汽車總線精品課件

1、汽車總線第1頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四本章主要內(nèi)容LIN 總線原理與應用LIN的主要技術特點LIN的通信任務和報文幀類型LIN的報文通信LIN的應用第2頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四 汽車LIN總線原理與應用2.1 LIN 概述LIN ( Local Interconnect Network 局部互聯(lián)網(wǎng)) 是面向汽車低端分布式應用的低成本（0.5美元）、低速率（20kbps）、串行通信總線。第3頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四 汽車LIN總線原理與應用2.1 LIN 概述LIN ( Local Interconne

2、ct Network 局部互聯(lián)網(wǎng)) 是面向汽車低端分布式應用的低成本（0.5美元）、低速率（20kbps）、串行通信總線。由汽車行業(yè)開發(fā)，用作經(jīng)濟高效的子總線系統(tǒng)；是CAN的下層網(wǎng)絡；屬于SAE規(guī)范的汽車A類網(wǎng)絡；是CAN總線的補充，適用于對總線性能要求不高的車身系統(tǒng)，如車門、車窗、燈光等智能傳感器、執(zhí)行器的連接和控制。LIN實現(xiàn)了一種具有成本效益的智能傳感器和執(zhí)行器的通訊方式。第4頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四 汽車LIN總線原理與應用2.1 LIN 概述LIN的目標為現(xiàn)有的汽車網(wǎng)絡（CAN網(wǎng)絡）提供輔助功能在不需要CAN總線的帶寬和多功能的場合使用，降低成本。 將

3、開關、執(zhí)行元件和傳感器從子總線連接到主總線（如CAN總線）。Lin總線廣泛應用的原因：目前，高/低速CAN和J1850總線已經(jīng)成為標準的車用網(wǎng)絡總線。這些總線速度極高，具有高抗電磁干擾性和高傳輸可靠性等優(yōu)越的性能，但價格也較高。大量的車身和安全性能方面的應用對車用網(wǎng)絡總線的性能要求并不太高，只需要一種性價比更高的標準車用網(wǎng)絡總線，而LIN總線正好可以滿足這一需求。因此，目前LIN總線技術正被越來越廣泛的應用到車身電子中。第5頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四2 汽車LIN總線原理與應用LIN 起源和發(fā)展LIN聯(lián)盟成立于1999年，并發(fā)布了LIN 1.0版本。最初的成員有

4、奧迪, 寶馬, 克萊斯勒, 摩托羅拉, 博世, 大眾和沃爾沃 等2000年，LIN聯(lián)盟再次發(fā)布了1.1版本。2001年，第一輛采用LIN1.1版本的量產(chǎn)汽車面世。2003年，2.0版本出現(xiàn)。2006年，2.1版本面世并沿用至今。 LIN的市場LIN總線產(chǎn)品已經(jīng)成為汽車總線的第二大市場;第一大市場是CAN總線，其在2006年已經(jīng)達到頂峰。第6頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四 LIN 第7頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四LIN節(jié)點結構LIN接口由兩部分組成：協(xié)議控制器、線路接口LIN節(jié)點LIN線路接口采用+UARTLINRXTX通信媒介（銅線）LIN

5、協(xié)議控制器協(xié)議控制器集成在微控制器中的一個標準UART上實現(xiàn)，微控制器軟件負責管理LIN協(xié)議，實現(xiàn)以下功能： (1)發(fā)送/接收8位字節(jié)； (2)構成請求幀，接收為應幀; (3)發(fā)送幀線路接口： (1)負責將LIN總線的信號翻譯成無干擾的RX信號傳入LIN協(xié)議控制器； (2)或將協(xié)議控制器的RX信號進行翻譯傳入LIN總線第8頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四 汽車LIN總線原理與應用-主要技術特點（1）物理層采用單線連接，兩個電控單元間的最大傳輸距離為40m其總線驅動器和接收器的規(guī)范遵從改進的ISO 9141 單線標準。低成本LIN是基于SCI/UART( 通用異步收發(fā)接口

