一、什么是lin總線

　　LIN總線是針對汽車分布式電子系統(tǒng)而定義的一種低成本的串行通訊網(wǎng)絡(luò)，是對控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CAN）等其它汽車多路網(wǎng)絡(luò)的一種補(bǔ)充，適用于對網(wǎng)絡(luò)的帶寬、性能或容錯功能沒有過高要求的應(yīng)用。LIN總線是基于SCI（UART）數(shù)據(jù)格式，采用單主控制器/多從設(shè)備的模式，是UART中的一種特殊情況。

　　LIN（Local Interconnect Network）是一種低成本的串行通訊網(wǎng)絡(luò)，用于實(shí)現(xiàn)汽車中的分布式電子系統(tǒng)控制。LIN 的目標(biāo)是為現(xiàn)有汽車網(wǎng)絡(luò)（例如CAN 總線）提供輔助功能，因此LIN總線是一種輔助的總線網(wǎng)絡(luò)。在不需要CAN 總線的帶寬和多功能的場合，比如智能傳感器和制動裝置之間的通訊使用LIN 總線可大大節(jié)省成本。

　　LIN 技術(shù)規(guī)范中除定義了基本協(xié)議和物理層外還定義了開發(fā)工具和應(yīng)用軟件接口。LIN 通訊是基于SCI（UART）數(shù)據(jù)格式，采用單主控制器/多從設(shè)備的模式。僅使用一根12V 信號總線和一個無固定時間基準(zhǔn)的節(jié)點(diǎn)同步時鐘線。這種低成本的串行通訊模式和相應(yīng)的開發(fā)環(huán)境已經(jīng)由LIN 協(xié)會制定成標(biāo)準(zhǔn)。

　　LIN 的標(biāo)準(zhǔn)化將為汽車制造商以及供應(yīng)商在研發(fā)應(yīng)用操作系統(tǒng)降低成本。

　　二、LIN總線的應(yīng)用

　　典型的LIN 總線應(yīng)用是汽車中的聯(lián)合裝配單元，如：門、方向盤、座椅、空調(diào)、照明燈、

　　濕度傳感器，交流發(fā)電機(jī)等。對于這些成本比較敏感的單元，LIN 可以使那些機(jī)械元件如

　　智能傳感器、制動器或光敏器件得到較廣泛的使用。這些元件可以很容易的連接到汽車網(wǎng)絡(luò)

　　中并得到十分方便的維護(hù)和服務(wù)。在LIN 實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)中通常將模擬信號量用數(shù)字信號量

　　所替換，這將使總線性能優(yōu)化。

　　在以下的汽車電子控制系統(tǒng)中使用LIN 來實(shí)現(xiàn)將得到非常完美的效果：

　　車頂

　　濕度傳感器

　　光敏傳感器

　　信號燈控制

　　汽車頂篷

　　車門

　　車窗玻璃

　　中樞鎖

　　車窗玻璃開關(guān)

　　吊窗提手

　　車頭

　　傳感器

　　小電機(jī)

　　方向盤

　　方向控制開關(guān)

　　擋風(fēng)玻璃上的擦拭裝置

　　方向燈

　　無線電

　　空調(diào)

　　座椅

　　座椅控制電機(jī)

　　轉(zhuǎn)速傳感器

　　盡管LIN 最初的設(shè)計(jì)目的是用于汽車電子控制系統(tǒng)，但LIN 也可廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化

　　傳感器總線，大眾消費(fèi)電子產(chǎn)品中。

　　三、LIN自動尋址

　　LIN自動尋址時，判別子節(jié)點(diǎn)的位置分為7步，流程圖如圖3所示。

　　第1步，當(dāng)自動尋址開始時，所有子節(jié)點(diǎn)內(nèi)的上拉電阻及電流源都開路；

　　第2步，檢測所有子節(jié)點(diǎn)上通過Rshunt的電流Ishunt1；

　　第3步，所有子節(jié)點(diǎn)的電流源1導(dǎo)通；

　　第4步，檢測此時通過Rshunt的電流Ishunt2，計(jì)算Ishunt2與Ishunt1的差值，差值小于基準(zhǔn)電壓的子節(jié)點(diǎn)稱為預(yù)選子節(jié)點(diǎn)；

　　第5步，關(guān)閉所有沒有被預(yù)選的子節(jié)點(diǎn)的電流源1；打開所有預(yù)選子節(jié)點(diǎn)的電流源2，同時保持電流源1打開狀態(tài)；

