LIN总线技术及其应用研究

引言

　　LIN 本地互联网络是一种将开关、显示器、传感器及执行器等简单控制设备连接起来的串行通信网络，主要用于实现汽车中的分布式电子系统控制。因其主要目标是为汽车网络(如CAN总线)提供辅助功能，因此通常作为子网络，用于一些不需要诸如CAN总线的带宽和多功能的场合，比如智能传感器和制动装置之间的通信。使用LIN总线可大大节省成本，该低成本的串行通信模式和相应的开发环境已经由LIN协会制定成标准，为汽车制造商以及供应商在研发、应用电子产品方面降低成本。但是，LIN的应用并不局限于汽车领域，在诸如工业控制领域也理所应当占有广阔的应用地位和前景。

　　LIN 总线的技术特点包括：⑴单主机，多从机结构(没有总线仲裁)；⑵基于普通UART/ SCI 接口的低成本硬件、低成本软件或作为纯状态机；⑶带时间同步的多点广播接收，从节点无需石英或陶瓷振荡器；⑷确定性的信号传输；⑸低成本的单线实现；⑹速率可达20 kbit/s；⑺总线长度≤40m；⑻保证信号传输的延迟时间；⑼可选的数据场长度0~8bytes；⑽灵活性的配置；⑾数据校验和的安全性和错误检测；⑿网络中故障节点的检测；⒀使用最小成本的半导体元件(小尺寸,单芯片系统)；⒁不需改变LIN从节点的硬件和软件即可在网络上增加节点；⒂ 通常一个LIN 网络节点数小于16 个。

LIN2.0总线技术

　　LIN2.0版本反映了LIN协会的定义趋势，通过比较LIN1.3和LIN2.0规范，可看到最重大的两个变化是对于配置和诊断的标准化支持，以及指定节点能力文件，这都是为了要简化现有节点的使用。LIN工作原理是基于单主/多从概念。在一个LIN簇中，由一个主节点以及数个从节点构成。主节点由主机任务和从机任务组成。而所有其他的节点只包含从机任务。图1所示为典型的LIN簇，即一个主节点，两个从节点。主机任务决定何时以及传送哪一帧，而从机任务则传送帧数据。


图1单主多从原理图

　　LIN2.0报文帧由帧头和帧响应组成，其中帧头由主机任务传送，帧响应由从机任务传送。每个报文帧都包含2、4、8字节的数据。报文帧的结构由一个同步间隔域(Break)以及随后的4至11个字节域(byte field)构成，如图2所示。

　
图2 LIN报文帧结构及字节域结构

表1 LIN总线和CAN总线性能比较

同步间隔域

　　同步间隔域可看作是一中断，用来表示一个新报文帧的开始，由主节点中的主机任务在LIN总线上产生至少13位显性状态，其中包含起始位和同步界定符。

　　·同步域：其格式为0x55，表现为8个位定时中有5个下降沿。

　　·保护识别符：用于描述报文数据的含义，一个保护识别符域由两个子域组成：其中第0位到第5位是识别符位，第6和第7位是奇偶校验位。识别符共6位，取值范围为0至63。识别符可分为4类：

0到59(0x3b)用于信号传输的报文帧；

　　60(0x3c)和61(0x3d)用于传送诊断数据；

　　62(0x3e)为留给用户的扩展帧；

63(0x3f)为保留用于以后协议增订使用。

　　·数据域：一个报文帧可以"携带"0到8字节的数据。

　　·校验和：校验和等于数据域所有字节的和的取反。对于只计算数据域所有字节的校验和，称为传统校验和。如果校验和要将保护识别符和数据域所有字节一起计算，则称为增强性校验和。

由表1可见，LIN总线的整体性能要比CAN差很多，但LIN总线较CAN总线的最大优势在于实现成本比较低，由于LIN面向的是并不需要CAN的性能、带宽及复杂性的低端系统，因此在这些场合中LIN有较为广泛的应用。

　
图3 UJA1023配置流程图

LIN从节点应用设计

　　本文采用NXP推出的本地互联网络I/O附属扩展芯片UJA1023，可协助构建高性价比、高可靠度的车内LIN网络。虽然，该芯片起初的设计初衷是应用在高档轿车行业，但由于该芯片的高集成性和可靠性等特点，完全能够用于诸如电力工业领域等。UJA1023 是一个独立的可应用于本地互联网络(LIN)I/O的从节点，它可以代替传统的电子控制单元中所使用的基本部件，这些电子控制单元用于对I/O进行控制。

　　UJA1023 芯片内包含一个LIN 2.0 控制器，一个集成的LIN收发器，并同时兼容LIN1.3 规范。同时还包括8个可通过LIN总线进行配置的I/O端口。UJA1023 具有自动比特率同步电路，可以在1kbit/s 至20kbit/s 范围内与主节点保持同步，因此芯片内集成了一个晶振。
LIN协议由芯片自动进行处理，从节点的地址NAD和帧识别符(frame Identifier)的设置由主请求命令(master request)和从响应命令(slave response)以菊花链方式或即插方式完成。8 个双向I/O引脚可由LIN总线命令进行配置，并且可以具有以下的功能：

输入功能

　　·标准输入引脚；

　　·本地唤醒；

　　·边沿捕获；

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