汽车LIN总线用于车体控制的总线标准

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1、第第7 7章章 LINLIN总线总线1第第7 7章章LINLIN总线：用于车体控总线：用于车体控总线：用于车体控总线：用于车体控制的总线标准制的总线标准制的总线标准制的总线标准?7.1 概述?7.2 LIN数据传输?7.3 LIN在汽车中的应 用第第7 7章章 LINLIN总线总线2第第7 7章考考你章考考你?7-1.lIN车载网络最大的特点是什么？?协议简单、成本低、速率低?7-2.几个重要数值：Lin网最多节点数16； 最大传输距离40m；总线端电阻典型值主节 点1k、从节点30 k?7-3.LIN主、从节点结构？?7-4.LIN在汽车中的应用举例？第第7 7章章 LINLIN总线总线37

2、.1 7.1 概述概述?LIN(Local Interconnect Network) 是一种低成本的串行通讯网络，用于实现汽 车中的分布式电子系统控制，是一种低成本的串行通讯网络，用于实现汽 车中的分布式电子系统控制，LIN 的目标 是为现有汽车网络的目标 是为现有汽车网络(例如例如 CAN 总线总线)提供辅 助功能。因此，提供辅 助功能。因此，LIN总线是一种辅助的总线 网络，在不需要总线是一种辅助的总线 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 通讯。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 通讯。第第7 7章章 LINLIN总

3、线总线4?本地互连网络(LIN)是一种用于汽车中分布 电子系统的新型低成本串行通讯系统汽车中分布 电子系统的新型低成本串行通讯系统，它是 现有汽车多重传输网络的补充。补充。LIN瞄准一 些低端应用，在这些应用中每个节点的通讯 成本都必须大大低于CAN而且不需要CAN的 高性能、高带宽和多功能。LIN相对于CAN 的成本节省主要是由于采用单线传输、硅片 中硬件或软件的低实现成本和无需在从属节 点中使用石英或陶瓷谐振器。第第7 7章章 LINLIN总线总线5?LIN实现了一种具有成本效益的智能传感器 和执行器的通讯方式。这种通讯是基于串行 通讯接口(SCI)数据格式、单宿主/多从概念、 单线12V

4、总线和没有稳定时间基的节点的时 钟同步。低端多路通讯的汽车标准不久前才 出现。采用这个标准，汽车制造商及其供应 商能以非常经济的方式创建、实现和处理复 杂的分层化多路复用系统。第第7 7章章 LINLIN总线总线6LINLIN总线成本低的原因总线成本低的原因?LIN相对于CAN的成本节省主要是由于采用 单线传输、硅片中硬件或软件的低实现成本 和无需在从属节点中使用石英或陶瓷谐振器。 这些优点是以较低的带宽和受局限的单宿主 总线访问方法为代价的。第第7 7章章 LINLIN总线总线7LINLIN网络的结构网络的结构网络的结构网络的结构?lin 网络 由一 个主 节点 和多 个从 节点 组成。主节

5、点主任务从任务主节点主任务从任务从节点1从任务从节点n从任务第第7 7章章 LINLIN总线总线8?除了宿主节点的命名之外，LIN网络中的节 点不使用有关系统设置的任何信息。我们可 以在不要求其它从属节点改变硬件和软件的 情况下向LIN 中增加节点。第第7 7章章 LINLIN总线总线9LINLIN节点结构节点结构LIN线路接口采用+UARTLINRXTXLIN节点通信媒介（铜线）LINUART集成在微控制器部件中Lin节点拥有 线路接口 （LIN标准） 以便同其他 LIN电控单元 之间处理 信息数据。 还有一部分 是协议控制器 （集成在 微控制器中）。第第7 7章章 LINLIN总线总线10

