LIN总线技术

低压电器(2004No2)LIN总线技术现场总线 名佟为明，孙凡金， 赵志衡(哈尔滨工业大学,黑龙江哈尔滨150001 )摘要:局部互连网络 LIN是一种结构简单、配置灵活的新型串行通信网络,主要用于实现汽车内部诸多电子控制单元之间的通信,为目前在汽车行业内广泛使用的现场总线提供辅助功能。介绍了LIN的特点、优点及其应用,阐述了其体系结构、主机从第一作者:佟为明机任务、报文传输、睡眠模式及唤醒、错误类型及故障界定等基本技术。关键词: LIN;主机从机;任务.(1964 - ),男,教中图分类号: TP393.02文献标识码:A 文章编号: 1001-5531 (2004)02-0026-04授,博士生导师,研究方向为智能电器与现场总线、电源LIN Fieldbus Technology与谐波抑制、数字TONG Wei-ming， SUN Fan-jin，ZHAO Zhi-heng式保护测控装置和永磁电器。( 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规范包括3个主要部分:①LIN协议规1引言范说明LIN的物理层和数据链路层;②LIN配置局部互连网络LIN ( Local Interconnect Net-语言描述说明LIN配置文件的格式,LIN配置文work)是--种将开关、显示器、传感器及执行器等件被用于配置整个网络,并作为OEM和不同网络简单控制设备连接起来的串行通信网络,主要用节点供应商之间的公共接口,同时可作为开发和于实现汽车中的分布式电子系统控制。LIN 的目分析工具的一个输人;③LIN API部分说明网络标是为现有汽车网络(如CAN总线)提供辅助功与应用程序间的接口,此概念可实现开发和设计能"。因此,LIN总线是一种辅助的总线网络,在工具之间的无缝连接,并可提高开发速度、增强网不需要CAN总线的带宽和多功能的场合，比如智络可靠性。能传感器和制动装置之间的通信,使用LIN总线LIN采用单主机/多从机的通信结构，仅使用可大大节省成本。一根12V信号总线,驱动器/接收器的规范遵从该低成本的串行通信模式和相应的开发环境ISO 9141标准，且EMI性能有所提高。已经由LIN协会制定成标准。LIN 的标准化将为2 LIN的特点、优点与应用领域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[2]。LIN总线的技术特点为:①单主机,多从机.LIN标准包括传输协议规范、传输媒体规范、结构中国煤化工资通UART/SCI接开发工具接口和用于软件编程的接口。LIN 在硬口的MHCNMHG屯状态机;③带时件和软件上支持网络节点的互操作性,并可预测间同步的多点广播接收,从节点无需石英或陶瓷EMC行为[3]。振荡器:④确定性的信号传输;⑤低成本的单线26 -LIN总线技术低压电器( 2004No2)实现;⑥速率可达20 kb/s;⑦总线长度≤40 m;主机节点⑧保证信号传输的延迟时间;⑨可选的数据场长度:0~8bytes;➊配置的灵活性;①数据校验以机节点1从机节点2从机节点3 ...主机节点川.和的安全性和错误检测;②网络中故障节点的检测;①使用最小成本的半导体元件(小尺寸,单芯图1 LIN 总线拓扑结构片系统);不需改变LIN从节点的硬件和软件即可在网络.上增加节点;⑤通常一-个 LIN网络节3.2 LIN 的协议分层结构点数小于16个;⑥汽车电池供电。根据OSI参考模型,LIN分为物理层和数据LIN总线的主要优点在于:①LIN是一种低链路层'41。端网络系统,可提供简单的网络解决方案,支持网物理层定义信号如何在总线媒体上传输。数络节点的互操作性,大大减少了系统安装、调试和据链路层中的MAC(媒体访问控制)子层是LIN接线的成本和时间。②LIN的通信量小、配置灵协议的核心,它管理从LLC(逻辑链路控制)子层活、单线连接及单主机V多从机的通信结构(无需接收到的报文,也接受将被传送到LLC子层的报总线仲裁),可保证低端设备及电子控制单元简文。 MAC子层由被称为故障界定的一个管理实便、快捷的实时通信。③通过主机节点(网关)，体来监控。 数据链路层中的LLC子层涉及报文可将LIN与上层网络(如CAN)相连接,实现LIN滤波和恢复管理。的子总线辅助通信功能,可优化网络结构,提高网3.3主机和从机 节点的功能络效率及可靠性。④LIN的协议是开放的,任何LIN网络的节点内部有主机任务和从机任组织及个人无需支付费用即可获取。务。