低壓電器(2004No2)LIN總線技術(shù)現(xiàn)場總線 名佟為明，孫凡金， 趙志衡(哈爾濱工業(yè)大學(xué),黑龍江哈爾濱150001 )摘要:局部互連網(wǎng)絡(luò) LIN是一種結(jié)構(gòu)簡單、配置靈活的新型串行通信網(wǎng)絡(luò),主要用于實現(xiàn)汽車內(nèi)部諸多電子控制單元之間的通信,為目前在汽車行業(yè)內(nèi)廣泛使用的現(xiàn)場總線提供輔助功能。介紹了LIN的特點、優(yōu)點及其應(yīng)用,闡述了其體系結(jié)構(gòu)、主機從第一作者:佟為明機任務(wù)、報文傳輸、睡眠模式及喚醒、錯誤類型及故障界定等基本技術(shù)。關(guān)鍵詞: LIN;主機從機;任務(wù).(1964 - ),男,教中圖分類號: TP393.02文獻標(biāo)識碼:A 文章編號: 1001-5531 (2004)02-0026-04授,博士生導(dǎo)師,研究方向為智能電器與現(xiàn)場總線、電源LIN Fieldbus Technology與諧波抑制、數(shù)字TONG Wei-ming， SUN Fan-jin，ZHAO Zhi-heng式保護測控裝置和永磁電器。( Harbin Institute of Technology, Harbin 150001 ，China)Abstract: LIN is a kind of serial communication network with simple structure and flexible configuration, andis mainly used to implement communication among the electronic control units in automobiles, so LIN provides aC-cessorial functions for fieldbus that is presently used in automobile industry widely. The characteristic, merits andapplication of LIN were introduced, and the basic technology, such as architecture, Master/Slave task, messagetransmission, sleep mode, wake-up, error types , fault confinement, etc. were described.Key words: LIn; master/slave; taskLIN規(guī)范包括3個主要部分:①LIN協(xié)議規(guī)1引言范說明LIN的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層;②LIN配置局部互連網(wǎng)絡(luò)LIN ( Local Interconnect Net-語言描述說明LIN配置文件的格式,LIN配置文work)是--種將開關(guān)、顯示器、傳感器及執(zhí)行器等件被用于配置整個網(wǎng)絡(luò),并作為OEM和不同網(wǎng)絡(luò)簡單控制設(shè)備連接起來的串行通信網(wǎng)絡(luò),主要用節(jié)點供應(yīng)商之間的公共接口,同時可作為開發(fā)和于實現(xiàn)汽車中的分布式電子系統(tǒng)控制。LIN 的目分析工具的一個輸人;③LIN API部分說明網(wǎng)絡(luò)標(biāo)是為現(xiàn)有汽車網(wǎng)絡(luò)(如CAN總線)提供輔助功與應(yīng)用程序間的接口,此概念可實現(xiàn)開發(fā)和設(shè)計能"。因此,LIN總線是一種輔助的總線網(wǎng)絡(luò),在工具之間的無縫連接,并可提高開發(fā)速度、增強網(wǎng)不需要CAN總線的帶寬和多功能的場合，比如智絡(luò)可靠性。能傳感器和制動裝置之間的通信,使用LIN總線LIN采用單主機/多從機的通信結(jié)構(gòu)，僅使用可大大節(jié)省成本。