汽车LIN网络解决方案

介绍

长期以来，许多大的汽车生产商采用的是对汽车所有节点进行集中控制的解决方案。这些采用集中控制的节点负责为车窗升降、锁门和车镜位置调整等几种用户操作提供接口和控制。

过去，这些采用集中控制的节点基于高性能的MCU，这个MCU负责处理模块中的各种功能。

模块通常通过CAN总线连接，现在该方法已在大量汽车平台中得到实施。虽然该方法能够解决大量联网问题，但同时也导致基础结构太过复杂、速率要求过高。

汽车行业的发展趋势继续对生产商提出更多要求。创新和功能增强一直是竞争市场的驱动因素：在现有平台上实施这些功能已变得越来越困难。

增强各个集中控制节点的MCU功能是解决问题的一个途径，但是，MCU规格增大、互连数量增加、缺乏灵活性等问题最终会导致效率降低。

还有一种方法是降低集中控制的集成度，将部分功能移植到更小，更可靠的节点。本地互联网络（LIN）是实现该目的的理想网络，提供了一种低速率、低成本的实施方法。

本文将以本地互连网络为例，重点介绍这些简化的网络。将讨论几种LIN网络方案，并且比较各个解决方案的优劣势。

LIN概况

LIN总线是针对低成本应用而开发的汽车串行协议。它对现有CAN网络进行了补充，支持车内的分层式网络。本协议是简单的主/从配置，主要流程在主节点上完成。为了减少成本，从节点应当尽量简单。

LIN总线是主从协议，总线中的所有数据传输都由主节点发起。现在有两种完全不同的方法可以将数据传输到从节点，即主-从传输（主节点中的从任务传输数据）或从-从传输（主节点发送帧头，从某个从节点传输数据，然后由另一从节点接收该数据）。这两种方法具有不同的优势和劣势。

使用LIN协议的信息传输定时是可以预测的。该协议是时间触发型，不需要总线仲裁，同样可以计算每条信息帧在最差环境的定时。每条信息帧的传输都由主节点上执行的调度表控制。调度表在既定时间传输信息帧帧头。

网络实施

本节主要介绍单个LIN网络、多个LIN网络和混合CAN/LIN网络的各个方面。

单个LIN网络（多个门节点）

在这类网络中，车身控制器模块（BCM）将通过单个LIN网络与其它所有节点相连。如下图所示：

这类网络具有非常直接的结构体系，LIN连接有效地取代了CAN解决方案。虽然LIN协议最初是设计为对CAN进行补充（而不是替换CAN），但是如上图所示的连接可以实现一个简单的LIN解决方案。

这是一个能降低成本的解决方案，因为它不需要任何CAN节点。BCM是LIN 网络的主节点，所有LIN节点都可以接入LIN网络上传输的所有信息。采用该种解决方案，网络上通常拥有5个LIN节点。减少节点数量和定义初始信息传输方法使网络更直接有效。

但是，制定调度（定义哪条信息会在网络中以什么顺序出现）比较困难。如果该系统使用从-从通信，就可以简化调度表的制订过程，并能有效地将网络流量减少到最小程度。例如，如果一个车门有任何键盘操作，这时主节点需要作出决策：网络上的任何节点都能在同一个信息帧内响应。

这类网络信息流最短，从而引起的EMC问题最少。同时，流量密度的降低，还有助于减少辐射。由于所有节点都通过单线连接，接头数量减少到最少，这样增加了可靠性。

既然该方法具有如此显著的优势，为什么许多生产商不实施该解决方案呢？原因如下：首先，网络上各个节点的复杂度与CAN解决方案没有太大区别。每个车门节点仍然需要控制车镜、车窗升降和锁门等操作，仍然是居于高性能MCU的方案。

在安全性十分重要的应用中（如汽车 ），每个节点应完全依靠"单主节点/单线"连接。如果使用本网络的汽车发生撞车，那么所有节点都很容易被破坏，进而可能无法响应。

在低功率应用中（仍以汽车为例），网络需要频繁的返回到低功率状态，这时所有节点都处于"睡眠"模式。尽管所有LIN节点都能唤醒网络，但主节点可能需要一定时间才能决定哪个节点负责唤醒网络。

两个LIN网络（左边和右边）

为了克服单个LIN网络的缺点，部分公司开始使用双LIN网络。结构图如下：

BCM控制两个完全独立的LIN网络，使得制定调度表变得相对简单，网络灵活性也增强，即使出现撞车事件，大部分网络仍能保持完整状态。同时采用两个完全独立的LIN网络，有利于各个网络准时进行通信。

但是，这个方法仍然有几个缺点。首先，各个节点智能没有降低，仍然需要高性能的MCU。其次，尽管信息定义变得更简单，但两个网络之间的信息交换变得困难，有时比较慢。在这种配置中，虽然键盘作为LIN节点配置在网络右侧，但键盘的大量功能却需要左手方网络控制，这会导致响应时间延迟的问题。

具备LIN分层结构的CAN

仅仅依靠LIN不能克服所有的局限。

因此，在汽车应用中，怎么应用LIN呢？我们在前面的介绍中提到，LIN是作为CAN的补充，而不是彻底替换CAN。下图是CAN/LIN混合网络的解决方案：