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LIN總線是目前常見(jiàn)的一種A類(lèi)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。LIN的全稱(chēng)為L(zhǎng)ocal Interconnect Network。LIN主要功能是為CAN總線網(wǎng)絡(luò)提供輔助功能，應(yīng)用場(chǎng)合有智能傳感節(jié)點(diǎn)、自動(dòng)車(chē)窗節(jié)點(diǎn)等。目前最新的LIN協(xié)議是LIN2.2，制定于2010年。LIN的一大優(yōu)點(diǎn)是成本低，但其最大傳輸速率為20Kbps。建議的通信速率如下，低速2400bps，中速9600bps，高速19200bps。根據(jù)OSI參考模型，LIN總線僅規(guī)范了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。
LIN的部分應(yīng)用
LIN的特點(diǎn)如下：
1.采用單主多從的組網(wǎng)方式，無(wú)CAN總線那樣的仲裁機(jī)制，最多可連接16個(gè)節(jié)點(diǎn)（1主15從）。 2.對(duì)硬件要求簡(jiǎn)單，僅需UART/SCI 接口，輔以簡(jiǎn)單驅(qū)動(dòng)程序便可實(shí)現(xiàn) LIN 協(xié)議。故幾乎所有的MCU均支持LIN。 3.不需要單獨(dú)的晶振，便能完成主、從節(jié)點(diǎn)的同步，硬件成本大幅降低。 4.僅使用一根信號(hào)線便可完成信息的傳輸，即所謂的單總線設(shè)備。 5.傳輸速率最高可達(dá)20Kbps，符合A類(lèi)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，滿(mǎn)足車(chē)身控制需要。 6.LIN 網(wǎng)絡(luò)中新節(jié)點(diǎn)的加入，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中其他原有節(jié)點(diǎn)的軟硬件設(shè)計(jì)不會(huì)造成影響。
LIN網(wǎng)絡(luò)主從節(jié)點(diǎn)的功能
LIN網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)任務(wù)分為主機(jī)任務(wù)和從機(jī)任務(wù)兩類(lèi)。其中，主機(jī)任務(wù)只在主機(jī)節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行，而從機(jī)任務(wù)在主機(jī)節(jié)點(diǎn)和從機(jī)節(jié)點(diǎn)上均可運(yùn)行。也就是說(shuō)，主機(jī)節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)主機(jī)任務(wù)和從機(jī)任務(wù)。 A.主機(jī)任務(wù)主要執(zhí)行以下功能： 1.定義總線上的通信速率。（同步場(chǎng)？待考） 2.發(fā)送報(bào)文幀頭，包含同步間隔場(chǎng)、同步場(chǎng)和標(biāo)識(shí)符場(chǎng)三個(gè)部分。 3.監(jiān)控總線通信，通過(guò)校驗(yàn)和確定數(shù)據(jù)正確性與否。 4.使從機(jī)進(jìn)入喚醒或睡眠狀態(tài)，并響應(yīng)從機(jī)的喚醒要求。 B.從機(jī)任務(wù)既可運(yùn)行于主機(jī)又可運(yùn)行于從機(jī)，它主要完成以下功能： 1.等待主機(jī)任務(wù)發(fā)送的同步間隔，使從機(jī)與主機(jī)于同步場(chǎng)中獲得同步。 2.分析標(biāo)識(shí)符場(chǎng)，若與自己相關(guān)，則接收或發(fā)送數(shù)據(jù)，若與自己無(wú)關(guān)則什么都不做。 3.檢查和發(fā)送校驗(yàn)和。 4.接受主機(jī)任務(wù)的喚醒和睡眠請(qǐng)求。 綜上，主機(jī)報(bào)文的標(biāo)識(shí)符能觸發(fā)與之對(duì)應(yīng)的不同從機(jī)之間的通信。
LIN報(bào)文的幀結(jié)構(gòu)
LIN 總線上具有“顯性”和“隱性”兩種互補(bǔ)的邏輯電平。其中，顯性電平（參考地電壓）是邏輯 0，隱性電平（電源電壓）是邏輯1。 LIN在總線上以具有固定格式的報(bào)文進(jìn)行傳遞，但是這種報(bào)文數(shù)據(jù)段的長(zhǎng)度是可以調(diào)整的。LIN網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)（包括主機(jī)節(jié)點(diǎn)）都具有從機(jī)任務(wù)，當(dāng)接到主機(jī)任務(wù)的報(bào)文信息時(shí)，它們中的某一個(gè)要對(duì)報(bào)文做出響應(yīng)。
