應(yīng)用在車上的電子組件及設(shè)備增加，使得車上節(jié)點(diǎn)數(shù)也相對(duì)變多，不僅提高汽車生產(chǎn)制造成本，也導(dǎo)致車用總線通訊的成本提高了許多。相比之下，LIN總線則對(duì)MCU要求的資源較少，普通的串行口就能達(dá)成，一般LIN子節(jié)點(diǎn)所用的MCU只需要幾個(gè)位，并且LIN總線正是針對(duì)簡(jiǎn)單的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。 因此，在CAN／LIN網(wǎng)絡(luò)中，CAN節(jié)點(diǎn)可連接發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱等主要電控系統(tǒng)，而LIN節(jié)點(diǎn)用來(lái)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(quán)宜之計(jì)。 在車用總線網(wǎng)絡(luò)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(shù)特點(diǎn)，在分析傳統(tǒng)汽車網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上闡述了基于CAN／LIN總線的分級(jí)制車用網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)，及其在汽車上的應(yīng)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(shù)自從在20世紀(jì)后期開始應(yīng)用在汽車上，另有電子技術(shù)和汽車技術(shù)推波助瀾發(fā)展下，至今已形成適用在車上不同應(yīng)用范圍的車用總線標(biāo)準(zhǔn)，例如：MOST、CAN、TTP、LIN等。 目前有分別適用發(fā)動(dòng)機(jī)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(biāo)準(zhǔn)。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(luò)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(luò)總線分類表（來(lái)源：美國(guó)汽車研究協(xié)會(huì)） 隨著汽車總線中通訊節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)流量不斷增加，加上節(jié)點(diǎn)也越來(lái)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(luò)化和分級(jí)制度付諸實(shí)行，面臨技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)百花爭(zhēng)鳴，不過卻也沒有單一項(xiàng)協(xié)議能成為該領(lǐng)域的通用標(biāo)準(zhǔn)。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(huì)，經(jīng)積極地研究開發(fā)后，再根據(jù)車用A類總線應(yīng)用特性的發(fā)展基礎(chǔ)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 LIN總線通訊的基本特性及應(yīng)用優(yōu)勢(shì) LIN總線的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，在系統(tǒng)、設(shè)備搭配上也能靈活應(yīng)用，加上成本低廉等優(yōu)勢(shì)，使其成為的新型低速串行總線標(biāo)準(zhǔn)。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(luò)。在面對(duì)到頻寬要求較低、功能簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性要求低的應(yīng)用范圍，如：車身電子組件控制等方面，若導(dǎo)入LIN總線，將可有效的減少車上網(wǎng)絡(luò)線束、降低成本、提高網(wǎng)絡(luò)通訊效率及可靠性。 另一方面，LIN總線協(xié)議在終端架構(gòu)中，可經(jīng)由主節(jié)點(diǎn)來(lái)控制或調(diào)度所有的總線通訊，這個(gè)特點(diǎn)也能為訊號(hào)傳輸提供足夠的延遲時(shí)間，使車上系統(tǒng)具有可預(yù)測(cè)性，這對(duì)車上越來(lái)越多傳感器是絕對(duì)需要的，因此，LIN總線能夠擴(kuò)張至16節(jié)點(diǎn)，而且不需要仲裁機(jī)制。 再者，LIN總線基于SCI／UART資料格式，采用單一系統(tǒng)主機(jī)到多個(gè)系統(tǒng)終端模式，總線僅由三根導(dǎo)線組成（電源、地線及資料線），LIN總線的驅(qū)動(dòng)／接收器規(guī)范遵從ISO9141標(biāo)準(zhǔn)，且EMI性能有所提高。LIN在硬件和軟件上保證了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(shè)備，并在極少的訊號(hào)線就能符合ISO9141標(biāo)準(zhǔn)，傳輸速率甚至可達(dá)20Kb/s以上，最大總線長(zhǎng)度則為40m。 單主機(jī)或多個(gè)終端模式，無(wú)需總線仲裁，在終端節(jié)點(diǎn)上也不需石英或陶瓷振蕩器就能實(shí)現(xiàn)自同步；保證信號(hào)傳輸?shù)难舆t時(shí)間；不需要改變LIN終端節(jié)點(diǎn)的硬件和軟件就可以在網(wǎng)絡(luò)上增加或刪除節(jié)點(diǎn)等。 