LIN總線(xiàn)技術(shù)

低壓電器(2004No2)LIN總線(xiàn)技術(shù)現場(chǎng)總線(xiàn) 名佟為明，孫凡金， 趙志衡(哈爾濱工業(yè)大學(xué),黑龍江哈爾濱150001 )摘要:局部互連網(wǎng)絡(luò ) LIN是一種結構簡(jiǎn)單、配置靈活的新型串行通信網(wǎng)絡(luò ),主要用于實(shí)現汽車(chē)內部諸多電子控制單元之間的通信,為目前在汽車(chē)行業(yè)內廣泛使用的現場(chǎng)總線(xiàn)提供輔助功能。介紹了LIN的特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)及其應用,闡述了其體系結構、主機從第一作者:佟為明機任務(wù)、報文傳輸、睡眠模式及喚醒、錯誤類(lèi)型及故障界定等基本技術(shù)。關(guān)鍵詞: LIN;主機從機;任務(wù).(1964 - ),男,教中圖分類(lèi)號: TP393.02文獻標識碼:A 文章編號: 1001-5531 (2004)02-0026-04授,博士生導師,研究方向為智能電器與現場(chǎng)總線(xiàn)、電源LIN Fieldbus Technology與諧波抑制、數字TONG Wei-ming， SUN Fan-jin，ZHAO Zhi-heng式保護測控裝置和永磁電器。( Harbin Institute of Technology, Harbin 150001 ，China)Abstract: LIN is a kind of serial communication network with simple structure and flexible configuration, andis mainly used to implement communication among the electronic control units in automobiles, so LIN provides aC-cessorial functions for fieldbus that is presently used in automobile industry widely. The characteristic, merits andapplication of LIN were introduced, and the basic technology, such as architecture, Master/Slave task, messagetransmission, sleep mode, wake-up, error types , fault confinement, etc. were described.Key words: LIn; master/slave; taskLIN規范包括3個(gè)主要部分:①LIN協(xié)議規1引言范說(shuō)明LIN的物理層和數據鏈路層;②LIN配置局部互連網(wǎng)絡(luò )LIN ( Local Interconnect Net-語(yǔ)言描述說(shuō)明LIN配置文件的格式,LIN配置文work)是--種將開(kāi)關(guān)、顯示器、傳感器及執行器等件被用于配置整個(gè)網(wǎng)絡(luò ),并作為OEM和不同網(wǎng)絡(luò )簡(jiǎn)單控制設備連接起來(lái)的串行通信網(wǎng)絡(luò ),主要用節點(diǎn)供應商之間的公共接口,同時(shí)可作為開(kāi)發(fā)和于實(shí)現汽車(chē)中的分布式電子系統控制。LIN 的目分析工具的一個(gè)輸人;③LIN API部分說(shuō)明網(wǎng)絡(luò )標是為現有汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )(如CAN總線(xiàn))提供輔助功與應用程序間的接口,此概念可實(shí)現開(kāi)發(fā)和設計能"。因此,LIN總線(xiàn)是一種輔助的總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò ),在工具之間的無(wú)縫連接,并可提高開(kāi)發(fā)速度、增強網(wǎng)不需要CAN總線(xiàn)的帶寬和多功能的場(chǎng)合，比如智絡(luò )可靠性。