统中快速增长的对软件的复杂性、可实现性、可维护性所提出的要求，它将通过提供一系列高度自动化的工具链来满足这一要求。 LIN（Local Interconnect Network） Bus是一种串行通讯总线，它有效地支持汽车应用中分布式机械电子节点的控制。它的使用范围是带单主机节点和一组从机节点的多点总线，其系统结构如图 1-1所示。图 1-1 LIN Bus系统结构 LIN Bus系统主要特性有： 单主机多从机组织（即没有总线仲裁），配置灵活； 基于普通UART/SCI 接口的低成本硬件实现低成本软件协议； 带时间同步的多点广播接收，从机节点无需石英或陶瓷谐振器，可以实现自同步； 保证信号传输的延迟时间。可选的报文帧长度：2、4 和8 字节； 数据校验和的安全性和错误检测，自动检测网络中的故障节点； 使用最小成本的半导体组件（小型贴片，单芯片系统）。 速度高达20kbit/s； LIN网络由一个主节点以及一个或多个从节点组成，媒体访问由主节点控制-从节点中不必有仲裁或冲突管理。可以保证最差状态下的信号传输延迟时间。 LIN相对于CAN的成本节省主要是由于采用单线传输、硅片中硬件或软件的低实现成本和无需在从节点中使用石英或陶瓷谐振器。 LIN物理层 总线驱动/接收器的定义遵循ISO 9141单线标准，并带有一些增强性能。总线为单线传输，与总线通过终端电阻由电池正极节点(VBAT)提供。总线收发器采用增强型的ISO 9141实现标准。总线可以取两个互补的逻辑值：主控值其电压接近于接地端，代表逻辑值0，退让值其电压与电池电压接近，代表逻辑值1。 总线采用上拉电阻作为终端，主节点的上拉电阻为1kOhm，从节点的上拉电阻为30kOhm。电阻需串联一个二极管以防止由于本地电源泄漏对总线产生的干扰。从节点的终端电容通常值为 CSlave= 220pF，主节点的电容要更高以使整个总线的电容小于从节点的值。 由于采用单线媒质传输，最大的传输波特率被限定在20kbit/s以内。该值为从满足信号同步而不产生冲突的最高值，到为满足电磁兼容性要求而要达到的传输最低值之间的实验中间值。最小的传输波特率为1kbit/s-这有助于避免在实际中产生超时冲突。 LIN协议 通过LIN总线传输的实体为帧。一个报文帧由帧头以及回应（数据）部分组成。在一个激活的LIN 网络中，通讯通常由主节点启动，主节点任务发送包含有同步间隙的报文头，同步字节以及报文标志符(ID)。一个从节点的任务通过接收并过滤标志符被激活，并启动回应报文的传送。回应中包含了1到8个字节的数据以及一个字节的校验码。 传输一帧所花费的总的时间是发送每个字节所用的时间，加上从节点的回应间隙，再加上传输每个字节的间隙时间(inter-byte space)。字节间隙是指发送完前一个字节的停止位后到发送下一个字节的启动位之间的时间。 LIN协议的核心特性是使用进度表(schedule table)。进度表有助于保证总线不出现过载的情况，他们同样是保证信号定期传输的核心组件。在一组LIN节点中只有主节点任务才可以启动通讯保证了行为的确定性。主节点有责任保证与操作模式相关的所有帧都必须分配了足够长的传输时间。 LIN信息是以报文的形式传送的。报文传输是由报文帧的格式形成和控制的。报文帧由主机任务向从机任务传送同步和标识符信息，并将一个从机任务的信息传送到所有其它从机任务。主机任务位于主机节点内部，它负责报文的进度表、发送报文头（HEADER）。从机任务位于所有的（即主机和从机）节点中，其中一个（主机节点或从机节点）发送报文的响应（RESPONSE）。 帧内部间隔（inter-frame space）是从上一帧发送完毕后到下一帧启动发送间的时间间隔。帧由帧间间隔以及接下来的4到11个字节域组成。 一个报文帧如图 1-2所示，是由一个主机节点发送的报文头和一个主机或从机节点发送的响应组成。报文帧的报文头包括一个同步间隔场（SYNCH BREAK FIELD）、一个同步场（SYNCH FIELD）和一个标识符场。报文帧的响应（RESPONSE）则由3 个到9 个字节场组成：2、4 或8 字节的数据场（DATA FIELD）和一个校验和场（CHECKSUM FIELD）。字节场由字节间空间分隔，报文帧的报文头和响应是由一个帧内响应空间分隔。最小的字节间空间和帧内响应空间是0，这些空间的最大长度由报文帧的最大长度TFRAME_MAX。图 1-2 LIN 报文帧 LIN信息传输过程 LIN从机向主机传输数据示如图 1-3所示，整个过程在主机的协调下进行。图 1-3 从机向主机传输数据 LIN主机向两个或两个以上的从机发送数据如图 1-4所示，整个过程在主机的协调下进行。图 1-4 主机向两个或两个以上的从机发送数据 从机和从机之间传输数据如图 1-5所示，整个过程在主机的协调下进行。图 1-5 从机和从机之间传输数据 LIN物理层控制 同步间隔（SYNCHRONISATION BREAK）检测 为了能清楚识别报文帧的开始，报文帧的第一个场是一个同步间隔。同步间隔场（SYNCH BREAK FIELD）是由主机任务发送，它使所有的从机任务与总线时钟信号同步。同步间隔场有两个不同的部分如图 1-6所示。第一个部分是由一个持续TSYNBRK或更长时间（即最小是TSYNBRK不需要很严格）的显性总线电平。接着的第二部分是最少持续TSYNDEL 时间的隐性电平，作为同步界定符。第二个场允许用来检测下一个同步场（SYNCH FIELD）的起始位。最大的间隔和界定符时间没有精确的定义，但必须符合整个报文头THEADER_MAX 的总体时间预算，THEADER_MAX在表 1-1中定义。图 1-6 同步间隔场表 1-1 报文的定时 同步间隔场的显性电平长度至少为TSYNBRK（可以更长），这个时间是用主机位定时来测量。最小值应根据连接从机节点指定的最小本地时钟频率所要求的阀值而得出。 LIN应用 采用LIN可实现车内网络分级，从而成为车辆制造商提供更高的质量及更低成本的重要因素。它可以为工业领域的软件开发提供最好的实现方式：抽象及更好的组合能力。LIN可以简化很多现有的低端复合解决方案，并且可以降低车辆电子系统的开发、生产、服务及后勤成本。 采用配备LIN的轿车生产线正在快速增长，而下一代轿车雄心勃勃的计划也许是LIN成功的最好证明。简捷而完整的LIN规范包含了完整的网络概念，极高的自动化程度已经使LIN和CAN成为了车内通讯网络的主干。一部分市场增长甚至出现在车内网络部分减少的地方。 2003年发布的LIN 2.0规范增强了组件在不同车辆生产厂商间的通用性，并且通过引入节点能力描述文件(Node Capability Description File)增强了自动化设计能力，同时还对同一网络中的相