LIN總線通信技術在汽車通信控制網絡中的應用

LIN（Local Interconnect Network）是由汽車廠商專門為汽車開發(fā)的一種低成本串行通信網絡，用于實現(xiàn)汽車中的分布式電子系統(tǒng)控制。其主要目的是為現(xiàn)有汽車網絡CAN（Control Area Network）提供輔助功能，目標用于低端系統(tǒng)，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(xiàn)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(fā)、生產、服務和后勤成本。LIN也因此在汽車及其它工業(yè)領域的分布式控制中得到廣泛應用。

LIN總線

在LIN技術規(guī)范中，除定義了基本協(xié)議和物理層外，還定義了開發(fā)

工具和應用軟件接口。LIN通訊基于SCI（UART）數(shù)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(jié)點同步時鐘線。這種低成本的串行通信模式和相應的開發(fā)環(huán)境目前已由LIN協(xié)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(guī)則

一個LIN網絡通常由一個主節(jié)點、一個或多個從節(jié)點組成。所有節(jié)點都有一個從通訊任務，該通信任務分為發(fā)送任務和接收任務。主節(jié)點除此之外還有一個主發(fā)送任務。一個LIN網絡上的通訊總是由主發(fā)送任務所發(fā)起的。主控制器發(fā)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(shù)據字節(jié)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(guī)則可以用多種方式來交換數(shù)據，可以由主節(jié)點到一個或多個從節(jié)點，也可以由一個從節(jié)點到主節(jié)點或其它的從節(jié)點。通信信號可以在從節(jié)點之間傳播，而不經過主節(jié)點，或者主節(jié)點廣播消息到網絡中的所有節(jié)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(jié)點內部，負責報文的進度表，發(fā)送報文頭。從機任務位于所有的（即主機或從機）節(jié)點間，其中一個（主機節(jié)點或從機節(jié)點）發(fā)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(jié)點發(fā)送的報文頭和一個主機或從機節(jié)點發(fā)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(jié)場組成：2、4或8字節(jié)數(shù)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(fā)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(fā)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(xiàn)的系統(tǒng)中，通常將模擬信號量用數(shù)字信號量所替換，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?？梢钥闯觯鳛镃AN網絡的輔助網絡，目標應用主要在低端系統(tǒng)，不需要CAN的性能、帶寬及復雜性。與CAN相比使系統(tǒng)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(tǒng)，由于其特有的性能，LIN也正廣泛應用于工業(yè)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(xiàn)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(guī)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(jié)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(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?？偩€回轉率控制根據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現(xiàn)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(jié)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(guī)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(fā)更高速的、具有容錯性的、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。

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