一、LIN總線概述

1、什么是LIN總線

LIN（Local Interconnect Network）即局部連接網(wǎng)絡(luò)，也被稱為“局域網(wǎng)子系統(tǒng)”即LIN總線是CAN總線網(wǎng)絡(luò)下的子系統(tǒng)，車上各個(gè)LIN總線系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換是由控制單元通過CAN數(shù)據(jù)總線實(shí)現(xiàn)的

LIN總線是一種輔助的串行通信總線網(wǎng)絡(luò)，多用于不需要CAN總線的帶寬和多功能的場合，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

LIN典型的應(yīng)用是車上傳感器和執(zhí)行器的聯(lián)網(wǎng)，LIN屬于汽車上的A級(jí)網(wǎng)絡(luò)。

2、LIN總線的特點(diǎn)

（1）工作方式：LIN總線為單主/多從方式

（2）數(shù)據(jù)傳輸線：LIN總線為單線傳輸

（3）工作電壓：LIN總線為12V

（4）傳輸速率：LIN總線最高為20kb/s，屬于低速總線（A類）

（5）傳輸距離：LIN總線最長為40m

（6）LIN總線無需仲裁

（7）傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長度：LIN總線一幀信息中數(shù)據(jù)長度為2、4或8B

（8）標(biāo)識(shí)符的位數(shù)：LIN總線有6位標(biāo)識(shí)符

（9）節(jié)點(diǎn)數(shù)：LIN總線一般不超過16個(gè)

（10）傳輸線的顏色：LIN總線主色為紫色

3、LIN總線的優(yōu)點(diǎn)

（1）在LIN系統(tǒng)中，加入新節(jié)點(diǎn)時(shí)，不需要其它從節(jié)點(diǎn)作任何軟件或硬件的改動(dòng)

（2）整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的配置信息只包含在主節(jié)點(diǎn)中，從節(jié)點(diǎn)可以自由地接入或脫離網(wǎng)絡(luò)而不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)中的通信LIN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

（3）從節(jié)點(diǎn)不需振蕩器就能實(shí)現(xiàn)同步，節(jié)省了多個(gè)控制器部件的硬件成本

（4）基于通用UART接口，幾乎所有微控制器都具備LIN必需的硬件，價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡單

二、LIN總線的結(jié)構(gòu)原理

1、LIN總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

一個(gè)主節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)可以執(zhí)行主任務(wù)（引起LIN網(wǎng)絡(luò)通信）也可以執(zhí)行從任務(wù)，總線上的信息傳送由主節(jié)點(diǎn)控制。主節(jié)點(diǎn)連接在CAN數(shù)據(jù)總線上

多個(gè)從節(jié)點(diǎn)，從節(jié)點(diǎn)只能執(zhí)行從任務(wù)。

奧迪A6L轎車LIN總線內(nèi)部組成示意圖

2、主節(jié)點(diǎn)（主控制單元）

LIN總線主控單元監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳遞及其速率，發(fā)送信息標(biāo)題

主控制單元的軟件內(nèi)已設(shè)定了一個(gè)周期，這個(gè)周期用于決定何時(shí)將哪些信息發(fā)送到LIN數(shù)據(jù)總線上多少次

該控制單元在LIN數(shù)據(jù)總線與CAN總線之間起溝通作用（“翻譯”），它是LIN總線系統(tǒng)中唯一與CAN數(shù)據(jù)總線相連的控制單元

通過LIN主控制單元進(jìn)行與之相連的LIN從控制單元的自診斷

3、從節(jié)點(diǎn)（從控制單元）

接收、傳遞或忽略與從主節(jié)點(diǎn)接收到的主任務(wù)（起始報(bào)文/信息標(biāo)題）相關(guān)的數(shù)據(jù)

可以通過一個(gè)“叫醒”信號(hào)，喚醒主節(jié)點(diǎn)

檢查所接收數(shù)據(jù)總量和所發(fā)送數(shù)據(jù)的總量

同主節(jié)點(diǎn)的同步字節(jié)保持一致

只能按照主節(jié)點(diǎn)的要求同其他從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換

注意：只有當(dāng)LIN主節(jié)點(diǎn)發(fā)送出主任務(wù)（起始報(bào)文或信息標(biāo)題）后，從節(jié)點(diǎn)才會(huì)反應(yīng)

奧迪A6L轎車CAN LIN總線與從控制器示意圖

4、LIN總線的物理結(jié)構(gòu)

三、LIN總線報(bào)文幀的類型

無條件幀：

攜帶數(shù)據(jù)信息；

事件觸發(fā)幀：

處理偶發(fā)的事件

偶發(fā)幀：

保證在調(diào)度表確定性的條件下為系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的靈活性而設(shè)定的