一根12V信號總線,驅(qū)動器/接收器的規(guī)范遵從該低成本的串行通信模式和相應(yīng)的開發(fā)環(huán)境ISO 9141標(biāo)準(zhǔn)，且EMI性能有所提高。已經(jīng)由LIN協(xié)會制定成標(biāo)準(zhǔn)。LIN 的標(biāo)準(zhǔn)化將為2 LIN的特點、優(yōu)點與應(yīng)用領(lǐng)域汽車制造商以及供應(yīng)商在研發(fā)、應(yīng)用電子產(chǎn)品方面降低成本[2]。LIN總線的技術(shù)特點為:①單主機,多從機.LIN標(biāo)準(zhǔn)包括傳輸協(xié)議規(guī)范、傳輸媒體規(guī)范、結(jié)構(gòu)中國煤化工資通UART/SCI接開發(fā)工具接口和用于軟件編程的接口。LIN 在硬口的MHCNMHG屯狀態(tài)機;③帶時件和軟件上支持網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的互操作性,并可預(yù)測間同步的多點廣播接收,從節(jié)點無需石英或陶瓷EMC行為[3]。振蕩器:④確定性的信號傳輸;⑤低成本的單線26 -LIN總線技術(shù)低壓電器( 2004No2)實現(xiàn);⑥速率可達20 kb/s;⑦總線長度≤40 m;主機節(jié)點⑧保證信號傳輸?shù)难舆t時間;⑨可選的數(shù)據(jù)場長度:0~8bytes;?配置的靈活性;①數(shù)據(jù)校驗以機節(jié)點1從機節(jié)點2從機節(jié)點3 ...主機節(jié)點川.和的安全性和錯誤檢測;②網(wǎng)絡(luò)中故障節(jié)點的檢測;①使用最小成本的半導(dǎo)體元件(小尺寸,單芯圖1 LIN 總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)片系統(tǒng));不需改變LIN從節(jié)點的硬件和軟件即可在網(wǎng)絡(luò).上增加節(jié)點;⑤通常一-個 LIN網(wǎng)絡(luò)節(jié)3.2 LIN 的協(xié)議分層結(jié)構(gòu)點數(shù)小于16個;⑥汽車電池供電。根據(jù)OSI參考模型,LIN分為物理層和數(shù)據(jù)LIN總線的主要優(yōu)點在于:①LIN是一種低鏈路層'41。端網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),可提供簡單的網(wǎng)絡(luò)解決方案,支持網(wǎng)物理層定義信號如何在總線媒體上傳輸。數(shù)絡(luò)節(jié)點的互操作性,大大減少了系統(tǒng)安裝、調(diào)試和據(jù)鏈路層中的MAC(媒體訪問控制)子層是LIN接線的成本和時間。②LIN的通信量小、配置靈協(xié)議的核心,它管理從LLC(邏輯鏈路控制)子層活、單線連接及單主機V多從機的通信結(jié)構(gòu)(無需接收到的報文,也接受將被傳送到LLC子層的報總線仲裁),可保證低端設(shè)備及電子控制單元簡文。 MAC子層由被稱為故障界定的一個管理實便、快捷的實時通信。③通過主機節(jié)點(網(wǎng)關(guān))，體來監(jiān)控。 數(shù)據(jù)鏈路層中的LLC子層涉及報文可將LIN與上層網(wǎng)絡(luò)(如CAN)相連接,實現(xiàn)LIN濾波和恢復(fù)管理。的子總線輔助通信功能,可優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),提高網(wǎng)3.3主機和從機 節(jié)點的功能絡(luò)效率及可靠性。④LIN的協(xié)議是開放的,任何LIN網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點內(nèi)部有主機任務(wù)和從機任組織及個人無需支付費用即可獲取。務(wù)。主機任務(wù)只在LIN總線主機節(jié)點上運行,它典型的LIN總線應(yīng)用在汽車中的聯(lián)合裝配單控制總線上所有的通信,如定義傳輸速率(2 ~20元，如門、方向盤、座椅、空調(diào)、照明燈、濕度傳感kb/s,由一個精確的參考時鐘驅(qū)動),發(fā)送同步間器交流發(fā)電機等。