6、的單總線串行通信)協(xié)議；目前幾乎所有的微控制器芯片上都有SCI/UART接口。低傳輸速率。小于20kb/s 采用NRZ編碼。LIN總線融合了I2C和RS232的特性：像I2C總線那樣，LIN總線通過一個電阻上拉到高電平，而每一個節(jié)點又都可以通過集電極開路驅動器將總線拉低；像RS232那樣通過起始位和停止位標識出每一個字節(jié)，每一位在時鐘上異步傳輸。第9頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四 汽車LIN總線原理與應用-主要技術特點（1）單主/多從媒體訪問、無需仲裁。在總線拓撲結構的LIN網(wǎng)絡中，由主節(jié)點控制對傳輸介質的訪問，從節(jié)點只是應答主節(jié)點的命令。不需要仲裁和沖突管理機制。L

7、IN總線的網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)不能超過16，否則，節(jié)點增加將會減少網(wǎng)絡阻抗，導致環(huán)境條件變差。每增加一個節(jié)點，就會降低3的阻抗第10頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四 汽車LIN總線原理與應用-主要技術特點（2）同步機制簡單LIN通信中的從節(jié)點采用簡單的自我同步機制（不需要晶體或陶瓷共鳴器）。主節(jié)點在報文幀的頭部發(fā)送同步間隙，標記報文幀的開始。從節(jié)點根據(jù)此間隙與總線同步，無需專門的時鐘同步裝置，降低硬件成本。通信確定性。主節(jié)點控制整個網(wǎng)絡的通信，控制不同節(jié)點的傳輸時間；每個報文幀的長度是預知的；采用調(diào)度表，可保證信號的周期性傳輸、保證總線不會出現(xiàn)超負載現(xiàn)象報文的數(shù)據(jù)長度可變。LIN

8、應答幀報文的數(shù)據(jù)域長度可在08個字節(jié)之間變化，便于不同任務的通信應用。采用奇偶校驗和求和校驗相結合的雙重校驗機制。第11頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四 汽車LIN總線原理與應用LIN網(wǎng)絡結構模型LIN網(wǎng)絡由數(shù)據(jù)鏈路層和物理層構成數(shù)據(jù)鏈路層邏輯鏈路控制子層(LLC)報文濾波、恢復管理、報文確認等媒體訪問控制子層(MAC)是LIN的核心對來自LLC的報文封裝串行化；對來自物理層的數(shù)據(jù)進行解串、錯誤檢測、錯誤標定等操作；由故障界定管理實體進行監(jiān)控；物理層定義了信號如何在總線媒體上傳輸；定義物理層的驅動器/接收器特性。第12頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星

9、期四汽車LIN總線原理與應用- LIN 的通信任務幾個概念主機節(jié)點：控制網(wǎng)絡中各節(jié)點通信的節(jié)點一個LIN網(wǎng)絡上的通訊總是由主發(fā)送任務所發(fā)起的在主節(jié)點上可執(zhí)行主通信任務和從通信任務可控制整個總線網(wǎng)絡和協(xié)議；主通信任務：在主節(jié)點上運行的，用于控制總線上所有的通信，負責報文的進度表、發(fā)送報文頭的任務稱為主任務。常見主任務：如定義傳輸速率，發(fā)送同步時間間隔、同步場、標識符ID場，監(jiān)控并通過檢查校驗和（check sum）驗證數(shù)據(jù)的有效性。第13頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四汽車LIN總線原理與應用- LIN 的通信任務幾個概念從節(jié)點：是總線上的2-16個成員，它們在主節(jié)點發(fā)送