　　第6步，檢測預(yù)選子節(jié)點(diǎn)上通過Rshunt的電流Ishunt3，計(jì)算Ishunt3與Ishunt1的差值，如果此差值低于基準(zhǔn)電壓，則判斷此子節(jié)點(diǎn)為離Master最近的子節(jié)點(diǎn)，此時將設(shè)置的地址寫入到此子節(jié)點(diǎn)的RAM（RandomAccessMemory，隨機(jī)存取存儲器）中；

　　第7步，所有的子節(jié)點(diǎn)電流源1及電流源2開路，上拉電阻導(dǎo)通。

　　lin總線自動尋址的應(yīng)用

　　在最初幾年，汽車采用獨(dú)立自主電子系統(tǒng)。后來很快意識需要一種支持系統(tǒng)間相互通信的機(jī)制。這不僅催生出諸如能夠協(xié)調(diào)各個電子系統(tǒng)的串行通信信道（總線）等網(wǎng)絡(luò)，同時也促進(jìn)了汽車整體功能改進(jìn)。

? ? ? ? 汽車網(wǎng)絡(luò)：

　　1983年，博世公司開始開發(fā)控制器局域網(wǎng)（CAN）總線，并且在1986年正式發(fā)布相關(guān)協(xié)議。目前有多種不同汽車總線標(biāo)準(zhǔn)，但是CAN仍然是最流行的標(biāo)準(zhǔn)。在CAN網(wǎng)絡(luò)中，所有節(jié)點(diǎn)（源于不同的ECU）都擔(dān)當(dāng)主節(jié)點(diǎn)（即，不存在主從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)），而且并不分配具體地址。而是由消息攜帶標(biāo)識符。

　　在給定時間，多個節(jié)點(diǎn)可以同時向CAN總線發(fā)送數(shù)據(jù)。然后由消息標(biāo)識符幫助確定消息的優(yōu)先級。最高優(yōu)先級的消息會使CAN總線進(jìn)入顯性狀態(tài)（dominant state），而所有其他節(jié)點(diǎn)會停止發(fā)送。這些節(jié)點(diǎn)實(shí)際上是收發(fā)器，除發(fā)送消息之外，其可以根據(jù)特定功能從總線查找特定消息。因此，CAN總線所連接的不同節(jié)點(diǎn)之間會出現(xiàn)信息流。

　　由于CAN會進(jìn)行填充錯誤、誤碼、校驗(yàn)和錯誤、誤幀以及應(yīng)答錯誤等多項(xiàng)錯誤檢查， 因此具有高可靠性。CAN支持高達(dá)1Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，從而成為連接汽車關(guān)鍵功能ECU（如：變速箱、溫度傳感器等）的默認(rèn)選擇。

　　為什么選擇LIN？

　　但是，汽車電子的作用并非僅僅局限于這些關(guān)鍵單元。車身電子市場多年來一直在增長。典型車身控制應(yīng)用包括座椅、車窗、智能雨刷以及汽車空調(diào)傳感器等。對車身電子的關(guān)鍵要求是確保汽車更舒適、更安全。盡管這些系統(tǒng)可能不要求像關(guān)鍵ECU那樣的高安全性，但是它們?nèi)匀恍枰欢ǖ钠嚲W(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)。

　　其所需不同網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與類型分類如下：

　　- 常規(guī)車身與動力總成應(yīng)用采用具有實(shí)時特性的協(xié)議，主要是需要CAN;

　　- 多媒體應(yīng)用需要更高的帶寬與速度，甚至需要無線互聯(lián)。所采用的網(wǎng)絡(luò)包括Bluetooth、MOST 或Firewire;

　　- 安全關(guān)鍵應(yīng)用需要具備可靠性和容錯的協(xié)議。時間觸發(fā)CAN（TT-CAN）和FlexRay是其所采用的典型網(wǎng)絡(luò);

　　- 座椅、車窗、雨刷，甚至某些復(fù)雜的ECU中的智能傳感器及促動器具有更低的通信需求。這些應(yīng)用通常采用定制OEM協(xié)議尋址，其通信并不需要采用CAN或FlexRay接口。

　　對于最后一類應(yīng)用而言，由于OEM廠商采用其自有協(xié)議，因此OEM的供應(yīng)商在沒有標(biāo)準(zhǔn)情況下設(shè)計(jì)不同系統(tǒng)會面臨一些難題，如：復(fù)雜性與費(fèi)用。所以，不同汽車制造商在二十世紀(jì)九十年代后期共同成立了LIN聯(lián)盟。該聯(lián)盟在2002年終于實(shí)現(xiàn)了此類系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，其稱為LIN。