上述3中幀的報(bào)文標(biāo)識(shí)符的范圍為0~59（0x3b）

診斷幀（命令幀、應(yīng)答幀）：

攜帶8個(gè)字節(jié)的診斷信息或組態(tài)信息，主節(jié)點(diǎn)診斷請(qǐng)求幀的標(biāo)識(shí)符為60（0x3c），從節(jié)點(diǎn)診斷應(yīng)答幀的標(biāo)識(shí)符為61（0x3d）

用戶自定義幀：

可攜帶用戶自定義的任何信息，標(biāo)識(shí)符為62（0x3e），在調(diào)度時(shí)可給用戶自定義幀分配報(bào)文幀時(shí)隙，每當(dāng)時(shí)隙到來時(shí)發(fā)送用戶自定義幀的幀頭

保留幀：

保留幀標(biāo)識(shí)符63（0x3f），在LIN2.0中沒有被使用

報(bào)文傳輸是由報(bào)文幀的格式表示和控制。

四、報(bào)文幀格式

一個(gè)主機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的報(bào)文頭；

一個(gè)主機(jī)或從機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的響應(yīng)組成。

報(bào)文頭包含同步間隙、同步字節(jié)和報(bào)文標(biāo)識(shí)符（0～63）

響應(yīng)報(bào)文由1-9個(gè)字節(jié)構(gòu)成：

其中2、4或8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)場和1個(gè)校驗(yàn)和場。

報(bào)文幀之間有幀間間隔分隔；

報(bào)文與響應(yīng)之間有幀內(nèi)響應(yīng)空間分隔；

最小幀間間隔和幀內(nèi)響應(yīng)空間均為0；

最大長度收到報(bào)文幀的最大長度FRAME_max限制。

1、字節(jié)場

每一個(gè)字節(jié)場的長度由10個(gè)定時(shí)位定時(shí)（BIT TIME）；

起始位（START BIT)是一個(gè)“顯性”位，標(biāo)志字節(jié)的開始；

8為數(shù)據(jù)位，先發(fā)送最低位；

停止位（STOP BIST)是一個(gè)“隱性”位，標(biāo)志著字節(jié)場的結(jié)束。

2、報(bào)文頭（HEADER FIELDS）

A、同步間隔（synchronisation break)

作用：

標(biāo)識(shí)報(bào)文的開始，由主節(jié)點(diǎn)發(fā)送；使得所有的從機(jī)任務(wù)和總線時(shí)鐘信號(hào)同步。

同步間隔：

至少13bit的顯性位，之后緊隨至少1bit隱性值的同步界定符。

同步界定符的作用：

用來檢測接下來的同步域（Synch Field）的起始位。

B、同步場（SYNCH FIELD）

包含了時(shí)鐘的同步信息。格式為0x55，表現(xiàn)為8個(gè)位定時(shí)中有5個(gè)下降沿（隱性到顯性的跳變）

C、標(biāo)識(shí)符場（IDENTIFIER FIELD）

6個(gè)標(biāo)識(shí)符位（ID0~ID5)和2個(gè)標(biāo)識(shí)符奇偶校驗(yàn)位（P0 P1）；

ID4和ID5定義了數(shù)據(jù)場的數(shù)據(jù)長度；

3、數(shù)據(jù)場（DATE FIELDS）

由多個(gè)8位的字節(jié)場組成，傳輸由LSB開始

4、校驗(yàn)和場（CHECK SUM FIELDS）

校驗(yàn)和域是數(shù)據(jù)域所有字節(jié)的和的反碼。

校驗(yàn)和按“帶進(jìn)位加（ADDC)”方式計(jì)算，每個(gè)進(jìn)位都被加到本次結(jié)果的最低位（LSB）。這就保證了數(shù)據(jù)字節(jié)的可靠性。

所有數(shù)據(jù)字節(jié)的和的補(bǔ)碼與校驗(yàn)和字節(jié)之加的和必須是“0xFF”。

五、命令幀

0x3C（ID 60）表示主節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求幀（診斷幀），以便從主節(jié)點(diǎn)向從節(jié)點(diǎn)發(fā)送命令和數(shù)據(jù)。

0x3D（ID 61）表示從響應(yīng)幀，該幀觸發(fā)從節(jié)點(diǎn)向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。

過程：

標(biāo)識(shí)符為0x3c一個(gè)的“主機(jī)請(qǐng)求幀”，主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)和命令；標(biāo)志符為0x3dD的“從機(jī)相應(yīng)幀”觸發(fā)一個(gè)從機(jī)向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。

命令幀中的第一個(gè)數(shù)劇場為0x00~0x7F, 其用法由LIN協(xié)會(huì)定義；

剩下的命令幀用戶可以自行分配.

