LIN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與汽車電子控制

2004年6月B版

摘  要:LIN是一種串行通信協(xié)議，它作為現(xiàn)有汽車網(wǎng)絡(luò)在功能上的一種補(bǔ)充，可有效地支持汽車應(yīng)用中分布式機(jī)械電子節(jié)點(diǎn)的控制，且質(zhì)量高、成本低、標(biāo)準(zhǔn)化，因此倍受汽車制造商以及供應(yīng)商的青睞。本文重點(diǎn)介紹LIN的基本概念及其在汽車網(wǎng)絡(luò)全套解決方案中的應(yīng)用及LIN接口設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞: LIN; CAN;  MCU;  MC33399; EMI

引言

　　LIN(Local Interconnect Network)是由汽車廠商專門(mén)為汽車開(kāi)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(wú)需CAN的性能、帶寬以及復(fù)雜性?？梢哉f(shuō)LIN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(chǎng)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(jiǎn)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(kāi)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(kāi)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(wú)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(kāi)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(kāi)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(lái)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(guò)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L(zhǎng)IN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和報(bào)文組成示意圖。

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(chǎng)、一個(gè)同步場(chǎng)和一個(gè)標(biāo)識(shí)符場(chǎng)。報(bào)文幀的響應(yīng)則由3個(gè)到9個(gè)字節(jié)場(chǎng)組成：2、4或8字節(jié)數(shù)據(jù)場(chǎng)和1個(gè)校驗(yàn)和場(chǎng)。

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(wèn)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(wú)關(guān)的單元比如：汽車的門(mén)窗、方向盤(pán)、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。

　　圖中CAN總線連接了傳動(dòng)裝置控制單元、燈控單元、門(mén)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(mén)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)

　　一般的微控制器MCU (Microcontroller Unit)的LIN總線是通過(guò)其SCI 串行通訊接口經(jīng)過(guò)一個(gè)LIN總線接口芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)的。MC33399就是Motorola公司專為汽車輔助總線LIN的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的物理層器件，它適應(yīng)于LIN的規(guī)范，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可參見(jiàn)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(wú)源節(jié)點(diǎn)不會(huì)打擾網(wǎng)絡(luò)，非常低的睡眠待機(jī)電流，與MCU的接口可控制外部電壓調(diào)節(jié)器，LIN BUS極限電壓完全同LIN協(xié)議特性參數(shù)兼容，它可從LIN總線、MCU命令和高壓?jiǎn)拘演斎氡粏拘?，?nèi)部有上拉電阻，較高的電磁兼容免疫性能。總線回轉(zhuǎn)率控制根據(jù)LIN協(xié)議規(guī)范(推薦值為2V。US)。如果采用MC33399 LIN總線物理接口電路實(shí)現(xiàn)微處理器MCU的LIN總線接口設(shè)計(jì)，那么它們?cè)谲囕v控制之中的接口設(shè)計(jì)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(gè)I/O線連接并受MCU的控制。VSUP接電瓶正極，WAKE受一個(gè)外部開(kāi)關(guān)控制，INH控制MCU的電源調(diào)節(jié)器。LIN端搭接LIN sub bus輔助總線。

結(jié)語(yǔ)

　　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(lái)的汽車開(kāi)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)。■

參考文獻(xiàn)

1.J.W.Specks,A,Rajnak,;LIN----Protocol, Development Tools,  and Software Interface  for  Local   Interconnect Network Vehicle, 9th Congresson Electronic System forVechlie,Baden-Baden,Germany,Oct ,5/6,2000.

2.LINProtocolSpecification,Version 1.2 ,17 november 2000.

3. www.lin-subbus.or  MC33399