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1、第四章 局部连接网络,第一节 概 述 第二节 LIN总线的组成和工作原理,第一节 概 述,一、LIN的含义 二、LIN标准 三、LIN的特点 四、LIN与CAN的比较 五、LIN的应用,一、LIN的含义,局部连接网络(Local Interconnect Network，LIN)是一种低成本的串行通信网络。LIN协议是一个汽车底层网络协议，用于实现汽车中的分布式电子系统控制。LIN为现有汽车网络(如CAN总线)提供辅助功能，LIN总线是一种辅助的串行通信总线网络。在不需要CAN总线的带宽和多功能的场合，如智能传感器和制动装置之间的通信，使用LIN总线可大大节省成本。,二、LIN标准,LIN标准
2、的内容包括： 1)LIN协议规范部分。介绍了LIN的物理层和数据链路层。 2)LIN配置语言描述部分。介绍了LIN配置文件的格式。LIN配置文件用于配置整个网络，并作为OEM(原装设备制造厂)和不同网络节点的供应商之间的通用接口，同时可作为开发和分析工具的输入。,图4-1 LIN网络,3)LIN API(应用程序接口)部分。介绍了网络和应用程序之间的接口。,图4-2 OSI参考模型,三、LIN的特点,1)单主机多从机组织，即没有总线仲裁。 2)基于UART/SCI接口的廉价硬件实现。 3)从节点无振荡器的自同步功能。 4)保证延时和信号传输的正确性。 5)廉价的单总线结构。 6)数据传输速率为
3、20Kbit/s。 7)可选的报文帧长度为2B、4B和8B。 8)系统配置灵活。 9)带时间同步的多点广播式发送/接收方式，从机节点无需石英晶振或陶瓷谐振器。 10)数据累加和校验和(Data-Checksum)及错误检测功能。 11)故障节点的检测功能。 12)廉价的单片元器件。,四、LIN与CAN的比较,表4-1 LIN和CAN控制器特性对比,表4-2 LIN和CAN主要特性对比,五、LIN的应用,LIN主要用于车门、转向盘、座椅、空调、照明灯、温度传感器、交流发电机等，如图4-4所示。对于成本比较敏感的单元，如智能传感器、光敏器件等很容易连接到车载网络中，且使用、维护方便。LIN通常将模
4、拟信号量用数字信号量代替，以优化总线性能。,图4-3 车门电控单元,第二节 LIN总线的组成和工作原理,一、LIN总线的组成 二、LIN总线工作原理,一、LIN总线的组成,1. LIN主机电控单元 2. LIN从机电控单元,图4-5 LIN网络结构,1. LIN主机电控单元,1)监控数据传递和数据传递的速率，发送信息标题。 2)电控单元的软件内设定了一个周期，用于决定何时将何种信息发送到LIN总线上多少次。 3)电控单元在LIN总线与CAN总线之间起“翻译”作用，是LIN总线中唯一与CAN总线相连的电控单元。 4)通过LIN主机电控单元进行LIN系统自诊断。,2. LIN从机电控单元,1)接收
5、、传递或忽略与从主系统接收到的信息标题相关的数据。 2)可以通过一个“唤醒”信号唤醒主系统。 3)检查接收数据的总量。 4检查发送数据的总量。 ) 5)与主系统的同步字节保持一致。 6)只能按照主系统的要求与其他子系统进行数据交换。,二、LIN总线工作原理,1.报文传输 2.报文滤波及确认 3.错误和异常处理 4.故障界定 5.振荡器容差 6.位定时要求和同步过程 7.总线收发器 8.应用举例 9.常见问题分析 10. LIN总线收发器TJA1020,1.报文传输,(1)报文帧 (2)保留的标识符 (3)报文帧的长度和总线休眠检测 (4)唤醒信号,1)字节场(Byte Fields) 2)报文
