LIN和SAE J2602驱动更为有效的汽车网络连接(上)

最新LIN规范和SAE实践降低了面向车载传感器和制动器联网应用的嵌入式软件的代码长度和复杂性。本文介绍LIN基础知识和LIN主节点。

在上世纪90年代末，5家汽车制造商、一家通信工具制造商和现在的飞思卡尔半导体公司发起成立了LIN联盟，共同开发低成本汽车通信标准。局域互连网络(LIN)是一种基于UART的单主多从网络架构，它的开发满足了汽车传感器和制动器联网等应用的需要。LIN为连接车内的电动机、开关、传感器和制动器提供低成本的联网解决方案。

典型的LIN主节点把LIN网络与像控制器局域网(CAN)这样的较高级网络连接起来，从而把联网的好处全程拓展到每一个传感器和制动器。

LIN和SAE J2602背景介绍

自从2002年11月LIN 1.3版本规范首次发布以来，该标准已经发生了重大的变化。修订版LIN2.0规范是2003年9月发布的，下图显示了该规范的真实变化，但是，这两个版本的规范还在由许多制造商使用。

许多通信标准仅仅指定协议信息，通常就是针对协议的数据链路层。这方面一个很好的例子就是博世的CAN 2.0b规范。此外，还有针对物理接口的规范(有时侯称为物理层)，如由美国汽车工程师协会(SAE)针对CAN的高速物理层提出的标准J2284。LIN把这两种单元定义为规范的组成部分，如图1所见，但是也包括针对软件和工具接口的规范。通过包含这些重要的标准化组件，LIN成为了非常全面的规范。

SAE下属数据通信标准委员会车辆架构任务组(task force)也考察了LIN规范在北美车辆中的应用。这个称为SAE J2602的任务组开发了针对LIN应用的推荐实践。J2602规范建立在LIN 2.0的基础之上，但是，降低了LIN 2.0规范的一些软件单元的复杂性，以努力缩短LIN从节点所需要的嵌入式软件代码长度并降低其复杂度。图2显示了这两个标准的关系。

虽然在嵌入式LIN和SAE J2602从节点中的软件可能发生变化，但是，它们都是以相同的协议规范为基础，所以，两者所用的微控制器技术保持一致。这种一致性就容许两个标准一起工作以驱动总体硬件上批量并降低成本。

用于实现LIN设备的8位微控制器的选择范围很宽，从非常简单的LIN从节点到复杂的主节点，微控制器的选择将根据对性能和成本的要求而变化。

针对LIN网络的常见实践是用LIN作为子网络，将独立的电动机、传感器、制动器和开关连接在一起，构成一个更大、更快的网络。汽车应用是LIN的发源地，在汽车中LIN网络要连接到CAN总线网络上；这是在LIN中通过LIN子网络的主节点实现的。因为CAN和LIN主节点都需要精确的定时，诸如晶体这样的、更为精确的时钟源成本比较高，所以，仅仅用在一个主节点之中。飞思卡尔提供两个家族的8位微控制器来支持LIN主节点功能和CAN联网。

LIN主节点控制所有在LIN网络上的通信，并利用精确的晶体振荡器为网络提供时基。由此得到的低成本主节点软件驱动器就比较简单，因为它仅仅需要设置并调度以LIN消息报头和数据形式待发送和接收的字节；利用普通的UART(如在HC908AZxxA家族器件上的串行通信接口(SCI))就可以做到这一点。

然而，为了提高性能，人们已经往增强型SCI(ESCI)(HC908GZ家族)添加了功能，以简化LIN主节点的低级驱动器。例如，为了进一步简化操作，ESCI的LINT位迫使被发送的停止符(break symbol)以13位的长停止字符发出，而不是采用传统UART通信中典型的10位停止符。SCI也可以做到这一点，但是，用户必须在发送10位停止符之前，暂时把波特率变快30%，以便它以13位的形式出现在连接到LIN从节点的总线上；然后，波特率必须恢复到网络的工作波特率。采用基于SCI的解决方案，还可以延伸出其他几种方案；但是，通过在模块初始化时使能LINT功能，并用单次写操作设置SBK位来正常地发送停止符，ESCI简化了软件的设计。

LIN从节点

由于LIN主节点为系统提供的基本时钟被嵌入到每一个消息报头的同步字之中，从节点必须通过测量何时接收该报头以恢复该波特率。在LIN网络中，这一操作极为重要，因为大多数从节点微控制器都被设计为使用内部振荡器时钟源，其精度远远低于晶体振荡器；而这正是LIN刻意降低系统实现成本的关键举措之一。因为一个系统将包含许多从节点和仅仅一个主节点，尽可能地降低从节点的成本就有意义。LIN从节点可以选用的微控制器范围广阔，因为其协议本身足够简单，完全可以在软件中利用定时器和一个通用目的输出引脚来实现。