6、通讯概念通讯概念通讯概念通讯概念?LIN包含一个宿主节点和一个或多个从属节点。所 有节点都包含一个被分解为发送和接收任务的从属 通讯任务，而宿主节点还包含一个附加的宿主发送 任务。在实时LIN中，通讯总是由宿主任务发起的。?宿主节点发送一个包含同步中断、同步字节和消息 识别码的消息报头。从属任务在收到和过滤识别码 后被激活并开始消息响应的传输。响应包含两个、 四个或八个数据字节和一个检查和(checksum)字 节。报头和响应部分组成一个消息帧。第第7 7章章 LINLIN总线总线11?LIN总线是单线，通过从电池正极Vbat的端接电阻 向导线或总线供电。总线收发器是ISO 9141标准 的一

7、个增强实现。该总线可以采用两个互补的逻辑 电平：接近于地的电压显性值(dominant value) 表示逻辑“0”，电压接近于电池供电电压的隐性值 (recessive value)表示逻辑“1”。?该总线的端接部分使用1k(在宿主节点)和30k(在 从属节点)的上拉电阻。从属节点的端接电容通常 为220pF。第第7 7章章 LINLIN总线总线12如上文所述，LIN网络基于主从节点构架而形成网络拓扑结构。主节点需要向从节点发出周期性的检测信号，检测结果由从节点反馈给主控制器。其中周期根据事件检测的实时性要求而设定。 如图二所示，LIN的信号由一个由主任务提供的标头（Header）和由从任务

8、处理的响应部分（Response）构成。标头包含一个13 位的同步间隔字段（Synch Break Field）、一个由主任务产生的同步字段（Synch Field），以及一个辨识字段（Identifier Field）。其中每一个字节字段都以串行位元组方式发送，起始位的第一位为“0”，而终止位为“1”。由主任务执行的信号标头会依整个LIN丛集的进度表决定每个信号的传输时间，以确保数据传输的确定性及避免网络超载的危险。在LIN网络中只有主节点采用晶体振荡器来为系统提供精确的基本时钟，此时钟会嵌入上述的同步字段中，让从任务能与主节点时序同步。LIN信号的响应部分包含一个数据域位（Data Fil

9、ed），长度为2 / 4 / 8个字节，和一个长度为一个字节的验证字段（Checksum Field）。LINLIN网络架构网络架构网络架构网络架构第第7 7章章 LINLIN总线总线13图二图二LIN信号结构示意图信号结构示意图第第7 7章章 LINLIN总线总线14LIN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。 报文头只能由主机任务发送，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

10、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、两个用作诊断帧、一个用作用户定义帧、一个留作LIN 扩展用。标识符后两位为奇偶校验位。 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。LINLIN数据传输数据传输第第7 7章章 LINLIN总线总线15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

11、验和。一个完整的报文帧如图所示。图LIN报文帧第第7 7章章 LINLIN总线总线16一个报文帧由一个帧头（由主机任务模块提供）和一个响应帧（由从机任务模块提供）组成。帧头包括一个同步间隔场(SYNCH BREAK FIELD)、一个同步场(SYNCH FIELD)和一个标识符场。报文帧的用途由标识符唯一定义，约定的从机任务根据标识符提供相关的响应帧并发送到总线上（如图2、图3所示），响应帧由2、4或8字节的数据场(DATA FIELD)和一个校验和场(CHECKSUM FIELD)组成。对这个标识符相联的数据感兴趣的从机任务将接收响应帧，校验和检验通过后对数据进行处理。报文帧报文帧第第7 7

12、章章 LINLIN总线总线17根据传输条件的不同，报文帧可分为绝对帧、触发帧、离散帧、诊断帧、用户定义帧和保留帧六种。 LIN总线上的所有通讯都由主机节点中的主机任务发起，主机任务根据进度表来确定当前的通讯内容，发送相应的帧头，并为报文帧分配帧通道。总线上的从机节点接收帧头之后，通过解读标识符来确定自己是否应该对当前通讯做出响应、做出何种响应。基于这种报文滤波方式，LIN可实现多种数据传输模式，且一个报文帧可以同时被多个节点接收利用第第7 7章章 LINLIN总线总线18第第7 7章章 LINLIN总线总线19这样的通讯机制带来了非常理想的效果： 系统灵活性：在LIN网络中可以直接增加节点而不