主机任务只在LIN总线主机节点上运行,它典型的LIN总线应用在汽车中的联合装配单控制总线上所有的通信,如定义传输速率(2 ~20元，如门、方向盘、座椅、空调、照明灯、湿度传感kb/s,由一个精确的参考时钟驱动),发送同步间器交流发电机等。对于这些成本比较敏感的单隔、同步场、标识符(ID)场，监控并通过检查校验元,LIN可使那些机械元件,如智能传感器、制动和来验证数据的有效性,请求从机进入睡眠模式器或光敏器件得到较广泛的使用。这些元件可很(当需要时再将其唤醒),对从机的唤醒进行响容易地连接到汽车网络中,并十分方便地实现维应;从机任务可在主机或从机节点上运行,它等待护和服务。在以下的汽车电子控制系统中使用同步间隔,在同步场取得同步,分析识别码并做出LIN总线可得到非常满意的效果:车顶(湿度传感相应动作(什么也不做,接收数据或发送数据)，器光敏传感器、信号灯控制、汽车顶篷);车门检查/发送校验和。(车窗玻璃、中枢锁、车窗玻璃开关、吊窗提手);通过主机节点中的从机任务，数据可由主机车头(传感器、小电机);方向盘(方向控制开关、节 点发至任意从机节点。相应的主机报文ID可挡风玻璃.上的擦拭装置、方向灯、无线电、空调、座触发从机-从机通信。椅、座椅控制电机、转速传感器)。主机任务与从机任务的实现过程如图2所尽管LIN最初的设计目的是用于汽车电子控示。制系统,但LIN也可广泛用于工业自动化传感器、执行器及低压电器、继电器等开关总线中,在家用主机任务r 从机节点从机节点| 丛机任务从机任务电器中也有- -定应用。同步间隔、同步场(lbyte) r标识符场(byte)总线下一个同步间隔3 LIN总线的基本技术帧间空间一AAA43.1体系结构“扬场校验和场中国煤化工路四LIN的网络拓扑结构如图1所示。LIN 的主从机任MHCNMHG机节点可实现一个网关的功能，如CAN总线和图2 LIN 的主机任务与从机任务LIN总线之间的网关。一27一低压电器( 2004No2)lIn总线技术3.4报文传输命令帧和扩展帧的使用由LIN协会定义。总线具有两个互补的逻辑值:“显性"或“隐报文滤波是基于整个标识符的,必须通过网性”。总线上的信息以可选长度的固定格式报文络配置来实现从机任务与传送标识符的一一对来发送。报文传输由报文帧格式表示和控制。每应。由于引人报文滤波,任何数目的节点可同时个报文帧均由0~8bytes的数据及3bits的控制接收报文并同时对此报文做出反应,亦即可实现信息组成,即由主机节点发送的报头和主机或从多点传送。.机节点发送的响应组成。其中,报头包括同步间若直到帧的结尾都没有检测到错误,则报文隔场( Synch Break Field) 、同步场( Synch Field) 和对发送器和接收器均有效。若报文被破坏,则主标识符场( Identifier Field)。 响应( Response)由1机和从机任务都认为报文没有被发送。正确接收~9bytes场组成:0~8bytes的数据场(Data报文后的应答过程在LIN协议中没有被定义。主Field)和1 byte 校验和场( Checksum Field) 。机节点检查由主机任务初始化并由其自身从机任报文帧之间由帧间( Inter Frame)空间分隔。务接收的报文的一致性。若不- -致(如丢失从机报头与响应之间由帧中响应( In-Frame -Response)响应、校验和不正确等),主机任务可改变报文的空间分隔。最小帧间空间和帧中响应空间均为进度表。若从机检测到不一致性 ,从机将保存此0,且两者最大长度均受报文帧的最大长度信息,并将它以诊断信息的形式传送给主机节点。TrRAME. .m限制。报文帧结构如图3所示。诊断信息可在普通报文帧内以数据形式进行发送。报文帧LIN网络节点的最大数量不仅受标识符的数报头响应_帧间空间h量限制,也受总线物理特性限制。通常LIN网络间隔场同步向步场标识. 数据场和场的节点数量不应超过16,否则节点增加将减少网苻场帧中响应空间内部字节空间络阻抗,这会妨碍恶劣条件下的无错通信。每个图3 LIN 的报文帧格式增加的节点可减少约3%的网络阻抗。3.5睡眠模式及唤醒报文内容由标识符指定。标识符不指明报文为了减少系统功耗,LIN总线主机节点可发的目的节点,但描述数据的含义。标识符的最大出一个睡眠帧让总线和节点进人没有任何内部活数量为64 ,其中4个标识符被保留以用作特殊报动的睡眠模式。用于广^播睡眠模式的报文是- -个文帧(2个命令帧和2个扩展帧)来实现专用通信专用命令。总线在睡眠模式时呈隐性。除标识符目的。场包含数值0x80之外，睡眠帧与数据帧是相似2个命令帧均包括8 bytes 响应,可用于主机的。在标识符场后面可传送数据,也可不传送数向从机(或从机向主机)上载和下载数据。