對于這些成本比較敏感的單隔、同步場、標(biāo)識符(ID)場，監(jiān)控并通過檢查校驗元,LIN可使那些機械元件,如智能傳感器、制動和來驗證數(shù)據(jù)的有效性,請求從機進入睡眠模式器或光敏器件得到較廣泛的使用。這些元件可很(當(dāng)需要時再將其喚醒),對從機的喚醒進行響容易地連接到汽車網(wǎng)絡(luò)中,并十分方便地實現(xiàn)維應(yīng);從機任務(wù)可在主機或從機節(jié)點上運行,它等待護和服務(wù)。在以下的汽車電子控制系統(tǒng)中使用同步間隔,在同步場取得同步,分析識別碼并做出LIN總線可得到非常滿意的效果:車頂(濕度傳感相應(yīng)動作(什么也不做,接收數(shù)據(jù)或發(fā)送數(shù)據(jù))，器光敏傳感器、信號燈控制、汽車頂篷);車門檢查/發(fā)送校驗和。(車窗玻璃、中樞鎖、車窗玻璃開關(guān)、吊窗提手);通過主機節(jié)點中的從機任務(wù)，數(shù)據(jù)可由主機車頭(傳感器、小電機);方向盤(方向控制開關(guān)、節(jié) 點發(fā)至任意從機節(jié)點。相應(yīng)的主機報文ID可擋風(fēng)玻璃.上的擦拭裝置、方向燈、無線電、空調(diào)、座觸發(fā)從機-從機通信。椅、座椅控制電機、轉(zhuǎn)速傳感器)。主機任務(wù)與從機任務(wù)的實現(xiàn)過程如圖2所盡管LIN最初的設(shè)計目的是用于汽車電子控示。制系統(tǒng),但LIN也可廣泛用于工業(yè)自動化傳感器、執(zhí)行器及低壓電器、繼電器等開關(guān)總線中,在家用主機任務(wù)r 從機節(jié)點從機節(jié)點| 叢機任務(wù)從機任務(wù)電器中也有- -定應(yīng)用。同步間隔、同步場(lbyte) r標(biāo)識符場(byte)總線下一個同步間隔3 LIN總線的基本技術(shù)幀間空間一AAA43.1體系結(jié)構(gòu)“揚場校驗和場中國煤化工路四LIN的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。LIN 的主從機任MHCNMHG機節(jié)點可實現(xiàn)一個網(wǎng)關(guān)的功能，如CAN總線和圖2 LIN 的主機任務(wù)與從機任務(wù)LIN總線之間的網(wǎng)關(guān)。一27一低壓電器( 2004No2)lIn總線技術(shù)3.4報文傳輸命令幀和擴展幀的使用由LIN協(xié)會定義?？偩€具有兩個互補的邏輯值:“顯性"或“隱報文濾波是基于整個標(biāo)識符的,必須通過網(wǎng)性”?？偩€上的信息以可選長度的固定格式報文絡(luò)配置來實現(xiàn)從機任務(wù)與傳送標(biāo)識符的一一對來發(fā)送。報文傳輸由報文幀格式表示和控制。每應(yīng)。由于引人報文濾波,任何數(shù)目的節(jié)點可同時個報文幀均由0~8bytes的數(shù)據(jù)及3bits的控制接收報文并同時對此報文做出反應(yīng),亦即可實現(xiàn)信息組成,即由主機節(jié)點發(fā)送的報頭和主機或從多點傳送。.機節(jié)點發(fā)送的響應(yīng)組成。其中,報頭包括同步間若直到幀的結(jié)尾都沒有檢測到錯誤,則報文隔場( Synch Break Field) 、同步場( Synch Field) 和對發(fā)送器和接收器均有效。若報文被破壞,則主標(biāo)識符場( Identifier Field)。 響應(yīng)( Response)由1機和從機任務(wù)都認(rèn)為報文沒有被發(fā)送。正確接收~9bytes場組成:0~8bytes的數(shù)據(jù)場(Data報文后的應(yīng)答過程在LIN協(xié)議中沒有被定義。主Field)和1 byte 校驗和場( Checksum Field) 。機節(jié)點檢查由主機任務(wù)初始化并由其自身從機任報文幀之間由幀間( Inter Frame)空間分隔。務(wù)接收的報文的一致性。