　　LIN與CAN對比：

　　實(shí)現(xiàn)CAN比實(shí)現(xiàn)LIN的成本高。導(dǎo)致CAN成本更高的因素包括：

　　- CAN網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)都需要時鐘發(fā)生器或晶體;

　　- CAN的芯片級實(shí)現(xiàn)起來更復(fù)雜

　　- 采用雙線傳輸。

　　最重要的是，整個昂貴的架構(gòu)對于不需要高可靠性和高數(shù)據(jù)速率的應(yīng)用來說過于奢侈。

　　上述種種缺陷促進(jìn)了對LIN網(wǎng)絡(luò)需求增長。LIN總線的作用是補(bǔ)充而非替代CAN總線。它是一種支持汽車網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程以及非關(guān)鍵應(yīng)用的低成本串行通信協(xié)議。與CAN不同，LIN采用主從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種網(wǎng)絡(luò)一般包含一個主節(jié)點(diǎn)和多達(dá)16個從節(jié)點(diǎn)。所有通信均由主節(jié)點(diǎn)發(fā)起。由于所有節(jié)點(diǎn)都是由主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行時鐘控制，因此只有主節(jié)點(diǎn)中需要精密時鐘。這是使LIN成本低于CAN的原因之一（CAN中的所有節(jié)點(diǎn)都需要采用晶體或精密時鐘發(fā)生器）。

　　LIN特性與優(yōu)勢：

　　LIN的主要特性與優(yōu)勢如下：

　　1. 補(bǔ)充作用 – 如前所述，LIN的作用并非是替代而是補(bǔ)充CAN。此特性有助于CAN擴(kuò)展到應(yīng)用中的遠(yuǎn)程分級子網(wǎng)。

　　2. 單線實(shí)現(xiàn) – LIN的低成本單線實(shí)現(xiàn)方案（不同于CAN的雙絞線實(shí)現(xiàn)方案）可以顯著降低成本。

　　3. 數(shù)據(jù)速率 –出于EMI控制原因，數(shù)據(jù)速率限速為20Kbps，這有助于保持網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

　　4. 廣播串行網(wǎng)絡(luò) – LIN網(wǎng)絡(luò)可以采用一個主節(jié)點(diǎn)和多達(dá)16個從節(jié)點(diǎn)。所有消息均從主節(jié)點(diǎn)始發(fā)并且最多由1個從節(jié)點(diǎn)根據(jù)消息標(biāo)識符做出響應(yīng)。

　　5. 自同步 – 無需晶體或諧振器，從而能夠大幅降低實(shí)現(xiàn)成本。

　　6. 等待時間 – LIN網(wǎng)絡(luò)可以提供保證等待時間，從而使其成為預(yù)測性更高的網(wǎng)絡(luò)。

　　7. 整體實(shí)現(xiàn) – LIN比CAN的實(shí)現(xiàn)成本和復(fù)雜性更低。對于CAN，其每個節(jié)點(diǎn)都需要CAN接口、晶體和雙線連接。而LIN通過簡單的串行通信模塊（SCB）和增強(qiáng)型ISO 9141接口便可工作，無需晶體，而且是采用單線連接。

　　表1提供LIN與CAN特性的快速對比，以幫助開發(fā)人員根據(jù)不同參數(shù)需求選擇網(wǎng)絡(luò)：

? ? ? ? 基于LIN的系統(tǒng)的組件：

　　創(chuàng)建基于LIN的系統(tǒng)的復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于基于CAN的系統(tǒng)?；贚IN的系統(tǒng)所需組件包括：

　　- 物理收發(fā)器（PHY）

　　- 帶有串行通信模塊（SCB）/接口的微控制器

　　- 開發(fā)工具：軟件

　　典型LIN網(wǎng)絡(luò)類似于圖2所示帶有一個主節(jié)點(diǎn)和多個從節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)。

? ? ? ?物理收發(fā)器注釋：大多數(shù)LIN實(shí)現(xiàn)方案采用收發(fā)器管理接口連接和支持更高的電壓電平。這些收發(fā)器一般位于微控制器外部。

　　為了在LIN網(wǎng)絡(luò)中擔(dān)當(dāng)從節(jié)點(diǎn)，MCU需要一個串行通信接口（SCI）或串行通信模塊（SCB），以支持UART，從而實(shí)現(xiàn)接口連接。LIN協(xié)議采用UART作為基本收發(fā)方式。如果無法在MCU硬件中實(shí)現(xiàn)UART，則可以采用軟件實(shí)現(xiàn)。但是不建議采用這種方法，因?yàn)闀o處理器帶來不必要的負(fù)載。為用作主節(jié)點(diǎn)，我們需要采用更高端的MCU。除了支持SCI的UART之外，主節(jié)點(diǎn)還需要一個時鐘發(fā)生器。