10、適當?shù)腎D后接收或發(fā)送數(shù)據(jù)從通信任務從節(jié)點從事的任務都稱為從通信任務；但主節(jié)點也會執(zhí)行從任務節(jié)點接收來自主通信任務的ID節(jié)點根據(jù)ID決定做什么。 接收數(shù)據(jù) 或發(fā)送數(shù)據(jù) 或什么都不做 發(fā)送數(shù)據(jù)時，節(jié)點： 發(fā)送2、4或8個數(shù)據(jù)字節(jié) 發(fā)送檢驗字節(jié)第14頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四汽車LIN總線原理與應用- LIN 的通信任務第15頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四汽車LIN總線原理與應用- LIN 的通信任務LIN協(xié)議是一主多從結構，通信只能由主節(jié)點中的主任務發(fā)起，一個完整的LIN報文幀的傳輸是由主任務和從任務共同實現(xiàn)的，主任務發(fā)送“報頭”，從任務發(fā)

11、送或接收“響應”。第16頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四汽車LIN總線原理與應用- LIN 的通信任務LIN通信：在總線上發(fā)送的信息，有長度可選的固定格式。每個報文幀都包括2、4或8個字節(jié)的數(shù)據(jù)以及3個字節(jié)的控制、安全信息（同步場、標識符場和校驗場）。通過主機控制單元中的從機任務，數(shù)據(jù)可以被主機控制單元發(fā)送到任何從機控制單元。相應的主機報文ID可以觸發(fā)從機從機通信。 第17頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四汽車LIN總線原理與應用-報文幀類型（二）報文幀類型：有6種類型無條件幀：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

12、條件下為系統(tǒng)動態(tài)行為的靈活性而設定的。上述3中幀的報文標識符的范圍為059（0 x3b）診斷幀（命令幀、應答幀）：攜帶8個字節(jié)的診斷信息或組態(tài)信息，主節(jié)點診斷請求幀的標識符為60（0 x3c），從節(jié)點診斷應答幀的標識符為61（0 x3d）用戶自定義幀：可攜帶用戶自定義的任何信息，標識符為62（0 x3e），在調(diào)度時可給用戶自定義幀分配報文幀時隙，每當時隙到來時發(fā)送用戶自定義幀的幀頭。保留幀：保留幀標識符63（0 x3f），在LIN2.0中沒有被使用。第18頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四汽車LIN總線原理與應用-報文幀格式報文傳輸是由報文幀的格式表示和控制。報文幀格式：

13、一個主機節(jié)點發(fā)送的報文頭；一個主機或從機節(jié)點發(fā)送的響應組成。第19頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四汽車LIN總線原理與應用2.3 LIN 的報文傳輸報文頭包含同步間隙、同步字節(jié)和報文標識符（063）。響應報文由1-9個字節(jié)構成：其中2、4或8個字節(jié)的數(shù)據(jù)場和1個校驗和場。報文幀之間有幀間間隔分隔；報文與響應之間有幀內(nèi)響應空間分隔；最小幀間間隔和幀內(nèi)響應空間均為0；最大長度收到報文幀的最大長度FRAME_max限制。第20頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四汽車LIN總線原理與應用-報文結構之字節(jié)場字節(jié)場格式：說明：每一個字節(jié)場的長度由10個定時位定時

14、（BIT TIME）；起始位（START BIT)是一個“顯性”位，標志字節(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“隱性”位，標志著字節(jié)場的結束。第21頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四汽車LIN總線原理與應用報文頭（HEADER FIELDS）同步間隔（synchronisation break) 作用：標識報文的開始，由主節(jié)點發(fā)送；使得所有的從機任務和總線時鐘信號同步。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。第22頁，共44頁，2

15、022年，5月20日，9點14分，星期四汽車LIN總線原理與應用2.3 LIN 的報文傳輸報文結構報文頭（HEADER FIELDS）同步場（SYNCH FIELD）包含了時鐘的同步信息。格式為0 x55，表現(xiàn)為8個位定時中有5個下降沿（隱性到顯性的跳變）第23頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四汽車LIN總線原理與應用報文頭（HEADER FIELDS）標識符場（IDENTIFIER FIELD）定義了報文的內(nèi)容和長度。6個標識符位（ID0ID5)和2個標識符奇偶校驗位（P0 P1）；ID4和ID5定義了數(shù)據(jù)場的數(shù)據(jù)長度；第24頁，共44頁，2022年，5月20日，9點1