能傳感器和制動(dòng)裝置之間的通信,使用LIN總線(xiàn)LIN采用單主機/多從機的通信結構，僅使用可大大節省成本。一根12V信號總線(xiàn),驅動(dòng)器/接收器的規范遵從該低成本的串行通信模式和相應的開(kāi)發(fā)環(huán)境ISO 9141標準，且EMI性能有所提高。已經(jīng)由LIN協(xié)會(huì )制定成標準。LIN 的標準化將為2 LIN的特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)與應用領(lǐng)域汽車(chē)制造商以及供應商在研發(fā)、應用電子產(chǎn)品方面降低成本[2]。LIN總線(xiàn)的技術(shù)特點(diǎn)為:①單主機,多從機.LIN標準包括傳輸協(xié)議規范、傳輸媒體規范、結構中國煤化工資通UART/SCI接開(kāi)發(fā)工具接口和用于軟件編程的接口。LIN 在硬口的MHCNMHG屯狀態(tài)機;③帶時(shí)件和軟件上支持網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的互操作性,并可預測間同步的多點(diǎn)廣播接收,從節點(diǎn)無(wú)需石英或陶瓷EMC行為[3]。振蕩器:④確定性的信號傳輸;⑤低成本的單線(xiàn)26 -LIN總線(xiàn)技術(shù)低壓電器( 2004No2)實(shí)現;⑥速率可達20 kb/s;⑦總線(xiàn)長(cháng)度≤40 m;主機節點(diǎn)⑧保證信號傳輸的延遲時(shí)間;⑨可選的數據場(chǎng)長(cháng)度:0~8bytes;?配置的靈活性;①數據校驗以機節點(diǎn)1從機節點(diǎn)2從機節點(diǎn)3 ...主機節點(diǎn)川.和的安全性和錯誤檢測;②網(wǎng)絡(luò )中故障節點(diǎn)的檢測;①使用最小成本的半導體元件(小尺寸,單芯圖1 LIN 總線(xiàn)拓撲結構片系統);不需改變LIN從節點(diǎn)的硬件和軟件即可在網(wǎng)絡(luò ).上增加節點(diǎn);⑤通常一-個(gè) LIN網(wǎng)絡(luò )節3.2 LIN 的協(xié)議分層結構點(diǎn)數小于16個(gè);⑥汽車(chē)電池供電。根據OSI參考模型,LIN分為物理層和數據LIN總線(xiàn)的主要優(yōu)點(diǎn)在于:①LIN是一種低鏈路層'41。端網(wǎng)絡(luò )系統,可提供簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò )解決方案,支持網(wǎng)物理層定義信號如何在總線(xiàn)媒體上傳輸。數絡(luò )節點(diǎn)的互操作性,大大減少了系統安裝、調試和據鏈路層中的MAC(媒體訪(fǎng)問(wèn)控制)子層是LIN接線(xiàn)的成本和時(shí)間。②LIN的通信量小、配置靈協(xié)議的核心,它管理從LLC(邏輯鏈路控制)子層活、單線(xiàn)連接及單主機V多從機的通信結構(無(wú)需接收到的報文,也接受將被傳送到LLC子層的報總線(xiàn)仲裁),可保證低端設備及電子控制單元簡(jiǎn)文。 MAC子層由被稱(chēng)為故障界定的一個(gè)管理實(shí)便、快捷的實(shí)時(shí)通信。③通過(guò)主機節點(diǎn)(網(wǎng)關(guān))，體來(lái)監控。 數據鏈路層中的LLC子層涉及報文可將LIN與上層網(wǎng)絡(luò )(如CAN)相連接,實(shí)現LIN濾波和恢復管理。的子總線(xiàn)輔助通信功能,可優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )結構,提高網(wǎng)3.3主機和從機 節點(diǎn)的功能絡(luò )效率及可靠性。④LIN的協(xié)議是開(kāi)放的,任何LIN網(wǎng)絡(luò )的節點(diǎn)內部有主機任務(wù)和從機任組織及個(gè)人無(wú)需支付費用即可獲取。務(wù)。主機任務(wù)只在LIN總線(xiàn)主機節點(diǎn)上運行,它典型的LIN總線(xiàn)應用在汽車(chē)中的聯(lián)合裝配單控制總線(xiàn)上所有的通信,如定義傳輸速率(2 ~20元，如門(mén)、方向盤(pán)、座椅、空調、照明燈、濕度傳感kb/s,由一個(gè)精確的參考時(shí)鐘驅動(dòng)),發(fā)送同步間器交流發(fā)電機等。