報(bào)文頭僅可以由主機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)出 LIN總線的一幀主要由兩部分組成，即報(bào)文頭（Header）和報(bào)文響應(yīng)（Response）。其中，報(bào)文頭是由一個(gè)主機(jī)節(jié)點(diǎn)的主機(jī)任務(wù)發(fā)出的，而報(bào)文響應(yīng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)響應(yīng)）是由一個(gè)主機(jī)節(jié)點(diǎn)或從機(jī)節(jié)點(diǎn)的從機(jī)任務(wù)發(fā)出的。其中報(bào)文頭由同步間隔場(chǎng)（最小13個(gè)顯性位）、同步場(chǎng)（1個(gè)字節(jié)，數(shù)據(jù)不變，0x55）、和PID場(chǎng)（1個(gè)字節(jié)）三部分組成；報(bào)文響應(yīng)由2/4/8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)場(chǎng)、校驗(yàn)和場(chǎng)（1個(gè)字節(jié)）所組成。報(bào)文頭和響應(yīng)之間有一個(gè)幀內(nèi)空間分隔，最小空間為0。
LIN的幀結(jié)構(gòu)（英文版）
LIN的幀結(jié)構(gòu)（彩圖版）
LIN的幀結(jié)構(gòu)
示波器采出來(lái)的LIN波形，能看出0x00和0x55 LIN 的字節(jié)場(chǎng)格式就是通常的“SCI”或“UART”串行數(shù)據(jù)格式(N81編碼)。即每個(gè)字節(jié)場(chǎng)的長(zhǎng)度是10個(gè)位定時(shí)(BIT TIME)：1bit起始位＋8bits數(shù)據(jù)位＋1bit停止位。 起始位(START BIT)是一個(gè)“顯性”位，它標(biāo)志著字節(jié)場(chǎng)的開(kāi)始。接著是8個(gè)數(shù)據(jù)位，首先發(fā)送最低位。停止位(STOP BIT)是一個(gè)“隱性”位，它標(biāo)志著字節(jié)場(chǎng)的結(jié)束。LIN報(bào)文幀中的同步場(chǎng)、標(biāo)識(shí)符場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)、校驗(yàn)和場(chǎng)的格式都符合上述字節(jié)場(chǎng)的格式。 下面對(duì)幾個(gè)重要的部分詳細(xì)說(shuō)明。
同步間隔場(chǎng)
間隔場(chǎng)是唯一一個(gè)不符合字節(jié)場(chǎng)格式的場(chǎng)。從節(jié)點(diǎn)需要檢測(cè)到至少連續(xù)11個(gè)顯性位才認(rèn)為是間隔信號(hào)。
同步場(chǎng)
一個(gè)字節(jié)，即0x55。
LIN的被保護(hù)標(biāo)識(shí)符場(chǎng)（PID場(chǎng)）
PID場(chǎng)定義了報(bào)文的內(nèi)容和長(zhǎng)度。如圖，PID場(chǎng)分為6個(gè)標(biāo)識(shí)符位和2個(gè)ID奇偶校驗(yàn)位。6個(gè)標(biāo)識(shí)符位我們稱(chēng)之為ID。如果加上2個(gè)奇偶校驗(yàn)位就變成PID了，即Protected ID。6個(gè)標(biāo)識(shí)符位中，標(biāo)識(shí)符后兩位為數(shù)據(jù)長(zhǎng)度控制位?？偟膩?lái)看，ID的范圍是0-0x3F。注意是ID，不是PID。要區(qū)分開(kāi)。這一段要講的是我們需要將LIN的ID與PID分清楚，不能混淆。
上圖中的ID4和ID5為數(shù)據(jù)長(zhǎng)度控制位（ID4是低位）。值為00或10時(shí)，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為2個(gè)字節(jié)。值為01時(shí)，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為4個(gè)字節(jié)。值為11時(shí)，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為8個(gè)字節(jié)。在實(shí)際應(yīng)用中，我并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)ID4和ID5與真實(shí)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度有什么關(guān)系。接觸到的LIN報(bào)文均為8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。 P0和P1為奇偶校驗(yàn)位，算法如下：
?
#include
?
?