此特据,这需在系统设计时进行选择。性可用于软件升级、网络配置和诊断。命令帧的总线的睡眠模式可通过主机节点或从机节点结构与普通报文帧相同,只是响应场含有用户定发送一个唤醒信号来中止。唤醒信号可通过任何义的命令场,而不是数据场,如命令场可使从机进从机任务发送,但只有总线先前处于睡眠模式,且人服务模式或睡眠模式。节点内部请求被挂起时才有效。总线上的任何最保留的2个扩展帧标识符可将用户定义的报小长度的显性周期或任何总线节点的内部条件都文格式和后续的LIN格式嵌人到当前的LIN协议将结束睡眠模式。一旦节点被内部唤醒，将使用中,而不需改变当前的LIN规范,这可保证LIN从基于唤醒信号的程序向主机通报这- -消息。当收机向_上兼容后续的LIN协议修订版。扩展帧标识年中止。符向所有总线成员声明-一个未定义的帧格式。标中国煤化工后,所有的节点都识符后面紧跟着的是仲裁码,接收到此标识符的重新TYH.CNMH G一个同步间隔场从机必须忽略所有后面字节场,直到出现下一个和同步场，若在唤醒信号超时(Time-outafter同步间隔。WakeupSignal)时间内没有检测到同步场,则请一28LIN总线技术低压电器( 2004No2)求第一个唤醒信号的节点再- -次发送一 一个新的唤误或物理 总线错误需被检测。醒信号,此情况将不超过3次。然后唤醒信号的(2)主机节点中的从机任务。当期望或读取传输将因有3个间隔超时(Time-outafterThree来自总线上的数据时,从机不响应错误或校验和Breaks) 而被挂起。只有具有内部唤醒请求挂起错误被检测。的节点才允许重新发送唤醒信号。在3个间隔超任何从机节点需检测下列错误状态:时后,再重新发送3个唤醒信号,此后就可以决定(1)从机任务发送。当回读白己的发送时,是否要停止重新发送。数据或校验和场中的位错误需被检测。3.6 错误类型与故障界定(2)从机任务接收。当从总线读值时,标识LIN总共定义了6种报文错误类别:符奇偶错误和校验和错误被检测。(1)位错误。向总线发送一个位的单元同时当一个从机期望从另外-一个从机(根据标识也在监视总线。当监视到的位值与发送的位值不符)接收报文,但在报文帧的最大长度TRAME_ ma同时,则在这个位定时内检测到-一个位错误。的时间内总线上没有有效的报文,则需检测从机(2)校验和错误。若所有数据字节的和的补不响应错误,但当从机不准备接收报文(根据标码与校验和字节相加的和不是0xFF时,则检测到识符)时,则不需检测此错误类型。一个校验和错误。当在给出的容差中没有检测到同步场的边(3)标识符奇偶错误。标识符的奇偶错误沿,则一个同步字节不- -致错误被 检测。.(被破坏的标识符)不会被标出。通常LIN从机4结束语应用不能区分一个未知但 有效的标识符和一一个错误的标识符。但是,所有的从机节点都能区分ID针对汽车行业设计的LIN总线是一种简单灵场中8bit都己知的标识符和---个已知但错误的活、低价便捷的新型通信网络,可方便地为汽车行标识符。业使用的主流总线提供全面的辅助功能,大大优(4)从机不响应错误。在发送同步场和标识化网络结构、提高网络效率、增强网络可靠性。符场后,若任何从机任务在最大长度时间LIN也可广泛用于工业自动化传感器、执行器及TPRAME.m内没有完成报文帧的发送，则产生一个低压电器、继电器等开关总线中,应用前景广阔。不响应错误。相信LIN总线-定会在我国得到长足的发展和更(5)同步场不一致错误。当从机检测到同步加广泛的应用,并促进我国工业自动化水平的提场的边沿在给定的容差外时,则检测到-一个同步高。场不- -致错误。[参考文献](6)物理总线错误。若总线上没有产生一个[1] Bosch. CAN Specification ( Version 2.0)[Z].有效报文,则主机节点检测到一个物理总线错误。[2] Motorola Inc. Local Interconnect Network Demonstra-故障界定的概念主要依靠主机节点,它可处理尽.tion[ Z].2000.量多的错误检测、错误恢复和诊断。故障界定主[3] LIN Consortium. LIN Specification Package (Rev 1.3)要基于系统要求。[Z]. 2002.主机节点必须检测下列错误状态:[4]赵格英,孙泽昌, 魏学哲,等. LIN总线及其在轿车车(1)主机任务发送。当回读自己的发送时,身控制中的应用[J].自动化与仪表,2002,17(6).在同步或标识符字节中的位错误、标识符奇偶错收稿日期:2003-12-10中国煤化工欢迎订阅欢迎投稿欢迎MYHCNMHG登广告29 -