6、头场(Header Fields) 3)响应场(Response Field),(1)报文帧,图4-6 LIN报文帧,1)字节场(Byte Fields),图4-7 LIN字节场,2)报文头场(Header Fields), 同步间隔 同步场 标识符场,图4-8 LIN同步间隔场,图4-9 LIN同步场,图4-10 LIN标识符场,3)响应场(Response Field), 数据场 校验和场,图4-11 LIN数据场,图4-12 LIN校验和场,1)命令帧标识符(Command Frame Identifier) 2)休眠模式命令 3)扩展帧标识符,(2)保留的标识符,1)命令帧标识符(Co
7、mmand Frame Identifier),图4-13 LIN命令帧,2)休眠模式命令,休眠模式命令用于将休眠模式广播到所有的总线节点。在完成该报文后，直到总线上出现唤醒信号结束休眠模式前，将没有总线活动。休眠模式命令的第一个数据字节是0X00的下载命令帧。,3)扩展帧标识符,图4-14 LIN扩展帧,(3)报文帧的长度和总线休眠检测,报文帧用一个同步间隔场作为起始，用校验和场作为结束。报文帧中的字节场用字节间空间和帧内响应空间分隔。字节间空间和帧内响应空间的长度没有定义，只限制了整个报文帧的长度。,(4)唤醒信号,图4-15 LIN唤醒信号帧,2.报文滤波及确认,(1)报文滤波 报文滤波
8、基于整个标识符，必须通过网络配置进行确认，即每一个从机任务对应一个传送标识符。 (2)报文确认 如果直到帧的结尾都没有检测到错误，则该报文对发送器和接收器都有效。,3.错误和异常处理,(1)错误检查 (2)错误标定,(1)错误检查,1)位错误。向总线发送一个位的单元，同时也在监控总线。 2)校验和错误。所有数据字节的和的补码与校验和字节之和不是0XFF时，则检测到一个校验和错误。 3)标识符奇偶错误。标识符的奇偶错误(即错误的标识符)不会被标出，通常LIN从机节点不能区分一个未知但有效的标识符和一个错误的标识符，然而所有的从机节点都能区分ID场中8位都已知的标识符和一个已知但错误的标识符。,4
9、)从机不响应错误。如果任何从机任务在发送同步和标识符场时，在最大长度时间TFRAME_MAX中没有完成报文帧的发送，则产生一个不响应错误。 5)同步场不一致错误。当从机检测到同步场的边沿在给出的容差外，则检测到一个同步场不一致错误。 6)没有总线活动。如果在接收到最后一个有效信息后，在Time-Out的时间内没有检测到有效的同步间隔场或字节场，则检测到一个没有总线活动条件。,(2)错误标定,LIN协议不标定检测到的错误，错误由每个总线节点标记，而且可以被“错误标定”所描述的故障界定过程访问。,4.故障界定,主机电控单元要检测以下错误情况： 1)主机任务发送。当回读发送时，在同步或标识符字节检测
10、到一个位错误或标识符奇偶错误。 2)主机电控单元中的从机任务接收。当从总线读一个数据时，检测到一个从机不响应错误或校验和错误。,从机电控单元要检测以下错误情况： 1)从机任务发送。当回读发送时，检测到数据或校验和场有位错误。 2)从机任务接收。当从总线读数据时，检测到一个标识符奇偶错误或校验和错误。,5.振荡器容差,在片时钟发生器使用内部校准时，使频率容差比为15最好，该精度足以在报文流中检测到同步间隔，见表4-7。使用同步场的精细校准可以确保适当地接收和发送报文。在考虑操作中的温度影响以及电压漂移的情况下，振荡器要在其余报文中保持稳定。,6.位定时要求和同步过程,(1)位定时要求 如果没有其
11、他情况，该文档中的所有位时间都参考主机节点的位定时。 (2)同步过程 同步场的模式是0X55，同步过程基于模式下降沿之间的时间量度。,图4-16 LIN同步场,7.总线收发器,(1)总体配置 (2)信号规范 (3)总线特性 (4)ESD/EMI的符合条件,(1)总体配置,图4-17 单线的汽车总线接口,(2)信号规范,表4-9 上拉电阻参数,(3)总线特性,图4-18 总线上的电压电平,(4)ESD/EMI的符合条件,半导体物理层设备必须遵守IEC 1000-4-2:1995的要求，保护不受人体放电损坏，最小的放电电压级是2000V。采用电控装置的汽车，要求ESD的电压级应达到8000V。,8