最后，LIN總線標(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)規(guī)范化后，改善較為低階車用網(wǎng)絡(luò)繁雜的狀況，還能降低車用電子組件及設(shè)備等服務(wù)、生產(chǎn)、開發(fā)與往后的維修及維護(hù)成本。 LIN拓樸結(jié)構(gòu)及訊息傳輸 LIN采用單主機(jī)多個(gè)終端模式，一個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)主機(jī)節(jié)點(diǎn)和若干個(gè)終端節(jié)點(diǎn)，由于過多節(jié)點(diǎn)將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)阻抗過低，一個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)總數(shù)需低于16個(gè)節(jié)點(diǎn)。主機(jī)節(jié)點(diǎn)既是主機(jī)任務(wù)也是為終端任務(wù)，而在LIN總線中的資料是借助訊息來(lái)進(jìn)行傳輸及響應(yīng)等動(dòng)作，并經(jīng)由主機(jī)任務(wù)發(fā)送，具有同步間隔場(chǎng)、同步場(chǎng)和標(biāo)識(shí)符場(chǎng)等3個(gè)部分。 同步場(chǎng)與同步間隔場(chǎng)：至少13個(gè)連續(xù)的顯性位（低電平），它標(biāo)志著一個(gè)訊息傳遞的開始，其后為同步場(chǎng)，同步場(chǎng)邏輯值為0×55，終端節(jié)點(diǎn)利用同步場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)與主機(jī)節(jié)點(diǎn)的同步動(dòng)作，其標(biāo)識(shí)符場(chǎng)必須在同步場(chǎng)后，長(zhǎng)度則為一個(gè)字節(jié)，并以低階6位為標(biāo)識(shí)符位，所組成64個(gè)標(biāo)識(shí)符，其中60個(gè)用作一般訊息傳輸、2個(gè)用作診斷幀、1個(gè)用作用戶定義幀、1個(gè)留作LIN擴(kuò)充使用，標(biāo)識(shí)符后2位為奇偶校正位置。 標(biāo)識(shí)符：指出當(dāng)前訊息的內(nèi)容，終端節(jié)點(diǎn)據(jù)此來(lái)確定自己是否該針對(duì)訊息做出響應(yīng)及響應(yīng)方式。響應(yīng)由終端任務(wù)發(fā)送，它由資料場(chǎng)和校正和場(chǎng)組成。資料場(chǎng)由報(bào)文幀所攜帶的資料組成，長(zhǎng)度為1*8個(gè)字節(jié)。 報(bào)文幀的最后為校驗(yàn)和場(chǎng)，長(zhǎng)度為1字節(jié)，LIN1.3及其以前的規(guī)范版本中規(guī)定校驗(yàn)和場(chǎng)僅對(duì)資料場(chǎng)作校驗(yàn)，稱為傳統(tǒng)校驗(yàn)和，LIN2.0規(guī)范中規(guī)定校驗(yàn)和場(chǎng)校驗(yàn)范圍包括資料場(chǎng)和標(biāo)識(shí)符場(chǎng)，稱為增強(qiáng)校正。基本上，可依照傳輸條件不同，分為絕對(duì)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(cuò)誤監(jiān)測(cè)和處理 LIN總線上的所有通訊都由主機(jī)節(jié)點(diǎn)中的主機(jī)任務(wù)發(fā)起，主機(jī)任務(wù)根據(jù)進(jìn)度表來(lái)確定當(dāng)前的通訊內(nèi)容，發(fā)送相應(yīng)的幀頭，并為報(bào)文幀分配幀信道?？偩€上的終端節(jié)點(diǎn)接收幀頭后，通過解讀標(biāo)識(shí)符來(lái)確定自己是否應(yīng)該對(duì)當(dāng)前通訊做出響應(yīng)、做出何種響應(yīng)?；谶@種報(bào)文濾波方式，LIN可實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)傳輸模式，且一個(gè)報(bào)文幀可同時(shí)被多個(gè)節(jié)點(diǎn)接收利用。 睡眠狀態(tài)及喚醒狀態(tài)─需要時(shí)可終端機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送識(shí)別碼，例如：0×3C，且資料中的第一個(gè)字節(jié)為0的診斷訊號(hào)，將所有終端節(jié)點(diǎn)設(shè)置為睡眠狀態(tài)，如果總線在4秒鐘以上沒有任何反應(yīng)，終端節(jié)點(diǎn)便會(huì)自動(dòng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，以降低功耗。 處于睡眠狀態(tài)的LIN網(wǎng)絡(luò)中的任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以請(qǐng)求喚醒總線，總線上的所有節(jié)點(diǎn)在接收到喚醒請(qǐng)求后應(yīng)脫離睡眠狀態(tài)并為接收總線命令做好準(zhǔn)備。主機(jī)節(jié)點(diǎn)接收到喚醒請(qǐng)求后也被喚醒，并在終端節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)備好后發(fā)送幀頭，尋找喚醒原因。 