汽车车载网络

汽车车载网络LIN总线协议与技术概述---随着现代电子技术的不断发展和电子技术在汽车系统中的不断应用，汽车的各种性能都得到了极大的改善。现代驾乘人员对汽车各个方面的要求越来越高，如视野性、方便性、舒适性和娱乐性等。新的控制功能随汽车级别的提升不断增加，如中央门锁、灯光控制、玻璃升降、后视镜调节、天窗控制、座椅调节和点火延时控制等。传统的控制系统多采用继电器和独立模式控制，这使得车内线束过多且布线复杂，从而造成了严重的电磁干扰，使系统的可靠性下降。CAN/LIN总线技术的应用，取代了传统的线束，使信息交换变得安全、迅捷、高效。---LIN（LocalInterconnectNetwork）是一种用于汽车中分布式电子系统的新型低成本串行通信网络。它由汽车厂商开发，专门应用于低端系统，作为CAN的辅助网络或子网络。在不需要CAN总线的带宽和多功能的场合，比如智能传感器和制动装置之间的通信，使用LIN总线可以大大节省成本。---目前，高/低速CAN和J1850总线已经成为标准的车用网络总线。这些总线速度极高，具有高抗电磁干扰性和高传输可靠性等优越的性能，但价格也较高。大量的车身和安全性能方面的应用对车用网络总线的性能要求并不太高，只需要一种性价比更高的标准车用网络总线，而LIN总线正好可以满足这一需求。因此，目前LIN总线技术正被越来越广泛的应用到车身电子中。LIN协议是由欧洲车辆制造商协会开发用来进行低成本、短距离、低速网络通信，其用途是传输开关设置状态以及对开关变化响应，因此通信事件是在百毫秒以上时间内发生，而不像引擎管理等其它速度快得多的汽车应用。此协议支持在单根线上进行双向通信，使用由RC振荡器驱动的低成本微控制器，这样可以省去晶振或陶瓷振荡器的成本。另外，此协议实际上是以时间和软件上的代价换取硬件上成本的节约。LIN协议的每一条消息都包含自动波特率步进的数据，最高可以支持波特率为20k，同时低功耗睡眠模式可以关断总线，以避免产生不必要的功耗。总线可以由任意一个节点提供电源。LIN总线简介LIN是一种低成本的汽车网络，它是现有的汽车多元网络的补充。LIN总线的主要特征是：一个主节点、多个从节点的概念；低成本：基于普通UART/SCI接口硬件、相同的软件或作为纯状态机；自同步：在从节点中不用晶体振荡器或陶瓷振荡器时钟；确定性信号传输：信号传播时间预先可计算；低成本单线实现连接；速度高达20kbps；基于应用交互作用的信号。---LIN总线是一种串行通信网络，可以将开关、显示器、传感器和执行器等简单控制设备连接起来，主要用于汽车中的分布式电子控制系统。LIN采用单主机/多从机的总线拓扑结构（没有总线仲裁），仅使用一根12V信号总线。主节点包含主任务和从任务，从节点只包含从任务。它不需要专门的片上通讯模块，采用标准串行通信接口USART，速率可达20kbps，总线长度不大于40m。LIN总线作为一种辅助的总线网络，在不需要CAN总线的优越性能的场合，相比于CAN总线具有更高的性价比。它有如下几个方面的优点:●LIN是一种低端网络系统，可提供简单的网络解决方案，支持网络节点的互操作性，大大减少了系统安装、调试和接线的成本和时间。●LIN的通信量小、配置灵活，采用单线连接及单主机/多从机的通信结构（无需总线仲裁），可保证低端设备及电子控制单元简便、快捷的实时通信。●通过主机节点可将LIN与上层网络（如CAN）相连接，实现LIN的子总线辅助通信功能，从而优化网络结构，提高网络效率和可靠性。●LIN的协议是开放的，任何组织和个人无需支付费用即可获取。---LIN规范包括三个主要部分：LIN协议规范部分（说明LIN的物理层和数据链路层）、LIN配置语言部分（说明LIN配置文件的格式）和LINAPI部分（说明网络与应用程序间的接口）。---LIN协议的通信机制和帧结构如图3所示，LIN网络中的每个节点都有一个从任务模块，主节点还包含一个主任务模块。帧头由主任务发出，包括同步间隙、同步场和信息标识符。