LIN总线概述与汽车门控系统设计实例

动力和车速已经不再是消费者对汽车性能的唯一追求，人们越来越关心驾车时的舒适感、安全保障、功能的易用性，和对环境的保护等方面。因此，除了车身系统（Car body）和传动系统（Power Train）等传统的汽车控制单元以外，安全系统（Safety）和车载资通娱乐系统（Telematics / Infotainment）也随着电子技术的进步而逐渐成熟。

现代的汽车电子系统中，电子控制组件（ECU）因在上述系统中赋予汽车更高效和更具智能性的操控能力而扮演了重要角色，也实现了诸如电源、车灯和门窗等自动检测功能，给驾驶提供了更大便利。

汽车中的电子系统和组件平均达到80多个，它们之间越来越复杂的连接和通信功能对总线技术提出了需求。车灯、发动机、电磁阀、空调等设备的传统连接方式为线缆连接，而如果电子元件之间也用电缆连接则必然造成连接复杂性的提高、可靠性的下降，和整体重量的上升；此外，伴随而来的线缆的磨损和老化现象也将使汽车的安全性能降低。

为避免线缆带来的各种麻烦，车载网络（In-Vehicle Network）中应用标准化总线技术则成为较理想的解决方式。按不同的技术特点和应用领域，车载总线技术可分为五类。如表一所示，第一类LIN、TTP/A等总线传输速度最低，适用于车体控制；第二类中速总线，如低速CAN、SAE J1850、VAN（Vehicle Area Network）等，适用于对实时性要求不高的通信应用；第三类包括高速CAN、TTP/C等技术，适用于高速、实时死循环控制的多路传输网络；第四类如IDB-C、IDB-M（D2B、MOST、IDB1394）)、IDB-Wireless（Bluetooth）等，一般应用于车载资通娱乐网络；第五类传输速度最高，用于最具关键性、实时性最高的人身安全系统，包括FlexRay和Byteflight等。

本文将主要讨论LIN总线技术规格及在门控系统中的应用实例。

表一　车载网络总线标准



LIN技术概况

LIN总线全称为区域互连网络（Local Interconnect Network），是一种结构简单、配置灵活、成本低廉的新型低速串行总线，和基于序列通讯协议的车载总线的子集系统（Sub-bus System）。

LIN总线为主从节点构架，即一个主节点（Master Node）最多可支持16个从节点（Slave Node）；在从节点中不用晶振（Crystal Oscillator）或陶瓷谐振器（Ceramic Resonator）时钟，也能做到自同步性。LIN基于UART / SCI接口协议，可实现极低的软硬件成本；其信号传播时间可预先计算，以满足传输的确定性。总线电缆的长度最多可以扩展到40米左右，数据传输率可达 20 kbps。

1999年，LIN 1.0版推出后，不断有新版本出现（LIN 1.3、LIN 2.0），持续改进了LIN总线的性能与适用性。美国汽车工程师协会（SAE）下属的车辆架构任务组（Task Force）也基于LIN 2.0提出J2602规范，此举让LIN从节点所需要的软件代码长度缩短，进一步降低了LIN 2.0中软件单元的复杂性，可实现更高效的系统配置。此外，主流厂商也会针对LIN的性能推出改进版本或技术，例如意法半导体的LINSCI。



图一　LIN总线应用领域

LIN主要用作CAN等高速总线的辅助网络或子网络，能为不需要用到CAN的装置提供较为完善的网络功能，包括空调控制（Climate Control）、后视镜（Mirrors）、车门模块（Door Modules）、座椅控制（Seats）、智能性交换器（Smart Switches）、低成本传感器（Low-cost Sensors）等。在带宽要求不高、功能简单、实时性要求低的场合，如车身电器的控制等方面，使用LIN总线可有效的简化网络线束、降低成本、提高网络通讯效率和可靠性。

LIN网络架构

如上文所述，LIN网络基于主从节点构架而形成网络拓扑结构。主节点需要向从节点发出周期性的检测信号，检测结果由从节点反馈给主控制器。其中周期根据事件检测的实时性要求而设定。

如图二所示，LIN的信号由一个由主任务提供的标头（Header）和由从任务处理的响应部分（Response）构成。标头包含一个13位的同步间隔字段（Synch Break Field）、一个由主任务产生的同步字段（Synch Field），以及一个辨识字段（Identifier Field）。其中每一个字节字段都以串行位元组方式发送，起始位的第一位为“0”，而终止位为“1”。由主任务执行的信号标头会依整个LIN丛集的进度表决定每个信号的传输时间，以确保数据传输的确定性及避 免网络超载的危险。在LIN网络中只有主节点采用晶体振荡器来为系统提供精确的基本时钟，此时钟会嵌入上述的同步字段中，让从任务能与主节点时序同步。LIN信号的响应部分包含一个数据域位（Data Filed），长度为2 / 4 / 8个字节，和一个长度为一个字节的验证字段（Checksum Field）。



图二　LIN信号结构示意图