錯(cuò)誤檢測(cè)和處理─在LIN規(guī)范定義了6種不同種類的訊息錯(cuò)誤，包括：位錯(cuò)誤、校驗(yàn)和錯(cuò)誤、標(biāo)識(shí)符錯(cuò)誤、終端不響應(yīng)錯(cuò)誤、總線不活動(dòng)錯(cuò)誤和同步場(chǎng)不一致錯(cuò)誤，并可經(jīng)由主機(jī)節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)分別監(jiān)測(cè)這6項(xiàng)錯(cuò)誤及處理。 LIN總線的通訊應(yīng)用設(shè)計(jì) LIN是一種低速串行總線，是針對(duì)車用電子控制系統(tǒng)而衍生，實(shí)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(luò)構(gòu)成主干，而在不需要CAN總線系統(tǒng)，則由LIN來(lái)構(gòu)成下層局域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)分級(jí)制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以達(dá)到合理分配利用網(wǎng)絡(luò)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(jié)構(gòu)及主機(jī)節(jié)點(diǎn)、終端節(jié)點(diǎn)基本架構(gòu)（資料來(lái)源：Multiplex Bus Progression） 圖1是LIN總線拓墣結(jié)構(gòu)及主機(jī)節(jié)點(diǎn)、終端節(jié)點(diǎn)基本架構(gòu)，車門控制LIN網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及其在車門上的布置。從上圖得知，該網(wǎng)絡(luò)由主機(jī)節(jié)點(diǎn)、后視鏡節(jié)點(diǎn)、電動(dòng)車窗節(jié)點(diǎn)、門鎖節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。由于主機(jī)節(jié)點(diǎn)是采用各控制開關(guān)來(lái)控制各系統(tǒng)狀態(tài)，還能接受CAN總線上的遠(yuǎn)程信息，再根據(jù)控制指令，并將指令轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)IN訊息，則通過LIN網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給相應(yīng)終端節(jié)點(diǎn)，終端節(jié)點(diǎn)接收到與自己相關(guān)的訊息后，再進(jìn)行判讀動(dòng)作，最后則根據(jù)所獲得指令反應(yīng)給執(zhí)行器進(jìn)行動(dòng)作，從而控制車上的各個(gè)子系統(tǒng)設(shè)備。 另外，在同一時(shí)間，終端節(jié)點(diǎn)也分別將控制部件的狀態(tài)反應(yīng)給主機(jī)節(jié)點(diǎn)，經(jīng)由主機(jī)節(jié)點(diǎn)將該狀態(tài)信息透過指示燈號(hào)或喇叭告知駕駛?cè)耍只蛘咭材芡ㄟ^CAN總線發(fā)送給車上的其它控制單元。主機(jī)節(jié)點(diǎn)也作為L(zhǎng)IN總線與上層CAN總線連接的網(wǎng)關(guān)。 LIN總線通訊實(shí)際應(yīng)用案例 主機(jī)節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)控制器可采用PHILIPS的高性能8位單片機(jī)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(yùn)用其振蕩器等模塊，能夠有效簡(jiǎn)化LIN節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，進(jìn)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(dòng)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(shí)，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(diào)節(jié)器SA57022構(gòu)成，SA57022可通過ON/OFF引腳開啟或關(guān)閉，它與LIN收發(fā)器配合實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的睡眠和喚醒。主機(jī)節(jié)點(diǎn)的CAN接口由CAN控制器SAJ1000和CAN驅(qū)動(dòng)器82C250組成。 終端節(jié)點(diǎn)中以BTS432等半導(dǎo)體功率開關(guān)器件取代傳統(tǒng)的繼電器作為各執(zhí)行器的開關(guān)器件，具有響應(yīng)迅速、可靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，并可通過其回饋引腳診斷負(fù)載狀態(tài)。 圖2 車門控制LIN網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)節(jié)點(diǎn)和后視鏡終端節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu) 圖2是車門控制LIN網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)節(jié)點(diǎn)和后視鏡終端節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。主機(jī)節(jié)點(diǎn)主要由控制器、電源