應用在車上的電子組件及設備增加，使得車上節(jié)點數(shù)也相對變多，不僅提高汽車生產(chǎn)制造成本，也導致車用總線通訊的成本提高了許多。相比之下，LIN總線則對MCU要求的資源較少，普通的串行口就能達成，一般LIN子節(jié)點所用的MCU只需要幾個位，并且LIN總線正是針對簡單的應用而設計。 因此，在CAN／LIN網(wǎng)絡中，CAN節(jié)點可連接發(fā)動機、變速箱等主要電控系統(tǒng)，而LIN節(jié)點用來連接門窗、儀表板、后視鏡、車燈等次要車內(nèi)電子控制單元，這正是整合汽車成本、性能方面的權宜之計。 在車用總線網(wǎng)絡的發(fā)展過程中，本文將介紹一款新型A類汽車總線：LIN（Local Interconnect Network）的系統(tǒng)技術特點，在分析傳統(tǒng)汽車網(wǎng)絡的基礎上闡述了基于CAN／LIN總線的分級制車用網(wǎng)絡的優(yōu)點，及其在汽車上的應用，衍生出LIN總線的子系統(tǒng)通訊網(wǎng)路。 低階車用電控系統(tǒng)　LIN發(fā)揮最大效益 總線通訊技術自從在20世紀后期開始應用在汽車上，另有電子技術和汽車技術推波助瀾發(fā)展下，至今已形成適用在車上不同應用范圍的車用總線標準，例如：MOST、CAN、TTP、LIN等。 目前有分別適用發(fā)動機和底盤控制、車身電器控制、車用多媒體等不同范圍的汽車總線標準。SAE（Society of Automotive Engineering）依照汽車上各系統(tǒng)不同的傳輸速度需求，大致上將汽車網(wǎng)絡總線歸納為A、B、C等三種類別，如表1所示。 表1 汽車網(wǎng)絡總線分類表（來源：美國汽車研究協(xié)會） 隨著汽車總線中通訊節(jié)點和數(shù)據(jù)流量不斷增加，加上節(jié)點也越來越繁雜，這使得汽車總線在重量、布置、成本、通信效率等方面有了較大阻力，將汽車總線的網(wǎng)絡化和分級制度付諸實行，面臨技術門檻也很高。 而在汽車總線通訊發(fā)展之際，傳輸速度小于10Kbps的A類型總線標準百花爭鳴，不過卻也沒有單一項協(xié)議能成為該領域的通用標準。但在1998年后，包括：Audi、Motorola、BMW、DaimlerChrysler、VCT、Volvo和Volkswagen等7家廠商聯(lián)合組成LIN協(xié)會，經(jīng)積極地研究開發(fā)后，再根據(jù)車用A類總線應用特性的發(fā)展基礎下，開發(fā)出新型A類總線。而在LIN總線問世后，便以低廉成本及優(yōu)異的性能表現(xiàn)，很快地就獲得各大廠商青睞，有望成為A類總線的國際標準。 LIN總線通訊的基本特性及應用優(yōu)勢 LIN總線的結構非常簡單，在系統(tǒng)、設備搭配上也能靈活應用，加上成本低廉等優(yōu)勢，使其成為的新型低速串行總線標準。它的主要工作是以CAN等高速總線的子系統(tǒng)或輔助型網(wǎng)絡。在面對到頻寬要求較低、功能簡單、實時性要求低的應用范圍，如：車身電子組件控制等方面，若導入LIN總線，將可有效的減少車上網(wǎng)絡線束、降低成本、提高網(wǎng)絡通訊效率及可靠性。 另一方面，LIN總線協(xié)議在終端架構中，可經(jīng)由主節(jié)點來控制或調度所有的總線通訊，這個特點也能為訊號傳輸提供足夠的延遲時間，使車上系統(tǒng)具有可預測性，這對車上越來越多傳感器是絕對需要的，因此，LIN總線能夠擴張至16節(jié)點，而且不需要仲裁機制。 再者，LIN總線基于SCI／UART資料格式，采用單一系統(tǒng)主機到多個系統(tǒng)終端模式，總線僅由三根導線組成（電源、地線及資料線），LIN總線的驅動／接收器規(guī)范遵從ISO9141標準，且EMI性能有所提高。