1、睡眠模式命令

總線有兩種狀態(tài)：

睡眠模式：從主節(jié)點(diǎn)發(fā)送睡眠模式命令后到總線上出現(xiàn)喚醒信號(hào)結(jié)束，沒有任何總線活動(dòng)的這種模式。

喚醒模式：被喚醒信號(hào)喚醒之后的總線處于喚醒模式，可以有總線活動(dòng)。

睡眠模式命令：

是第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)為0x00的命令幀

總線的睡眠模式可以通過任何節(jié)點(diǎn)的從任務(wù)發(fā)送一個(gè)喚醒幀來終止。

2、喚醒過程

某一個(gè)節(jié)點(diǎn)的從任務(wù)發(fā)送喚醒信號(hào)后，所有的節(jié)點(diǎn)都運(yùn)行啟動(dòng)過程

并等待主機(jī)任務(wù)發(fā)送一個(gè)同步間隔場和同步場；

若等待超時(shí)（TIME_OUT），請(qǐng)求第一個(gè)喚醒信號(hào)的節(jié)點(diǎn)再一次發(fā)送新的喚醒信號(hào)；

上述情況最多出現(xiàn)3次,此后，若還沒將總線喚醒，則等待3個(gè)TIME_OUT時(shí)間，再發(fā)送喚起信號(hào)。

六、用戶自定義幀

0x3E（ID 62）表示用戶定義的擴(kuò)展幀，后跟任意數(shù)量的數(shù)據(jù)字節(jié)。

0x3F（ID 63）預(yù)留供將來使用。

七、LIN總線的報(bào)文長度

報(bào)文幀以一個(gè)同步間隔作為開始，以校驗(yàn)和域作為結(jié)束。

報(bào)文幀中的字節(jié)域用字節(jié)間空間和幀內(nèi)響應(yīng)空間分隔。

字節(jié)間空間和幀內(nèi)響應(yīng)空間的長度沒有定義，但限制了整個(gè)報(bào)文幀的長度。

最小的幀長度TFRAME_MIN是傳輸一個(gè)幀的所需要的最小時(shí)間（字節(jié)間空間和幀內(nèi)響應(yīng)空間應(yīng)為0）；

最大的幀長度TFRAME_MAX是傳輸一個(gè)幀的最大時(shí)間。

八、LIN的報(bào)文濾波和確認(rèn)

1、報(bào)文濾波

LIN的報(bào)文濾波是基于標(biāo)識(shí)符的，即每一個(gè)從機(jī)任務(wù)對(duì)應(yīng)一個(gè)傳送標(biāo)識(shí)符。

說明：用戶通過網(wǎng)絡(luò)配置保證任務(wù)和標(biāo)識(shí)符間的對(duì)應(yīng)關(guān)系

2、報(bào)文確認(rèn)

如果直到幀的末尾均沒有檢測到錯(cuò)誤，則此報(bào)文對(duì)于發(fā)送器和接收器都有效。

如果報(bào)文發(fā)生錯(cuò)誤，則主機(jī)和從機(jī)任務(wù)都認(rèn)為報(bào)文沒有發(fā)送。

注意：主機(jī)任務(wù)和從機(jī)任務(wù)在發(fā)送和接收到一個(gè)錯(cuò)誤報(bào)文時(shí)所采取的措施，并沒有在協(xié)議規(guī)范中定義。像主機(jī)重新發(fā)送或從機(jī)的后退操作都由用戶按照應(yīng)用要求在應(yīng)用層程序中來實(shí)現(xiàn)，這些需要用戶在應(yīng)用層中說明

九、LIN錯(cuò)誤和異常處理：

1、錯(cuò)誤檢測

A、位錯(cuò)誤：

節(jié)點(diǎn)在發(fā)送時(shí)也監(jiān)控總線，當(dāng)監(jiān)控到的位的值與發(fā)送的位的值不同時(shí)，則在這個(gè)位時(shí)間內(nèi)檢測到一個(gè)錯(cuò)誤。

B、校驗(yàn)和錯(cuò)誤：

所有數(shù)據(jù)字節(jié)的和的補(bǔ)碼與校驗(yàn)和之和不是“0xFF”，則檢測到校驗(yàn)和錯(cuò)誤。

C、標(biāo)識(shí)符奇偶錯(cuò)誤

所有的從機(jī)節(jié)點(diǎn)都能區(qū)分 ID 場中 8 位都已知的標(biāo)識(shí) 符和一個(gè)已知但錯(cuò)誤的標(biāo)識(shí)符。