所有节点中的从任务（包括主节点）对信息标识符进行滤波，并发回数据场和校验场。字节场采用SCI/UART串行数据格式。LIN总线的结构使用一个帧收发器连接LIN簇与物理总线，所有的应用不直接访问这些帧，在帧和应用之间加入了基于信号的交互作用层(interactionlevel)。此外，在应用和帧处理程序层之间存在诊断接口和信号交互作用层。LIN系统由一个主节点和多个从节点(最多16个节点)构成。主任务发送的帧由一个报头和不同从任务的一个响应消息构成。图2所示为由不同从任务响应的主任务报头。图2：主节点和从节点的工作过程图3所示为LIN帧的结构，该帧由一个间隔(break)字段后跟4到11个字节的字段构成。每一个字节字段都以串行字节方式发送，起始字节的第一位编码为“0”，而终止位编码为“1”。图3：LIN帧结构LIN总线特性LIN总线融合了I2C和RS232的特性：像I2C总线那样，LIN总线通过一个电阻上拉到高电平，而每一个节点又都可以通过集电极开路驱动器将总线拉低；像RS232那样通过起始位和停止位标识出每一个字节，每一位在时钟上异步传输。图1给出了典型的LIN协议配置。当任意一个节点将总线拉低时，总线处于低电平，标识着总线进入占用状态；而当所有节点都使总线浮空时总线处于电池的电压(9-18V)，则意味着总线处于非占用状态(Recessivestate)；在空闲状态下浮空的总线通过电阻被上拉到高电平。总线工作在9到18伏的电压下，但所有连接到总线上的器件必须能承受40V的电压。一般情况下，微控制器通过线路驱动器或接收器与总线隔离。总线在每一个节点上被端接到Vbat，主节点通过一个1kΩ的电阻端接而从节点则通过一个20kΩ到47kΩ的电阻端接。总线最大长度为40米。总线上传输的每一个字节都是与起始位和停止位一起组成帧。起始位的状态与空闲状态相反(即为0)，而停止位则与空闲状态同为1。在每个字节中，首先传输的是最低有效位。LIN总线技术及其应用研究引言LIN本地互联网络是一种将开关、显示器、传感器及执行器等简单控制设备连接起来的串行通信网络，主要用于实现汽车中的分布式电子系统控制。因其主要目标是为汽车网络(如CAN总线)提供辅助功能，因此通常作为子网络，用于一些不需要诸如CAN总线的带宽和多功能的场合，比如智能传感器和制动装置之间的通信。使用LIN总线可大大节省成本，该低成本的串行通信模式和相应的开发环境已经由LIN协会制定成标准，为汽车制造商以及供应商在研发、应用电子产品方面降低成本。但是，LIN的应用并不局限于汽车领域，在诸如工业控制领域也理所应当占有广阔的应用地位和前景。LIN总线的技术特点包括：⑴单主机，多从机结构(没有总线仲裁)；⑵基于普通UART/SCI接口的低成本硬件、低成本软件或作为纯状态机；⑶带时间同步的多点广播接收，从节点无需石英或陶瓷振荡器；⑷确定性的信号传输；⑸低成本的单线实现；⑹速率可达20kbit/s；⑺总线长度≤40m；⑻保证信号传输的延迟时间；⑼可选的数据场长度0~8bytes；⑽灵活性的配置；⑾数据校验和的安全性和错误检测；⑿网络中故障节点的检测；⒀使用最小成本的半导体元件(小尺寸,单芯片系统)；⒁不需改变LIN从节点的硬件和软件即可在网络上增加节点；⒂通常一个LIN网络节点数小于16个。LIN2.0总线技术LIN2.0版本反映了LIN协会的定义趋势，通过比较LIN1.3和LIN2.0规范，可看到最重大的两个变化是对于配置和诊断的标准化支持，以及指定节点能力文件，这都是为了要简化现有节点的使用。LIN工作原理是基于单主/多从概念。在一个LIN簇中，由一个主节点以及数个从节点构成。主节点由主机任务和从机任务组成。而所有其他的节点只包含从机任务。图1所示为典型的LIN簇，即一个主节点，两个从节点。主机任务决定何时以及传送哪一帧，而从机任务则传送帧数据。图1所示为典型的LIN簇，即一个主节点，两个从节点。