|
LIN(Local Interconnect Network)是由汽車廠商專門為汽車開發的一種低成本串行通信網絡，用于實現汽車中的分布式電子系統控制。其主要目的是為現有汽車網絡CAN(Control Area Network)提供輔助功能，目標用于低端系統，無需CAN的性能、帶寬以及復雜性。可以說LIN是一種輔助的總線網絡。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的標準化簡化了現存的多種多點解決方案，且可以降低在汽車電子領域中的開發、生產、服務和后勤成本。LIN也因此在汽車及其它工業領域的分布式控制中得到廣泛應用。 LIN總線 在LIN技術規范中，除定義了基本協議和物理層外，還定義了開發 工具和應用軟件接口。LIN通訊基于SCI(UART)數據格式，采用單主控制器，多從設備的模式。僅使用一根12V信號總線，和一個無固定時間基準的節點同步時鐘線。這種低成本的串行通信模式和相應的開發環境目前已由LIN協會制定成標準。 LIN網絡的特性 LIN總線主要特性如下： LIN的通信規則 一個LIN網絡通常由一個主節點、一個或多個從節點組成。所有節點都有一個從通訊任務，該通信任務分為發送任務和接收任務。主節點除此之外還有一個主發送任務。一個LIN網絡上的通訊總是由主發送任務所發起的。主控制器發送一個起始報文，該起始報文由同步斷點、同步字、消息標志符所組成。相應的，在接收并且濾除消息標志符后，一個從任務被激活并且開始消息的應答傳輸。該應答由2/4/8個數據字節和一個校驗碼所組成。起始報文和應答部分構成一個完整的報文幀。通常由報文標志符指示該報文的組成。這種通訊規則可以用多種方式來交換數據，可以由主節點到一個或多個從節點，也可以由一個從節點到主節點或其它的從節點。通信信號可以在從節點之間傳播，而不經過主節點，或者主節點廣播消息到網絡中的所有節點，報文幀的時序受主控制器控制。圖1為LIN的網絡結構和報文組成示意圖。 圖1 LIN通訊概念 LIN的報文幀結構 報文傳輸是由報文幀的格式形成和控制的，報文幀由主機任務向從機任務傳送同步和標識符信息，并將一個從機任務的信息傳送到所有的其它從機任務。主機任務位于主機節點內部，負責報文的進度表，發送報文頭。從機任務位于所有的(即主機或從機)節點間，其中一個(主機節點或從機節點)發送報文的響應。報文幀結構如圖2所示，一個報文幀由一個主機節點發送的報文頭和一個主機或從機節點發送的響應組成。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識符場。報文幀的響應則由3個到9個字節場組成：2、4或8字節數據場和1個校驗和場。 圖2 LIN報文幀 LIN網絡在汽車電子控制解決方案中的應用 在汽車電子控制單元的設計中應該首先考慮的是安全問題，所以對于那些關鍵控制部分如：汽車發動機、自動變速箱、剎車裝置、安全氣囊等單元應該采用分散式控制；而對于那些與安全無關的單元比如：汽車的門窗、方向盤、座椅、空調、照明、濕度傳感器、交流發電機控制單元等，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用。這些器件可以很容易地連接到汽車網絡中，并得到十分方便的維護和服務。在LIN實現的系統中，通常將模擬信號量用數字信號量所替換，這將使總線性能得到優化。圖3是 LIN在汽車車身控制網絡解決方案中的應用。 圖3 LIN在汽車網絡全套解決方案中應用 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總線構成的LIN網絡作為CAN網絡的輔助網絡，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備。可以看出，作為CAN網絡的輔助網絡，目標應用主要在低端系統，不需要CAN的性能、帶寬及復雜性。與CAN相比使系統成本更低。 盡管LIN最初的設計目的是應用于汽車電子控制系統，由于其特有的性能，LIN也正廣泛應用于工業化傳感器總線、民用消費電子產品中。 LIN總線與MCU的接口設計 一般的微控制器MCU (Microcontroller Unit)的LIN總線是通過其SCI 串行通訊接口經過一個LIN總線接口芯片來實現的。MC33399就是Motorola公司專為汽車輔助總線LIN的應用而設計的物理層器件，它適應于LIN的規范，它的內部結構可參見圖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，無源節點不會打擾網絡，非常低的睡眠待機電流，與MCU的接口可控制外部電壓調節器，LIN BUS極限電壓完全同LIN協議特性參數兼容，它可從LIN總線、MCU命令和高壓喚醒輸入被喚醒，內部有上拉電阻，較高的電磁兼容免疫性能。總線回轉率控制根據LIN協議規范(推薦值為2V。US)。如果采用MC33399 LIN總線物理接口電路實現微處理器MCU的LIN總線接口設計，那么它們在車輛控制之中的接口設計如圖-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受一個外部開關控制，INH控制MCU的電源調節器。LIN端搭接LIN sub bus輔助總線。 圖4 LIN接口芯片MC33993與MCU的典型接口方式 結語 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。線驅動器接收器的規范遵從ISO 9141 標準， 而且EMI 性能有所提高。目前由汽車廠商和半導體廠商共同組成的團體FlexRay Consortium，正致力于為未來的汽車開發更高速的、具有容錯性的、支持分布式控制系統的總線“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絡。 |