13、需要对其它从机节点的硬件和软件进行修改； 报文路由：报文的内容由标识符定义； 广播：多个节点可以同时接收一个单独的报文帧，并对报文作出反应。第第7 7章章 LINLIN总线总线207.3 LIN7.3 LIN在汽车中的应用在汽车中的应用?现以车门LIN网络为例介绍 LIN总线设计的一般方法。?车门控制LIN网络的结构及 其在车门上的布置如右图 所示，该网络由主机节点、 后视镜从机节点、摇窗机 从机节点、门锁从机节点 构成。车门控制LIN网络LINLIN总线系统实例总线系统实例总线系统实例总线系统实例1 1：车门：车门：车门：车门第第7 7章章 LINLIN总线总线21?主机节点采集本地各控制开

14、关的状态并接受CAN总线上 的远程信息，据此产生控制指令，并将指令转换为LIN 报文帧通过LIN网络发送给相应从机节点，从机节点接 收到与自己相关的报文帧后对报文帧进行拆封、解 读，然后根据获得的指令控制相应的执行器动作，从 而实现对车门各部件的控制。同时，在需要时从机节 点分别将其控制部件所处状态反馈给主机节点，主机 节点再将该状态信息通过指示灯或喇叭提供给驾驶员 或通过CAN总线发送给其他控制单元。主机节点也作为 本LIN网络与上层CAN网络连接的网关。a.主机节点b.从机节点LIN主机节点和从机节点CAN/LIN网关第第7 7章章 LINLIN总线总线22主机节点主要由控制器、电源、控制

15、按钮、LIN接口、CAN接口和指示灯几部分组成。?后视镜从机节点主要由控制器、电源、 LIN接口、执行器驱动单元和执行器如后 视镜调整电机、除霜加热器等组成。a.主机节点b.从机节点CAN/LIN网关第第7 7章章 LINLIN总线总线23?主机节点和从机节点控制器均采用PHILIPS的高性能8位单 片机P87LPC768，该单片机除具有51系列单片机典型功能， 完全满足LIN控制器的硬件要求外，还具有片内看门狗和振 荡器等模块，可有效简化LIN节点结构，降低成本。LIN收 发器采用PHILIPS公司生产的TJA1020，其可用波特率范围 2.4-20Kbits/s，它具有较高的抗电磁干扰性（

16、EMI）,可以 自动修整输出波形降低电磁辐射（EME），且当传输速率低 于10/时, TJA1020可以工作在低斜率模式下而进一 步降低电磁辐射。电源模块主要由PHILIPS公司生产的电压 调节器SA57022构成，SA57022可通过ON/OFF引脚开启或关 闭，它与LIN收发器配合实现节点的睡眠和唤醒。主机节点 的CAN接口由CAN控制器SAJ1000和CAN驱动器82C250组成。第第7 7章章 LINLIN总线总线24从机节点中以BTS432等半导体功率开关器件取代传统的继电器作为各执行器的开关器件，具有响应迅速、可靠性高、结构紧凑等优点，并可通过其反馈引脚诊断负载状态。第第7 7章章 LINLIN总线总线25随着汽车技术和网络通信技术的发展，汽车信息通信的网络化是必然趋势。汽车信息通信的多样化促进了汽车分级制网络的产生和发展。LIN作为一种性能优异、价格低廉的新型A类总线，必将进一步促进汽车分级制网络结构的实施和完善，推动汽车技术的发展。同时，LIN作为一个开放的协议，在工业及家电领域也有着广阔的应用前景。第第7 7章章 LINLIN总线总