數(shù)據(jù)場(chǎng)
數(shù)據(jù)場(chǎng)主要需注意每個(gè)字節(jié)先傳輸?shù)氖亲畹臀?。即如果某一信?hào)長(zhǎng)度超過(guò)1個(gè)字節(jié)，采用低位在前的方式發(fā)送（小端）。
校驗(yàn)和場(chǎng)（checksum）
校驗(yàn)和場(chǎng)是數(shù)據(jù)場(chǎng)所有字節(jié)的和的反碼。所有數(shù)據(jù)字節(jié)的和的補(bǔ)碼，與校驗(yàn)和字節(jié)相加所得的和必須是0xFF。 算法（Classical）：累加所有字節(jié)。對(duì)每次加和進(jìn)行判斷，如果和大于0xFF，那么就把高八位的1，與低八位相加，其實(shí)就是低八位加1（翻轉(zhuǎn)八位和）。得到最后的結(jié)果后，取其反碼，我們就得到了最后的校驗(yàn)和。參照下圖理解一下。
如何算出LIN的校驗(yàn)和場(chǎng) 講解一下上面的圖，0x4A+0x55 = 0x9F這個(gè)沒(méi)有疑問(wèn)，再加0x93 = 0x132，很明顯，超過(guò)了0xFF，分解為0x1和0x32，突出的高8位刪除，加到低8位中，0x1+0x32=0x33。再加0xE5 = 0x118，又超了，0x1+0x18=0x19。取反（Not），0xE6。 練習(xí)：下圖是一些LIN總線數(shù)據(jù)，以最后一組為例，2個(gè)0xFF之和為0x1FE，處理后仍然為0xFF。故8個(gè)0xFF加和之后仍為0xFF，取反碼為0x00。
一組LIN報(bào)文
校驗(yàn)和場(chǎng)的兩種類(lèi)型
校驗(yàn)和場(chǎng)通常會(huì)有兩種不同的類(lèi)型，英文簡(jiǎn)稱(chēng)為CST（Checksum Type）。一種是classic checksum（LIN 1.3），一種是enhanced checksum(LIN 2.0及以上)。上文講到的校驗(yàn)和場(chǎng)算法實(shí)際上是classic的，即只對(duì)Data（數(shù)據(jù)場(chǎng)）進(jìn)行校驗(yàn)和的計(jì)算。Enhanced Checksum在計(jì)算時(shí)需要把PID也加入到計(jì)算隊(duì)列中。
9600波特率下，ChecksumType為classic 下圖是CST(校驗(yàn)和類(lèi)型)為Enhanced時(shí)的報(bào)文形態(tài)。此時(shí)校驗(yàn)和的計(jì)算需要包含前面的PID字節(jié)。舉例，下圖中第一幀報(bào)文，ID為0x02，PID通過(guò)查表（參考文獻(xiàn)5）可得到對(duì)應(yīng)的PID是0x42，0x42的反碼是0xBD。原理上一樣，只不過(guò)計(jì)算校驗(yàn)和的時(shí)候，需要把PID也放進(jìn)去。
PLIN-USB收到的LIN報(bào)文，很詳細(xì) 這里有個(gè)知識(shí)點(diǎn)一定要注意：標(biāo)識(shí)符為0x3C和0x3D的幀只能使用經(jīng)典校驗(yàn)，這兩組幀是LIN的診斷幀。即LIN 2.0及以上才有的診斷幀，需要使用經(jīng)典校驗(yàn)，不能將PID也加入到校驗(yàn)計(jì)算序列。自己寫(xiě)LIN驅(qū)動(dòng)的小伙伴要格外注意。
用Kvaser收到的第一個(gè)LIN報(bào)文 LIN總線的布線組網(wǎng) LIN網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量不應(yīng)超過(guò)16個(gè)，否則節(jié)點(diǎn)增加將減少網(wǎng)絡(luò)阻抗，會(huì)導(dǎo)致環(huán)境條件變差，從而不能進(jìn)行正常的無(wú)錯(cuò)誤通訊。BOSCH汽車(chē)電氣與電子中這樣描述，“LIN總線規(guī)范中沒(méi)有規(guī)定總線允許的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)。......但實(shí)際應(yīng)用中，為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，總線允許的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)為16個(gè)。“ 實(shí)驗(yàn)證明（該實(shí)驗(yàn)需要考證），每增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)，就會(huì)減少約3％的阻抗；網(wǎng)絡(luò)中的通訊導(dǎo)線長(zhǎng)度應(yīng)小于或等于40m；主機(jī)節(jié)點(diǎn)的總線端電阻典型值是1k?，從機(jī)節(jié)點(diǎn)是30 k?。
LIN總線的應(yīng)用