16、4分，星期四汽車LIN總線原理與應用報文頭（HEADER FIELDS）標識符場（IDENTIFIER FIELD）ID4和ID5與數(shù)據(jù)長度的關系數(shù)據(jù)長度；ID5ID4數(shù)據(jù)場的數(shù)量002012104118第25頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四汽車LIN總線原理與應用2.3 LIN 的報文傳輸報文結構報文頭（HEADER FIELDS）標識符場（IDENTIFIER FIELD）奇偶校驗位P0 P1:異或運算第26頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四汽車LIN總線原理與應用2.3 LIN 的報文傳輸報文結構數(shù)據(jù)場（DATE FIELDS）由多個8位的字

17、節(jié)場組成，傳輸由LSB開始第27頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四汽車LIN總線原理與應用2.3 LIN 的報文傳輸報文結構校驗和場（CHECK SUM FIELDS）校驗和域是數(shù)據(jù)域所有字節(jié)的和的反碼。校驗和按“帶進位加（ADDC)”方式計算，每個進位都被加到本次結果的最低位（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)的和的補碼與校驗和字節(jié)之加的和必須是“0 xFF”。 第28頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四LIN報文結構命令幀0 x3C（ID 60）表示主節(jié)點請求幀（診斷幀），以便從主節(jié)點向從節(jié)點發(fā)送命令和數(shù)據(jù)。0 x3D（ID 61）

18、表示從響應幀，該幀觸發(fā)從節(jié)點向主節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)。過程：標識符為0 x3c一個的“主機請求幀”，主機向從機發(fā)送數(shù)據(jù)和命令；標志符為0 x3dD的“從機相應幀”觸發(fā)一個從機向主機發(fā)送數(shù)據(jù)。命令幀中的第一個數(shù)劇場為0 x000 x7F, 其用法由LIN協(xié)會定義；剩下的命令幀用戶可以自行分配.第29頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四LIN報文結構睡眠模式命令總線有兩種狀態(tài)：睡眠模式：從主節(jié)點發(fā)送睡眠模式命令后到總線上出現(xiàn)喚醒信號結束，沒有任何總線活動的這種模式。喚醒模式：被喚醒信號喚醒之后的總線處于喚醒模式，可以有總線活動。睡眠模式命令：是第一個數(shù)據(jù)字節(jié)為0 x00的命令幀總線的睡

19、眠模式可以通過任何節(jié)點的從任務發(fā)送一個喚醒幀來終止。8bit4bit第30頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四LIN報文結構喚醒喚醒過程某一個節(jié)點的從任務發(fā)送喚醒信號后，所有的節(jié)點都運行啟動過程并等待主機任務發(fā)送一個同步間隔場和同步場；若等待超時（TIME_OUT），請求第一個喚醒信號的節(jié)點再一次發(fā)送新的喚醒信號；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TIME_OUT時間，再發(fā)送喚起信號。8bit=4bit第31頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四LIN報文結構用戶自定義幀0 x3E（ID 62）表示用戶定義的擴展幀，后跟任意數(shù)量的數(shù)據(jù)

20、字節(jié)。0 x3F（ID 63）預留供將來使用。第32頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四汽車LIN總線原理與應用-LIN 的報文的長度報文幀以一個同步間隔作為開始，以校驗和域作為結束。報文幀中的字節(jié)域用字節(jié)間空間和幀內(nèi)響應空間分隔。字節(jié)間空間和幀內(nèi)響應空間的長度沒有定義，但限制了整個報文幀的長度。最小的幀長度TFRAME_MIN是傳輸一個幀的所需要的最小時間（字節(jié)間空間和幀內(nèi)響應空間應為0）；最大的幀長度TFRAME_MAX是傳輸一個幀的最大時間。第33頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四汽車LIN總線原理與應用-LIN 的報文的長度時間名字時間/Tbi