對于這些成本比較敏感的單隔、同步場(chǎng)、標識符(ID)場(chǎng)，監控并通過(guò)檢查校驗元,LIN可使那些機械元件,如智能傳感器、制動(dòng)和來(lái)驗證數據的有效性,請求從機進(jìn)入睡眠模式器或光敏器件得到較廣泛的使用。這些元件可很(當需要時(shí)再將其喚醒),對從機的喚醒進(jìn)行響容易地連接到汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )中,并十分方便地實(shí)現維應;從機任務(wù)可在主機或從機節點(diǎn)上運行,它等待護和服務(wù)。在以下的汽車(chē)電子控制系統中使用同步間隔,在同步場(chǎng)取得同步,分析識別碼并做出LIN總線(xiàn)可得到非常滿(mǎn)意的效果:車(chē)頂(濕度傳感相應動(dòng)作(什么也不做,接收數據或發(fā)送數據)，器光敏傳感器、信號燈控制、汽車(chē)頂篷);車(chē)門(mén)檢查/發(fā)送校驗和。(車(chē)窗玻璃、中樞鎖、車(chē)窗玻璃開(kāi)關(guān)、吊窗提手);通過(guò)主機節點(diǎn)中的從機任務(wù)，數據可由主機車(chē)頭(傳感器、小電機);方向盤(pán)(方向控制開(kāi)關(guān)、節 點(diǎn)發(fā)至任意從機節點(diǎn)。相應的主機報文ID可擋風(fēng)玻璃.上的擦拭裝置、方向燈、無(wú)線(xiàn)電、空調、座觸發(fā)從機-從機通信。椅、座椅控制電機、轉速傳感器)。主機任務(wù)與從機任務(wù)的實(shí)現過(guò)程如圖2所盡管LIN最初的設計目的是用于汽車(chē)電子控示。制系統,但LIN也可廣泛用于工業(yè)自動(dòng)化傳感器、執行器及低壓電器、繼電器等開(kāi)關(guān)總線(xiàn)中,在家用主機任務(wù)r 從機節點(diǎn)從機節點(diǎn)| 叢機任務(wù)從機任務(wù)電器中也有- -定應用。同步間隔、同步場(chǎng)(lbyte) r標識符場(chǎng)(byte)總線(xiàn)下一個(gè)同步間隔3 LIN總線(xiàn)的基本技術(shù)幀間空間一AAA43.1體系結構“揚場(chǎng)校驗和場(chǎng)中國煤化工路四LIN的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構如圖1所示。LIN 的主從機任MHCNMHG機節點(diǎn)可實(shí)現一個(gè)網(wǎng)關(guān)的功能，如CAN總線(xiàn)和圖2 LIN 的主機任務(wù)與從機任務(wù)LIN總線(xiàn)之間的網(wǎng)關(guān)。一27一低壓電器( 2004No2)lIn總線(xiàn)技術(shù)3.4報文傳輸命令幀和擴展幀的使用由LIN協(xié)會(huì )定義?？偩€(xiàn)具有兩個(gè)互補的邏輯值:“顯性"或“隱報文濾波是基于整個(gè)標識符的,必須通過(guò)網(wǎng)性”?？偩€(xiàn)上的信息以可選長(cháng)度的固定格式報文絡(luò )配置來(lái)實(shí)現從機任務(wù)與傳送標識符的一一對來(lái)發(fā)送。報文傳輸由報文幀格式表示和控制。每應。由于引人報文濾波,任何數目的節點(diǎn)可同時(shí)個(gè)報文幀均由0~8bytes的數據及3bits的控制接收報文并同時(shí)對此報文做出反應,亦即可實(shí)現信息組成,即由主機節點(diǎn)發(fā)送的報頭和主機或從多點(diǎn)傳送。.機節點(diǎn)發(fā)送的響應組成。其中,報頭包括同步間若直到幀的結尾都沒(méi)有檢測到錯誤,則報文隔場(chǎng)( Synch Break Field) 、同步場(chǎng)( Synch Field) 和對發(fā)送器和接收器均有效。若報文被破壞,則主標識符場(chǎng)( Identifier Field)。 響應( Response)由1機和從機任務(wù)都認為報文沒(méi)有被發(fā)送。正確接收~9bytes場(chǎng)組成:0~8bytes的數據場(chǎng)(Data報文后的應答過(guò)程在LIN協(xié)議中沒(méi)有被定義。主Field)和1 byte 校驗和場(chǎng)( Checksum Field) 。