若不- -致(如丟失從機報頭與響應(yīng)之間由幀中響應(yīng)( In-Frame -Response)響應(yīng)、校驗和不正確等),主機任務(wù)可改變報文的空間分隔。最小幀間空間和幀中響應(yīng)空間均為進度表。若從機檢測到不一致性 ,從機將保存此0,且兩者最大長度均受報文幀的最大長度信息,并將它以診斷信息的形式傳送給主機節(jié)點。TrRAME. .m限制。報文幀結(jié)構(gòu)如圖3所示。診斷信息可在普通報文幀內(nèi)以數(shù)據(jù)形式進行發(fā)送。報文幀LIN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的最大數(shù)量不僅受標(biāo)識符的數(shù)報頭響應(yīng)_幀間空間h量限制,也受總線物理特性限制。通常LIN網(wǎng)絡(luò)間隔場同步向步場標(biāo)識. 數(shù)據(jù)場和場的節(jié)點數(shù)量不應(yīng)超過16,否則節(jié)點增加將減少網(wǎng)苻場幀中響應(yīng)空間內(nèi)部字節(jié)空間絡(luò)阻抗,這會妨礙惡劣條件下的無錯通信。每個圖3 LIN 的報文幀格式增加的節(jié)點可減少約3%的網(wǎng)絡(luò)阻抗。3.5睡眠模式及喚醒報文內(nèi)容由標(biāo)識符指定。標(biāo)識符不指明報文為了減少系統(tǒng)功耗,LIN總線主機節(jié)點可發(fā)的目的節(jié)點,但描述數(shù)據(jù)的含義。標(biāo)識符的最大出一個睡眠幀讓總線和節(jié)點進人沒有任何內(nèi)部活數(shù)量為64 ,其中4個標(biāo)識符被保留以用作特殊報動的睡眠模式。用于廣^播睡眠模式的報文是- -個文幀(2個命令幀和2個擴展幀)來實現(xiàn)專用通信專用命令?？偩€在睡眠模式時呈隱性。除標(biāo)識符目的。場包含數(shù)值0x80之外，睡眠幀與數(shù)據(jù)幀是相似2個命令幀均包括8 bytes 響應(yīng),可用于主機的。在標(biāo)識符場后面可傳送數(shù)據(jù),也可不傳送數(shù)向從機(或從機向主機)上載和下載數(shù)據(jù)。此特?fù)?jù),這需在系統(tǒng)設(shè)計時進行選擇。性可用于軟件升級、網(wǎng)絡(luò)配置和診斷。命令幀的總線的睡眠模式可通過主機節(jié)點或從機節(jié)點結(jié)構(gòu)與普通報文幀相同,只是響應(yīng)場含有用戶定發(fā)送一個喚醒信號來中止。喚醒信號可通過任何義的命令場,而不是數(shù)據(jù)場,如命令場可使從機進從機任務(wù)發(fā)送,但只有總線先前處于睡眠模式,且人服務(wù)模式或睡眠模式。節(jié)點內(nèi)部請求被掛起時才有效?？偩€上的任何最保留的2個擴展幀標(biāo)識符可將用戶定義的報小長度的顯性周期或任何總線節(jié)點的內(nèi)部條件都文格式和后續(xù)的LIN格式嵌人到當(dāng)前的LIN協(xié)議將結(jié)束睡眠模式。一旦節(jié)點被內(nèi)部喚醒，將使用中,而不需改變當(dāng)前的LIN規(guī)范,這可保證LIN從基于喚醒信號的程序向主機通報這- -消息。當(dāng)收機向_上兼容后續(xù)的LIN協(xié)議修訂版。擴展幀標(biāo)識年中止。符向所有總線成員聲明-一個未定義的幀格式。標(biāo)中國煤化工后,所有的節(jié)點都識符后面緊跟著的是仲裁碼,接收到此標(biāo)識符的重新TYH.CNMH G一個同步間隔場從機必須忽略所有后面字節(jié)場,直到出現(xiàn)下一個和同步場，若在喚醒信號超時(Time-outafter同步間隔。WakeupSignal)時間內(nèi)沒有檢測到同步場,則請一28LIN總線技術(shù)低壓電器( 2004No2)求第一個喚醒信號的節(jié)點再- -次發(fā)送一 一個新的喚誤或物理 總線錯誤需被檢測。醒信號,此情況將不超過3次。然后喚醒信號的(2)主機節(jié)點中的從機任務(wù)。當(dāng)期望或讀取傳輸將因有3個間隔超時(Time-outafterThree來自總線上的數(shù)據(jù)時,從機不響應(yīng)錯誤或校驗和Breaks) 而被掛起。