21、t最小報文幀長度TFRAME_MIN10* Ndata + 44最小報文頭長度THEADER_MIN34最大報文頭長度THEADER_MAX(THEADER_MIN+1) * 1.4最大報文幀長度TFRAME_MAX(TFRAME_MIN+1) * 1.4總線空閑超時TTIME_OUT2500“+1”的條件使TFRAME_MAX和THEADER_MAX是一個整數(shù)值。Tbit為基本位時間，與傳輸速率有關；Ndata數(shù)據(jù)場字節(jié)的數(shù)量第34頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四汽車LIN總線原理與應用2.5 LIN 的報文濾波和確認報文濾波LIN的報文濾波是基于標識符的，即每一個從

22、機任務對應一個傳送標識符。說明：用戶通過網(wǎng)絡配置保證任務和標識符間的對應關系報文確認如果直到幀的末尾均沒有檢測到錯誤，則此報文對于發(fā)送器和接收器都有效。如果報文發(fā)生錯誤，則主機和從機任務都認為報文沒有發(fā)送。注意：主機任務和從機任務在發(fā)送和接收到一個錯誤報文時所采取的措施，并沒有在協(xié)議規(guī)范中定義。像主機重新發(fā)送或從機的后退操作都由用戶按照應用要求在應用層程序中來實現(xiàn)，這些需要用戶在應用層中說明第35頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四汽車LIN總線原理與應用2.6 LIN 錯誤和異常處理錯誤檢測 ：有6個不同的報文錯誤類型位錯誤：節(jié)點在發(fā)送時也監(jiān)控總線，當監(jiān)控到的位的值與發(fā)送

23、的位的值不同時，則在這個位時間內(nèi)檢測到一個錯誤。校驗和錯誤：所有數(shù)據(jù)字節(jié)的和的補碼與校驗和之和不是“0 xFF”，則檢測到校驗和錯誤。標識符奇偶錯誤所有的從機節(jié)點都能區(qū)分 ID 場中 8 位都已知的標識 符和一個已知但錯誤的標識符。 第36頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四汽車LIN總線原理與應用2.6 LIN 錯誤和異常處理錯誤檢測 ：有6個不同的報文錯誤類型位錯誤：校驗和錯誤：標識符奇偶錯誤：從機不響應錯誤如果任何主機任務在發(fā)送同步場和標識符后，在最大長度時間內(nèi)TFRAME_MAX中沒有完成報文幀 的發(fā)送，則產(chǎn)生一個不響應錯誤。同步場不一致錯誤當從機檢測到同步場的邊沿

24、在給出的容差外，則檢測到一個同步場不一致錯誤。 沒有總線活動如果在接收到最后的一個有效信息后，在Ttime_out時間內(nèi)沒有檢測到有效的同步間隔場和字節(jié)場，則檢測到一個沒有總線活動錯誤。第37頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四汽車LIN總線原理與應用2.6 LIN 錯誤和異常處理故障界定故障界定主要依靠主節(jié)點，使它可以處理盡量多的錯誤檢測、錯誤回復和診斷。故障界定基于系統(tǒng)的要求，不是LIN協(xié)議內(nèi)容。主機控制單元要檢測以下錯誤狀態(tài)：主機任務發(fā)送：當回讀自己的發(fā)送時，在同步或標識符字節(jié)中的位錯誤、標識符奇偶錯誤和沒有總線活動錯誤需要被檢測。主機節(jié)點的從機任務：當期望或讀取來自總線上的數(shù)據(jù)時，從機不響應錯誤和校驗和錯誤被檢測。從機控制單元需檢測以下錯誤情況：從機任務發(fā)送：當回讀自己的發(fā)送時，數(shù)據(jù)或校驗和場中的位錯誤被檢測。從機任務接受：當從總線讀取數(shù)據(jù)時，標識符奇偶錯誤和校驗和錯誤需被檢測。第38頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四汽車LIN總線原理與應用2.7 汽車上LIN總線的應用第39頁，共44頁，2022年，5月20日，9點14分，星期四2.7 汽車上LIN總線的應用（二）