LIN總線上可以傳輸?shù)膬深?lèi)數(shù)據(jù)，信號(hào)報(bào)文和診斷報(bào)文。 診斷報(bào)文的輸送是在具有兩個(gè)保留標(biāo)識(shí)符的幀里面完成的。數(shù)據(jù)場(chǎng)的判讀取決于數(shù)據(jù)場(chǎng)本身以及通訊節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。 LIN具有調(diào)度表機(jī)制。調(diào)度表負(fù)責(zé)調(diào)度網(wǎng)絡(luò)各報(bào)文發(fā)送的順序。調(diào)度表在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段確定。調(diào)度表使得LIN通信具有可預(yù)測(cè)性。主任務(wù)可以擁有多個(gè)調(diào)度表，并在不同的調(diào)度表之間切換。 LIN的描述文件叫做LDF文件，可以設(shè)置報(bào)文幀，信號(hào)和調(diào)度表等。
LIN幀的分類(lèi)
LIN幀按照幀類(lèi)型來(lái)分類(lèi)可以分為普通幀、事件觸發(fā)幀、零星幀、診斷幀、用戶(hù)自定義幀和保留幀。 普通幀的標(biāo)識(shí)符(ID)為0到0x3B。主任務(wù)發(fā)出報(bào)文頭，一個(gè)任務(wù)響應(yīng)，一個(gè)或多個(gè)任務(wù)接收。 事件觸發(fā)幀的標(biāo)識(shí)符為0到0x3B。事件觸發(fā)幀必須有一個(gè)獨(dú)立的ID，該ID可以與多個(gè)普通幀相關(guān)聯(lián)。在事件觸發(fā)幀時(shí)隙內(nèi)發(fā)送幀頭，只有當(dāng)相關(guān)聯(lián)的無(wú)條件幀內(nèi)有信號(hào)被更新時(shí)，才發(fā)送幀響應(yīng)。幀響應(yīng)的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)等于標(biāo)識(shí)符，即響應(yīng)最多可以傳輸7個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)；如果沒(méi)有幀響應(yīng)，幀頭被忽略。幀響應(yīng)可由多個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送，發(fā)生沖突時(shí)切換到“沖突解決調(diào)度表”，之后再切換回到原來(lái)的調(diào)度表。 零星幀表示共用一個(gè)時(shí)隙、在需要時(shí)才被發(fā)送的一組普通幀。標(biāo)識(shí)符為0到0x3B。 診斷幀用來(lái)傳輸診斷或配置信息，一般包含8個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。0x3C為主請(qǐng)求幀，0x3D為從響應(yīng)幀（注意校驗(yàn)方式是classic?。?。診斷響應(yīng)基于ISO15765-2傳輸層和ISO14229應(yīng)用層。
診斷幀 用戶(hù)自定義幀標(biāo)識(shí)符為0x3E，可以傳輸任何用戶(hù)自定義的信息。 保留幀的標(biāo)識(shí)符為0x3F。略。 ? 關(guān)于LIN的版本 LIN2.0新增加了下列屬性：“增強(qiáng)校驗(yàn)和（Enhanced）”、“重新配置和診斷”、“波特率自動(dòng)探測(cè)”、“響應(yīng)錯(cuò)誤狀態(tài)監(jiān)控”。LIN2.0從機(jī)節(jié)點(diǎn)無(wú)法與LIN1.3主機(jī)節(jié)點(diǎn)操作。 關(guān)于睡眠 主節(jié)點(diǎn)可以發(fā)送一幀ID為0x3c，第一個(gè)字節(jié)為零的主請(qǐng)求幀來(lái)使處于工作狀態(tài)的從節(jié)點(diǎn)進(jìn)入睡眠。這幀報(bào)文稱(chēng)為睡眠指令。 從節(jié)點(diǎn)在接到睡眠指令之后，也可以選擇不進(jìn)入睡眠狀態(tài)而繼續(xù)工作，這根據(jù)應(yīng)用層協(xié)議而定。 當(dāng)總線空閑4到10秒的時(shí)候，所有從節(jié)點(diǎn)必須進(jìn)入睡眠狀態(tài)。（注：空閑的定義是沒(méi)有顯性位和隱性位之間的轉(zhuǎn)換。） 關(guān)于喚醒 在一個(gè)處于睡眠狀態(tài)的LIN網(wǎng)絡(luò)中，任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送喚醒信號(hào)。 喚醒信號(hào)是一個(gè)250us到5ms的顯性電平。 問(wèn)題：這里的喚醒信號(hào)可否按照恒潤(rùn)的教程理解為在20Kbit/s波特率下的0x0F，或在1Kbit/s波特率下的0x0F？ 當(dāng)從節(jié)點(diǎn)發(fā)出喚醒信號(hào)之后150ms，主節(jié)點(diǎn)仍未發(fā)送報(bào)頭時(shí)，從節(jié)點(diǎn)可以再次發(fā)送喚醒信號(hào)。當(dāng)連續(xù)發(fā)送了3次喚醒信號(hào)之后如果主節(jié)點(diǎn)仍未發(fā)送報(bào)頭，從節(jié)點(diǎn)要等待1.5秒以后才可以再次發(fā)送喚醒信號(hào)。
編輯：黃飛
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