D、從機(jī)不響應(yīng)錯(cuò)誤

如果任何主機(jī)任務(wù)在發(fā)送同步場和標(biāo)識(shí)符后，在最大長度時(shí)間內(nèi)TFRAME_MAX中沒有完成報(bào)文幀 的發(fā)送，則產(chǎn)生一個(gè)不響應(yīng)錯(cuò)誤。

E、同步場不一致錯(cuò)誤

當(dāng)從機(jī)檢測到同步場的邊沿在給出的容差外，則檢測到一個(gè)同步場不一致錯(cuò)誤。

F、沒有總線活動(dòng)

如果在接收到最后的一個(gè)有效信息后，在Ttime_out時(shí)間內(nèi)沒有檢測到有效的同步間隔場和字節(jié)場，則檢測到一個(gè)沒有總線活動(dòng)錯(cuò)誤。

2、故障界定

故障界定主要依靠主節(jié)點(diǎn)，使它可以處理盡量多的錯(cuò)誤檢測、錯(cuò)誤回復(fù)和診斷。故障界定基于系統(tǒng)的要求，不是LIN協(xié)議內(nèi)容。

主機(jī)控制單元要檢測以下錯(cuò)誤狀態(tài)：

主機(jī)任務(wù)發(fā)送：

當(dāng)回讀自己的發(fā)送時(shí)，在同步或標(biāo)識(shí)符字節(jié)中的位錯(cuò)誤、標(biāo)識(shí)符奇偶錯(cuò)誤和沒有總線活動(dòng)錯(cuò)誤需要被檢測。

主機(jī)節(jié)點(diǎn)的從機(jī)任務(wù)：

當(dāng)期望或讀取來自總線上的數(shù)據(jù)時(shí)，從機(jī)不響應(yīng)錯(cuò)誤和校驗(yàn)和錯(cuò)誤被檢測。

從機(jī)控制單元需檢測以下錯(cuò)誤情況：

從機(jī)任務(wù)發(fā)送：當(dāng)回讀自己的發(fā)送時(shí)，數(shù)據(jù)或校驗(yàn)和場中的位錯(cuò)誤被檢測。

從機(jī)任務(wù)接受：當(dāng)從總線讀取數(shù)據(jù)時(shí)，標(biāo)識(shí)符奇偶錯(cuò)誤和校驗(yàn)和錯(cuò)誤需被檢測。

十、汽車上LIN總線的應(yīng)用

現(xiàn)以車門LIN網(wǎng)絡(luò)為例介紹LIN總線設(shè)計(jì)的一般方法。

車門控制LIN網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及其在車門上的布置如右圖所示，該網(wǎng)絡(luò)由主機(jī)節(jié)點(diǎn)、后視鏡從機(jī)節(jié)點(diǎn)、搖窗機(jī)從機(jī)節(jié)點(diǎn)、門鎖從機(jī)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。

車門控制LIN網(wǎng)絡(luò)

主機(jī)節(jié)點(diǎn)

從機(jī)節(jié)點(diǎn)

主機(jī)節(jié)點(diǎn)采集本地各控制開關(guān)的狀態(tài)并接受CAN總線上的遠(yuǎn)程信息，據(jù)此產(chǎn)生控制指令，并將指令轉(zhuǎn)換為LIN報(bào)文幀通過LIN網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給相應(yīng)從機(jī)節(jié)點(diǎn)，從機(jī)節(jié)點(diǎn)接收到與自己相關(guān)的報(bào)文幀后對(duì)報(bào)文幀進(jìn)行拆封、解讀，然后根據(jù)獲得的指令控制相應(yīng)的執(zhí)行器動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車門各部件的控制。同時(shí)，在需要時(shí)從機(jī)節(jié)點(diǎn)分別將其控制部件所處狀態(tài)反饋給主機(jī)節(jié)點(diǎn)，主機(jī)節(jié)點(diǎn)再將該狀態(tài)信息通過指示燈或喇叭提供給駕駛員或通過CAN總線發(fā)送給其他控制單元。主機(jī)節(jié)點(diǎn)也作為本LIN網(wǎng)絡(luò)與上層CAN網(wǎng)絡(luò)連接的網(wǎng)關(guān)。

主機(jī)節(jié)點(diǎn)主要由控制器、電源、控制按鈕、LIN接口、CAN接口和指示燈幾部分組成。

后視鏡從機(jī)節(jié)點(diǎn)主要由控制器、電源、LIN接口、執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)單元和執(zhí)行器如后視鏡調(diào)整電機(jī)、除霜加熱器等組成。