LIN在硬件和軟件上保證了網(wǎng)絡節(jié)點的互操作性，并可降低EMC、EMI等干擾問題。 此外，LIN也能做作為異步串行接口（UART／SCI接口）；因此，所有微控制器都具備LIN互相通連的硬設備，并在極少的訊號線就能符合ISO9141標準，傳輸速率甚至可達20Kb/s以上，最大總線長度則為40m。 單主機或多個終端模式，無需總線仲裁，在終端節(jié)點上也不需石英或陶瓷振蕩器就能實現(xiàn)自同步；保證信號傳輸?shù)难舆t時間；不需要改變LIN終端節(jié)點的硬件和軟件就可以在網(wǎng)絡上增加或刪除節(jié)點等。 最后，LIN總線標準的規(guī)范中更包含：傳輸協(xié)議規(guī)范、傳輸接口、開發(fā)工具接口，及軟件程序編制接口，并在LIN實現(xiàn)規(guī)范化后，改善較為低階車用網(wǎng)絡繁雜的狀況，還能降低車用電子組件及設備等服務、生產(chǎn)、開發(fā)與往后的維修及維護成本。 LIN拓樸結構及訊息傳輸 LIN采用單主機多個終端模式，一個LIN網(wǎng)絡包括一個主機節(jié)點和若干個終端節(jié)點，由于過多節(jié)點將導致網(wǎng)絡阻抗過低，一個LIN網(wǎng)絡中節(jié)點總數(shù)需低于16個節(jié)點。主機節(jié)點既是主機任務也是為終端任務，而在LIN總線中的資料是借助訊息來進行傳輸及響應等動作，并經(jīng)由主機任務發(fā)送，具有同步間隔場、同步場和標識符場等3個部分。 同步場與同步間隔場：至少13個連續(xù)的顯性位（低電平），它標志著一個訊息傳遞的開始，其后為同步場，同步場邏輯值為0×55，終端節(jié)點利用同步場來實現(xiàn)與主機節(jié)點的同步動作，其標識符場必須在同步場后，長度則為一個字節(jié)，并以低階6位為標識符位，所組成64個標識符，其中60個用作一般訊息傳輸、2個用作診斷幀、1個用作用戶定義幀、1個留作LIN擴充使用，標識符后2位為奇偶校正位置。 標識符：指出當前訊息的內(nèi)容，終端節(jié)點據(jù)此來確定自己是否該針對訊息做出響應及響應方式。響應由終端任務發(fā)送，它由資料場和校正和場組成。資料場由報文幀所攜帶的資料組成，長度為1*8個字節(jié)。 報文幀的最后為校驗和場，長度為1字節(jié)，LIN1.3及其以前的規(guī)范版本中規(guī)定校驗和場僅對資料場作校驗，稱為傳統(tǒng)校驗和，LIN2.0規(guī)范中規(guī)定校驗和場校驗范圍包括資料場和標識符場，稱為增強校正?；旧?，可依照傳輸條件不同，分為絕對幀、觸發(fā)幀、離散幀、診斷幀、用戶定義幀和保留幀6種。 LIN的睡眠及喚醒狀態(tài)與錯誤監(jiān)測和處理 LIN總線上的所有通訊都由主機節(jié)點中的主機任務發(fā)起，主機任務根據(jù)進度表來確定當前的通訊內(nèi)容，發(fā)送相應的幀頭，并為報文幀分配幀信道。總線上的終端節(jié)點接收幀頭后，通過解讀標識符來確定自己是否應該對當前通訊做出響應、做出何種響應?；谶@種報文濾波方式，LIN可實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)傳輸模式，且一個報文幀可同時被多個節(jié)點接收利用。 睡眠狀態(tài)及喚醒狀態(tài)─需要時可終端機節(jié)點發(fā)送識別碼，例如：0×3C，且資料中的第一個字節(jié)為0的診斷訊號，將所有終端節(jié)點設置為睡眠狀態(tài)，如果總線在4秒鐘以上沒有任何反應，終端節(jié)點便會自動進入睡眠狀態(tài)，以降低功耗。 處于睡眠狀態(tài)的LIN網(wǎng)絡中的任何一個節(jié)點都可以請求喚醒總線，總線上的所有節(jié)點在接收到喚醒請求后應脫離睡眠狀態(tài)并為接收總線命令做好準備。