12、.应用举例,LIN总线在汽车上的应用，主要有中央门锁、转向盘、电动座椅、空调、照明装置、湿度传感器、交流发电机等。Phiips半导体公司基于CAN/LIN总线提出的汽车车身网络层方案如图4-20所示，粗线代表CAN总线，连接传动装置电控单元、照明电控单元、中央门锁电控单元、电动座椅电控单元以及组合仪表电控单元等；细线代表LIN总线，由LIN总线构成的LIN网络作为CAN网络的辅助网络，连接电动车窗电控单元、刮水器电控单元、天窗电控单元等低速设备。,9.常见问题分析,(1)报文序列举例 (2)ID场有效值 （3）校验和计算 (4)报文错误的原因 （5）故障界定 (6)物理接口的电源电压定义,(1
13、)报文序列举例,图4-20 汽车车身网络层,(2)ID场有效值,表4-12 ID场有效值,（3）校验和计算,表4-13 校验和计算实例,(4)报文错误的原因,以下错误机制可导致报文损坏： 1)搭铁电压的本地扰动。 2)电源电压的本地扰动。 3)总线信号的总体电子扰动。 4)不同步时基。,（5）故障界定,表4-14 故障界定的错误变量,(6)物理接口的电源电压定义,图4-21 VSUP和VBAT对比,10. LIN总线收发器TJA1020,(1)概述 (2)从机应用 (3)主机应用,1)TJA1020的特点 2)TJA1020的结构框图 3)TJA1020的工作模式 4)TJA1020与3.3V
14、器件兼容,(1)概述,1)TJA1020的特点, 波特率高达20Kbit/s。 修整输出波形，使电磁辐射非常低。 高抗电磁干扰性。 在低速应用中(小于10Kbit/s)使用低斜率模式，以进一步减小电磁辐射。 休眠模式中的电流消耗极低。 在LIN对搭铁短路时，电池受到放电保护。 传输数据(TXD)显性超时功能。 电池的工作范围广，可以从电压降(5V)到跳变启动情况(27V)。 控制输入电平与3.3V以及5V的器件兼容。 LIN从机应用时集成端电阻。,2)TJA1020的结构框图,图4-22 TJA1020的结构框图,3)TJA1020的工作模式,图4-23 TJA1020状态图, 休眠模式 准备
15、模式 普通斜率模式 低斜率模式,4)TJA1020与3.3V器件兼容,TJA1020被用于汽车低电压(小于5V)系统，其端子TXD和NSLP减小了输入阈值，输出端子RXD和TXD为漏极断路，可与使用3.3V或5V电源的单片机兼容。因此，TJA1020和主单片机之间不需要5V的转换接口，而且收发器本身不需要额外的VCC电源。为使端子RXD和TXD达到高电平，当单片机插接器的端子没有集成上拉电阻时，要加外部上拉电阻。,5)TJA1020的特性, 限制值。根据绝对最大等级系统(IEC 60134)，所有电压都参考端子GND，其限制值见表4-16。 特征。TJA1020的特征见表4-17。,(2)从机
16、应用,1)结构 2)端子说明,1)结构,图4-30 TJA1020从机应用,2)端子说明, NSLP端子 TXD端子 RXD端子 NWAKE端子 INH端子 LIN端子, NSLP端子,休眠控制端子NSLP有内部下拉电阻RSLP，当发生断路故障时，仍能保持一个固定的输入电平。NSLP端子的低电平使TJA1020进入休眠模式，并将功率的消耗减到最小。器件电源的输入阈值为3.3V和5V。, TXD端子,图4-31 典型的TXD端子应用 a)单片机内部集成可编程的上拉电阻 b)单片机没有集成上拉电阻(外部上拉电阻连接到本地(), RXD端子,图4-32 RXD端子的应用 a)单片机内部集成可编程的上拉电阻 b) 单片机没有集成上拉电阻, NWAKE端子,图4-33 NWAKE端子的应用 a)通过外部开关进行本地唤醒 b)上电后自动唤醒,图4-34 NWAKE端子的应用(上电唤醒) a)通过外部开关进行本地唤醒 b)上电后自动唤醒, INH端子,图4-35 INH端子