主机任务决定何时以及传送哪一帧，而从机任务则传送帧数据。图1单主多从原理图LIN2.0报文帧由帧头和帧响应组成，其中帧头由主机任务传送，帧响应由从机任务传送。每个报文帧都包含2、4、8字节的数据。报文帧的结构由一个同步间隔域(Break)以及随后的4至11个字节域(bytefield)构成，如图2所示。表1LIN总线和CAN总线性能比较表1LIN总线和CAN总线性能比较由表1可见，LIN总线的整体性能要比CAN差很多，但LIN总线较CAN总线的最大优势在于实现成本比较低，由于LIN面向的是并不需要CAN的性能、带宽及复杂性的低端系统，因此在这些场合中LIN有较为广泛的应用。LIN总线及其在汽车分级制网络中的应用1、引言总线通讯技术自20世纪80年代开始应用在汽车上之后[1]，便在电子技术和汽车技术的推动下飞速发展，目前已形成了适用于不同场合的多种汽车总线标准，如MOST、CAN、TTP、LIN等。汽车总线中通讯节点和数据流量持续增加，节点日益复杂，使得汽车总线在重量、布置、成本、通信效率等方面面临困境，走出这一困境的出路在于实行汽车总线的网络化和分级制。A类总线——局域互连网LIN（LocalInterconnectNetwork）因此应运而生。LIN是一种结构分类速度应用A10Kbps传感器/执行器控制，如电动门窗、座椅调节、灯光照明等B10-100Kbps车辆信息中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等中速网络C100Kbps实时控制，悬架控制、牵引控制、发动机控制ABS系统等简单、配置灵活、成本低廉的新型低速串行总线，主要用作CAN等高速总线的辅助网络或子网络。在带宽要求不高、功能简单、实时性要求低的场合，如车身电器的控制等方面，使用LIN总线，可有效的简化网络线束、降低成本、提高网络通讯效率和可靠性。汽车网络分类A类总线协议有许多种，然而长久以来却没有一种协议能成为该领域的通用标准。1998年Audi、Motorola、BMW、DaimlerChrysler、VCT、Volvo和Volkswagen七家公司联合成立了LIN协会，在潜心研究A类总线的基础上提出了新型A类总线——LIN，该总线一经面世，即以其低廉的成本优异的性能广为各大厂商所接受，有望成为A类总线的国际标准。标识符指出当前帧的内容，从机节点据此来确定自己是否应该对当前帧做出响应、做出何种响应。响应由从机任务发送，它由数据场和校验和场组成。数据场由报文帧所携带的数据组成，长度为一到八个字节。报文帧的最后为校验和场，长度为一字节，LIN1.3及其以前的规范版本中规定校验和场仅对数据场作校验，称为传统校验和，LIN2.0规范中规定校验和场校验范围包括数据场和标识符场，称为增强校验和。LIN总线规范的初始版本LIN1.0由LIN协会在1999年7月发布，后几经修订，现行版本为LIN协会在2003年9月发布的LIN2.0。LIN规范包括传输协议规范、传输媒介、开发工具接口和软件程序编制接口。LIN的规范化将改变低端汽车网络杂乱的现状，并将降低汽车电子设备的开发、生产、服务和维护成本LIN拓扑结构LIN采用单主机多从机模式，一个LIN网络包括一个主机节点和若干个从机节点。（由于过多节点将导致网络阻抗过低，一个LIN网络中节点总数不宜超过16。）主机节点既包括主机任务也包括从机任务，从机节点都只包括从机任务。主机节点也可以通过网关和其他总线如CAN连接。LIN数据传输LIN总线中数据借助报文帧来传输，报文帧由报文头和响应组成。报由主机任务发送，它包括同步间隔场、同步场和标识符场三个部分。同步间隔场为至少13个连续的显性位（低电平），它标志文头只能着一个报文帧的开始。其后为同步场，同步场逻辑值为0x55，从机节点利用同步场来实现与主机节点的同步。标识符场紧跟在同步场之后，长度为一个字节。标识符场中低6位为标识符位，共可组成64个标识符，其中60个用作一般报文传输、两个