只有具有內(nèi)部喚醒請求掛起錯誤被檢測。的節(jié)點才允許重新發(fā)送喚醒信號。在3個間隔超任何從機節(jié)點需檢測下列錯誤狀態(tài):時后,再重新發(fā)送3個喚醒信號,此后就可以決定(1)從機任務(wù)發(fā)送。當(dāng)回讀白己的發(fā)送時,是否要停止重新發(fā)送。數(shù)據(jù)或校驗和場中的位錯誤需被檢測。3.6 錯誤類型與故障界定(2)從機任務(wù)接收。當(dāng)從總線讀值時,標(biāo)識LIN總共定義了6種報文錯誤類別:符奇偶錯誤和校驗和錯誤被檢測。(1)位錯誤。向總線發(fā)送一個位的單元同時當(dāng)一個從機期望從另外-一個從機(根據(jù)標(biāo)識也在監(jiān)視總線。當(dāng)監(jiān)視到的位值與發(fā)送的位值不符)接收報文,但在報文幀的最大長度TRAME_ ma同時,則在這個位定時內(nèi)檢測到-一個位錯誤。的時間內(nèi)總線上沒有有效的報文,則需檢測從機(2)校驗和錯誤。若所有數(shù)據(jù)字節(jié)的和的補不響應(yīng)錯誤,但當(dāng)從機不準(zhǔn)備接收報文(根據(jù)標(biāo)碼與校驗和字節(jié)相加的和不是0xFF時,則檢測到識符)時,則不需檢測此錯誤類型。一個校驗和錯誤。當(dāng)在給出的容差中沒有檢測到同步場的邊(3)標(biāo)識符奇偶錯誤。標(biāo)識符的奇偶錯誤沿,則一個同步字節(jié)不- -致錯誤被 檢測。.(被破壞的標(biāo)識符)不會被標(biāo)出。通常LIN從機4結(jié)束語應(yīng)用不能區(qū)分一個未知但 有效的標(biāo)識符和一一個錯誤的標(biāo)識符。但是,所有的從機節(jié)點都能區(qū)分ID針對汽車行業(yè)設(shè)計的LIN總線是一種簡單靈場中8bit都己知的標(biāo)識符和---個已知但錯誤的活、低價便捷的新型通信網(wǎng)絡(luò),可方便地為汽車行標(biāo)識符。業(yè)使用的主流總線提供全面的輔助功能,大大優(yōu)(4)從機不響應(yīng)錯誤。在發(fā)送同步場和標(biāo)識化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、提高網(wǎng)絡(luò)效率、增強網(wǎng)絡(luò)可靠性。符場后,若任何從機任務(wù)在最大長度時間LIN也可廣泛用于工業(yè)自動化傳感器、執(zhí)行器及TPRAME.m內(nèi)沒有完成報文幀的發(fā)送，則產(chǎn)生一個低壓電器、繼電器等開關(guān)總線中,應(yīng)用前景廣闊。不響應(yīng)錯誤。相信LIN總線-定會在我國得到長足的發(fā)展和更(5)同步場不一致錯誤。當(dāng)從機檢測到同步加廣泛的應(yīng)用,并促進我國工業(yè)自動化水平的提場的邊沿在給定的容差外時,則檢測到-一個同步高。場不- -致錯誤。[參考文獻](6)物理總線錯誤。若總線上沒有產(chǎn)生一個[1] Bosch. CAN Specification ( Version 2.0)[Z].有效報文,則主機節(jié)點檢測到一個物理總線錯誤。[2] Motorola Inc. Local Interconnect Network Demonstra-故障界定的概念主要依靠主機節(jié)點,它可處理盡.tion[ Z].2000.量多的錯誤檢測、錯誤恢復(fù)和診斷。故障界定主[3] LIN Consortium. LIN Specification Package (Rev 1.3)要基于系統(tǒng)要求。[Z]. 2002.主機節(jié)點必須檢測下列錯誤狀態(tài):[4]趙格英,孫澤昌, 魏學(xué)哲,等. LIN總線及其在轎車車(1)主機任務(wù)發(fā)送。當(dāng)回讀自己的發(fā)送時,身控制中的應(yīng)用[J].自動化與儀表,2002,17(6).在同步或標(biāo)識符字節(jié)中的位錯誤、標(biāo)識符奇偶錯收稿日期:2003-12-10中國煤化工歡迎訂閱歡迎投稿歡迎MYHCNMHG登廣告29 -