機節點(diǎn)檢查由主機任務(wù)初始化并由其自身從機任報文幀之間由幀間( Inter Frame)空間分隔。務(wù)接收的報文的一致性。若不- -致(如丟失從機報頭與響應之間由幀中響應( In-Frame -Response)響應、校驗和不正確等),主機任務(wù)可改變報文的空間分隔。最小幀間空間和幀中響應空間均為進(jìn)度表。若從機檢測到不一致性 ,從機將保存此0,且兩者最大長(cháng)度均受報文幀的最大長(cháng)度信息,并將它以診斷信息的形式傳送給主機節點(diǎn)。TrRAME. .m限制。報文幀結構如圖3所示。診斷信息可在普通報文幀內以數據形式進(jìn)行發(fā)送。報文幀LIN網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的最大數量不僅受標識符的數報頭響應_幀間空間h量限制,也受總線(xiàn)物理特性限制。通常LIN網(wǎng)絡(luò )間隔場(chǎng)同步向步場(chǎng)標識. 數據場(chǎng)和場(chǎng)的節點(diǎn)數量不應超過(guò)16,否則節點(diǎn)增加將減少網(wǎng)苻場(chǎng)幀中響應空間內部字節空間絡(luò )阻抗,這會(huì )妨礙惡劣條件下的無(wú)錯通信。每個(gè)圖3 LIN 的報文幀格式增加的節點(diǎn)可減少約3%的網(wǎng)絡(luò )阻抗。3.5睡眠模式及喚醒報文內容由標識符指定。標識符不指明報文為了減少系統功耗,LIN總線(xiàn)主機節點(diǎn)可發(fā)的目的節點(diǎn),但描述數據的含義。標識符的最大出一個(gè)睡眠幀讓總線(xiàn)和節點(diǎn)進(jìn)人沒(méi)有任何內部活數量為64 ,其中4個(gè)標識符被保留以用作特殊報動(dòng)的睡眠模式。用于廣^播睡眠模式的報文是- -個(gè)文幀(2個(gè)命令幀和2個(gè)擴展幀)來(lái)實(shí)現專(zhuān)用通信專(zhuān)用命令?？偩€(xiàn)在睡眠模式時(shí)呈隱性。除標識符目的。場(chǎng)包含數值0x80之外，睡眠幀與數據幀是相似2個(gè)命令幀均包括8 bytes 響應,可用于主機的。在標識符場(chǎng)后面可傳送數據,也可不傳送數向從機(或從機向主機)上載和下載數據。此特據,這需在系統設計時(shí)進(jìn)行選擇。性可用于軟件升級、網(wǎng)絡(luò )配置和診斷。命令幀的總線(xiàn)的睡眠模式可通過(guò)主機節點(diǎn)或從機節點(diǎn)結構與普通報文幀相同,只是響應場(chǎng)含有用戶(hù)定發(fā)送一個(gè)喚醒信號來(lái)中止。喚醒信號可通過(guò)任何義的命令場(chǎng),而不是數據場(chǎng),如命令場(chǎng)可使從機進(jìn)從機任務(wù)發(fā)送,但只有總線(xiàn)先前處于睡眠模式,且人服務(wù)模式或睡眠模式。節點(diǎn)內部請求被掛起時(shí)才有效?？偩€(xiàn)上的任何最保留的2個(gè)擴展幀標識符可將用戶(hù)定義的報小長(cháng)度的顯性周期或任何總線(xiàn)節點(diǎn)的內部條件都文格式和后續的LIN格式嵌人到當前的LIN協(xié)議將結束睡眠模式。一旦節點(diǎn)被內部喚醒，將使用中,而不需改變當前的LIN規范,這可保證LIN從基于喚醒信號的程序向主機通報這- -消息。當收機向_上兼容后續的LIN協(xié)議修訂版。擴展幀標識年中止。符向所有總線(xiàn)成員聲明-一個(gè)未定義的幀格式。標中國煤化工后,所有的節點(diǎn)都識符后面緊跟著(zhù)的是仲裁碼,接收到此標識符的重新TYH.CNMH G一個(gè)同步間隔場(chǎng)從機必須忽略所有后面字節場(chǎng),直到出現下一個(gè)和同步場(chǎng)，若在喚醒信號超時(shí)(Time-outafter同步間隔。WakeupSignal)時(shí)間內沒(méi)有檢測到同步場(chǎng),則請一28LIN總線(xiàn)技術(shù)低壓電器( 2004No2)求第一個(gè)喚醒信號的節點(diǎn)再- -次發(fā)送一 一個(gè)新的喚誤或物理 總線(xiàn)錯誤需被檢測。醒信號,此情況將不超過(guò)3次。然后喚醒信號的(2)主機節點(diǎn)中的從機任務(wù)。