第42章lin总线技术(汽车电子技术)

12019/12/181LIN总线：用于车体控制的总线标准1概述2LIN数据传输3LIN在汽车中的应用22019/12/1821概述LIN(LocalInterconnectNetwork)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(例如CAN总线)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。32019/12/183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，它是现有汽车多重传输网络的补充。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。42019/12/184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。52019/12/185LIN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。62019/12/186LIN网络的结构lin网络由一个主节点和多个从节点组成。主节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…72019/12/187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。82019/12/188LIN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）。92019/12/189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。102019/12/1810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ISO9141标准的一个增强实现。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(dominantvalue)表示逻辑“0”，电压接近于电池供电电压的隐性值(recessivevalue)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。112019/12/1811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（SynchBreakField）、一个由主任务产生的同步字段（SynchField），以及一个辨识字段（IdentifierField）。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（DataFiled），长度为2/4/8个字节，和一个长度为一个字节的验证字段（ChecksumField）。LIN网络架构122019/12/1812图二LIN信号结构示意图132019/12/1813LIN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。2.LIN数据传输142019/12/1814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，称为增强校验和。一个完整的报文帧如图所示。图LIN报文帧152019/12/1815LIN信息传输过程LIN从机向主机传输数据示如图所示，整个过程在主机的协调下进行。从机向主机传输数据162019/12/1816LIN主机向两个或两个以上的从机发送数据如图所示，整个过程在主机的协调下进行。主机向两个或两个以上的从机发送数据172019/12/1817从机和从机之间传输数据如图所示，整个过程在主机的协调下进行。从机和从机之间传输数据182019/12/1818一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(SYNCHBREAKFIELD)、一个同步场(SYNCHFIELD)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(DATAFIELD)和一个校验和场(CHECKSUMFIELD)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192019/12/1819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202019/12/1820212019/12/1821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。222019/12/18223LIN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LIN总线系统实例1：车门232019/12/1823主机节点采集本地各控制开关的状态并接受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242019/12/1824主机节点主要由控制器、电源、控制按钮、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252019/12/1825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（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10Ｋｂ/ｓ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。262019/12/1826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。272019/12/1827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。282019/12/1828LIN总线系统实例2：镜子镜子功能可被集成到一个或更多个LIN从属节点上。这些功能包括：镜子上下、进出马达控制；加热；水坑灯；转向灯；减少刺眼现象(电镀彩色镜，ECM)等。带CAN接口和USART/增强USART的高性能8位控制器应能满足宿主节点的需求。存储器需求和封装尺寸要求取决于软件功能、CAN软件堆栈和硬件I/O需求。在这个例子中，从属节点功能可由低性能8位控制器实现。292019/12/1829LIN网络在车镜控制上的应用302019/12/1830LIN和系统要求那么LIN是如何满足对低功耗、低系统成本、功能增加甚至减少汽车总重量的要求呢？首先它可以方便地用软件实现LIN协议，该协议不需要单片机给予过多的硬件支持，通过使用一个简单的USART或增强型USART就可以实现。USART支持诸如自动波特率检测等功能，这意味着在LIN应用中可以使用一个简单的质优价廉的8位单片机。还有一个优点就是LIN在协议层不需要复杂的操作系统，不多的软件开销还使得设计人员能够选择存储器容量较小的单片机。如何运用像LIN这样的简单协议对汽车进行控制呢？以车镜控制为例，许多汽车的车镜相互之间仍是硬连接，或者在豪华型汽车中通过CAN这样的昂贵协议连接，其实利用LIN总线就可以方便地将左右车镜和四向仪(可以改变车镜位置的四方向开关)连接起来。在典型的LIN方案中，四向仪是主节点，两个车