　　LIN采用符合ISO9141標(biāo)準(zhǔn)的BUS單線連接。如今我們具有更高級的汽車級MCU，其以內(nèi)置LIN-PHY提供對LIN的專用支持。這種集成可以使實(shí)現(xiàn)方案更緊湊、更簡單。

　　大多數(shù)MCU供應(yīng)商至少會在其一個器件系列中支持LIN接口。例如賽普拉斯半導(dǎo)體公司的可編程片上系統(tǒng)（PSoC），其提供一個在單芯片上集成可編程邏輯、存儲器和MCU的片上系統(tǒng)架構(gòu)。這些器件支持能夠配置為LIN的串行通信接口，從而很有可能適用于需要LIN的汽車應(yīng)用。

　　除了MCU和LIN PHY之外，配置LIN接口的不同參數(shù)通常需要軟件模塊等開發(fā)工具。賽普拉斯等處理器廠商可提供支持軟硬件同步設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)環(huán)境，如：PSoC Designer 與PSoC Creator。此類工具提供靈活的LIN組件或用戶模塊，其可以根據(jù)設(shè)計(jì)需求進(jìn)行編程并運(yùn)行。

　　MCU供應(yīng)商還需要通過符合LIN規(guī)范的一致性測試對其LIN接口進(jìn)行驗(yàn)證或認(rèn)證。幾乎所有OEM廠商都會提出此項(xiàng)要求，而MCU供應(yīng)商在其開發(fā)過程中遵守相關(guān)要求。

　　LIN消息幀：

　　為了更好地了解數(shù)據(jù)如何通過LIN傳輸，需要了解相關(guān)消息幀。LIN消息幀由一個報(bào)頭和一個響應(yīng)組成。報(bào)頭長度固定，而響應(yīng)包含0~8字節(jié)的數(shù)據(jù)。幀間響應(yīng)時間是從節(jié)點(diǎn)響應(yīng)LIN主節(jié)點(diǎn)發(fā)出的請求所需要的時間。幀間響應(yīng)時間隨網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不同而不同，因?yàn)槠淙Q于各節(jié)點(diǎn)的軟硬件實(shí)現(xiàn)。響應(yīng)之后是一個針對消息幀的數(shù)據(jù)部分而計(jì)算的校驗(yàn)和。

　　報(bào)頭分為三個字段：

　　1. 同步間隔場（SYNC-break field）用于 激活所有連接的LIN從節(jié)點(diǎn)，使其偵聽報(bào)頭的隨后部分。它由一個起始位和多個顯性位（dominant bit）組成。

　　2. 同步場（SYNC-field）是一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式字節(jié)。運(yùn)行于RC振蕩器上的LIN從節(jié)點(diǎn)采用固定量的上升沿和下降沿之間的距離測量總線的當(dāng)前位時間，以便重新計(jì)算內(nèi)部波特率。

　　3. 標(biāo)識符（ID）場由主節(jié)點(diǎn)發(fā)送到所有LIN節(jié)點(diǎn)，其通常包含64個不同值之一，并且在8位數(shù)據(jù)中含有2個奇偶校驗(yàn)位。標(biāo)識符包含隨后通過LIN總線傳輸?shù)男畔?，如：發(fā)送者、接受者、用途以及數(shù)據(jù)字段長度。

　　消息幀結(jié)構(gòu)如圖3所示。。

?
? ? ?　LIN應(yīng)用：

　　我們已經(jīng)清楚哪類汽車應(yīng)用需要LIN。我們來快速查看一下采用LIN網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用列表（見表2）。為了更好地了解其差異，表2將需要LIN的應(yīng)用與需要CAN的應(yīng)用進(jìn)行了對比。

　　車載電子數(shù)量在不斷增多，其網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性也在不斷提高。我們在不遠(yuǎn)的將來會在路上看到能夠相互通信的無人駕駛汽車。隨著汽車電氣網(wǎng)絡(luò)數(shù)量增多和復(fù)雜性提高，更簡單、更便宜的替代產(chǎn)品也在不斷增加，其中最流行的是LIN。LIN已經(jīng)成為大多數(shù)不需要CAN等級安全性的車身控制應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，而且在將來還會保持其流行勢頭。隨著新版本的發(fā)布（最新版本為2.2A版），LIN也在保持其更新，以滿足汽車新標(biāo)準(zhǔn)要求。這同時也要求汽車MCU供應(yīng)商裝備最新、最優(yōu)LIN接口版本，以便在車身控制應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮其用武之地。