主機節(jié)點接收到喚醒請求后也被喚醒，并在終端節(jié)點準備好后發(fā)送幀頭，尋找喚醒原因。 錯誤檢測和處理─在LIN規(guī)范定義了6種不同種類的訊息錯誤，包括：位錯誤、校驗和錯誤、標識符錯誤、終端不響應錯誤、總線不活動錯誤和同步場不一致錯誤，并可經(jīng)由主機節(jié)點和終端節(jié)點分別監(jiān)測這6項錯誤及處理。 LIN總線的通訊應用設計 LIN是一種低速串行總線，是針對車用電子控制系統(tǒng)而衍生，實現(xiàn)智能型傳感器及執(zhí)行器的連接。由于CAN已在車內(nèi)高速與多功能性的上層網(wǎng)絡構成主干，而在不需要CAN總線系統(tǒng)，則由LIN來構成下層局域網(wǎng)絡，實現(xiàn)分級制網(wǎng)絡結構，以達到合理分配利用網(wǎng)絡資源、提高線路布置的方便靈活性、降低成本的目的。 圖1 LIN總線拓墣結構及主機節(jié)點、終端節(jié)點基本架構（資料來源：Multiplex Bus Progression） 圖1是LIN總線拓墣結構及主機節(jié)點、終端節(jié)點基本架構，車門控制LIN網(wǎng)絡的結構及其在車門上的布置。從上圖得知，該網(wǎng)絡由主機節(jié)點、后視鏡節(jié)點、電動車窗節(jié)點、門鎖節(jié)點構成。由于主機節(jié)點是采用各控制開關來控制各系統(tǒng)狀態(tài)，還能接受CAN總線上的遠程信息，再根據(jù)控制指令，并將指令轉換為LIN訊息，則通過LIN網(wǎng)絡發(fā)送給相應終端節(jié)點，終端節(jié)點接收到與自己相關的訊息后，再進行判讀動作，最后則根據(jù)所獲得指令反應給執(zhí)行器進行動作，從而控制車上的各個子系統(tǒng)設備。 另外，在同一時間，終端節(jié)點也分別將控制部件的狀態(tài)反應給主機節(jié)點，經(jīng)由主機節(jié)點將該狀態(tài)信息透過指示燈號或喇叭告知駕駛人，又或者也能通過CAN總線發(fā)送給車上的其它控制單元。主機節(jié)點也作為LIN總線與上層CAN總線連接的網(wǎng)關。 LIN總線通訊實際應用案例 主機節(jié)點和終端節(jié)點控制器可采用PHILIPS的高性能8位單片機P87LPC768，該系統(tǒng)除了具有51系列的典型功能，能滿足LIN控制器的硬件要求外，還具有片內(nèi)運用其振蕩器等模塊，能夠有效簡化LIN節(jié)點結構，進而降低成本。 以PHILIPS所生產(chǎn)的“TJA1020”LIN收發(fā)器為例，可用波特率范圍在2.4-20Kbits/s之間，具有較高抗電磁波的干擾性（EMI），可以自動修整輸出波形降低電磁輻射（EME）。并在傳輸速率低于10K b/s的同時，TJA1020可以工作在低斜率模式下，降低電磁輻射。 電源模塊主要由PHILIPS公司生產(chǎn)的電壓調節(jié)器SA57022構成，SA57022可通過ON/OFF引腳開啟或關閉，它與LIN收發(fā)器配合實現(xiàn)節(jié)點的睡眠和喚醒。主機節(jié)點的CAN接口由CAN控制器SAJ1000和CAN驅動器82C250組成。 終端節(jié)點中以BTS432等半導體功率開關器件取代傳統(tǒng)的繼電器作為各執(zhí)行器的開關器件，具有響應迅速、可靠性高、結構緊湊等優(yōu)點，并可通過其回饋引腳診斷負載狀態(tài)。 圖2 車門控制LIN網(wǎng)絡的主機節(jié)點和后視鏡終端節(jié)點的結構 圖2是車門控制LIN網(wǎng)絡的主機節(jié)點和后視鏡終端節(jié)點的結構。主機節(jié)點主要由控制器、電源