當期望或讀取傳輸將因有3個(gè)間隔超時(shí)(Time-outafterThree來(lái)自總線(xiàn)上的數據時(shí),從機不響應錯誤或校驗和Breaks) 而被掛起。只有具有內部喚醒請求掛起錯誤被檢測。的節點(diǎn)才允許重新發(fā)送喚醒信號。在3個(gè)間隔超任何從機節點(diǎn)需檢測下列錯誤狀態(tài):時(shí)后,再重新發(fā)送3個(gè)喚醒信號,此后就可以決定(1)從機任務(wù)發(fā)送。當回讀白己的發(fā)送時(shí),是否要停止重新發(fā)送。數據或校驗和場(chǎng)中的位錯誤需被檢測。3.6 錯誤類(lèi)型與故障界定(2)從機任務(wù)接收。當從總線(xiàn)讀值時(shí),標識LIN總共定義了6種報文錯誤類(lèi)別:符奇偶錯誤和校驗和錯誤被檢測。(1)位錯誤。向總線(xiàn)發(fā)送一個(gè)位的單元同時(shí)當一個(gè)從機期望從另外-一個(gè)從機(根據標識也在監視總線(xiàn)。當監視到的位值與發(fā)送的位值不符)接收報文,但在報文幀的最大長(cháng)度TRAME_ ma同時(shí),則在這個(gè)位定時(shí)內檢測到-一個(gè)位錯誤。的時(shí)間內總線(xiàn)上沒(méi)有有效的報文,則需檢測從機(2)校驗和錯誤。若所有數據字節的和的補不響應錯誤,但當從機不準備接收報文(根據標碼與校驗和字節相加的和不是0xFF時(shí),則檢測到識符)時(shí),則不需檢測此錯誤類(lèi)型。一個(gè)校驗和錯誤。當在給出的容差中沒(méi)有檢測到同步場(chǎng)的邊(3)標識符奇偶錯誤。標識符的奇偶錯誤沿,則一個(gè)同步字節不- -致錯誤被 檢測。.(被破壞的標識符)不會(huì )被標出。通常LIN從機4結束語(yǔ)應用不能區分一個(gè)未知但 有效的標識符和一一個(gè)錯誤的標識符。但是,所有的從機節點(diǎn)都能區分ID針對汽車(chē)行業(yè)設計的LIN總線(xiàn)是一種簡(jiǎn)單靈場(chǎng)中8bit都己知的標識符和---個(gè)已知但錯誤的活、低價(jià)便捷的新型通信網(wǎng)絡(luò ),可方便地為汽車(chē)行標識符。業(yè)使用的主流總線(xiàn)提供全面的輔助功能,大大優(yōu)(4)從機不響應錯誤。在發(fā)送同步場(chǎng)和標識化網(wǎng)絡(luò )結構、提高網(wǎng)絡(luò )效率、增強網(wǎng)絡(luò )可靠性。符場(chǎng)后,若任何從機任務(wù)在最大長(cháng)度時(shí)間LIN也可廣泛用于工業(yè)自動(dòng)化傳感器、執行器及TPRAME.m內沒(méi)有完成報文幀的發(fā)送，則產(chǎn)生一個(gè)低壓電器、繼電器等開(kāi)關(guān)總線(xiàn)中,應用前景廣闊。不響應錯誤。相信LIN總線(xiàn)-定會(huì )在我國得到長(cháng)足的發(fā)展和更(5)同步場(chǎng)不一致錯誤。當從機檢測到同步加廣泛的應用,并促進(jìn)我國工業(yè)自動(dòng)化水平的提場(chǎng)的邊沿在給定的容差外時(shí),則檢測到-一個(gè)同步高。場(chǎng)不- -致錯誤。[參考文獻](6)物理總線(xiàn)錯誤。若總線(xiàn)上沒(méi)有產(chǎn)生一個(gè)[1] Bosch. CAN Specification ( Version 2.0)[Z].有效報文,則主機節點(diǎn)檢測到一個(gè)物理總線(xiàn)錯誤。[2] Motorola Inc. Local Interconnect Network Demonstra-故障界定的概念主要依靠主機節點(diǎn),它可處理盡.tion[ Z].2000.量多的錯誤檢測、錯誤恢復和診斷。故障界定主[3] LIN Consortium. LIN Specification Package (Rev 1.3)要基于系統要求。[Z]. 2002.主機節點(diǎn)必須檢測下列錯誤狀態(tài):[4]趙格英,孫澤昌, 魏學(xué)哲,等. LIN總線(xiàn)及其在轎車(chē)車(chē)(1)主機任務(wù)發(fā)送。當回讀自己的發(fā)送時(shí),身控制中的應用[J].自動(dòng)化與儀表,2002,17(6).在同步或標識符字節中的位錯誤、標識符奇偶錯收稿日期:2003-12-10中國煤化工歡迎訂閱歡迎投稿歡迎MYHCNMHG登廣告29 -