第四章局部連接網(wǎng)絡(luò)課件

第一節(jié)概述

第二節(jié)LIN總線的組成和工作原理第一節(jié)概述一、LIN的含義

二、LIN標(biāo)準(zhǔn)

三、LIN的特點(diǎn)

四、LIN與CAN的比較

五、LIN的應(yīng)用一、LIN的含義局部連接網(wǎng)絡(luò)(LocalInterconnectNetwork，LIN)是一種低成本的串行通信網(wǎng)絡(luò)。LIN協(xié)議是一個(gè)汽車底層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，用于實(shí)現(xiàn)汽車中的分布式電子系統(tǒng)控制。LIN為現(xiàn)有汽車網(wǎng)絡(luò)(如CAN總線)提供輔助功能，LIN總線是一種輔助的串行通信總線網(wǎng)絡(luò)。在不需要CAN總線的帶寬和多功能的場合，如智能傳感器和制動(dòng)裝置之間的通信，使用LIN總線可大大節(jié)省成本。二、LIN標(biāo)準(zhǔn)LIN標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容包括：1)LIN協(xié)議規(guī)范部分。介紹了LIN的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。2)LIN配置語言描述部分。介紹了LIN配置文件的格式。LIN配置文件用于配置整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并作為OEM(原裝設(shè)備制造廠)和不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的供應(yīng)商之間的通用接口，同時(shí)可作為開發(fā)和分析工具的輸入。圖4-1LIN網(wǎng)絡(luò)3)LINAPI(應(yīng)用程序接口)部分。介紹了網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用程序之間的接口。圖4-2OSI參考模型三、LIN的特點(diǎn)1)單主機(jī)多從機(jī)組織，即沒有總線仲裁。

2)基于UART/SCI接口的廉價(jià)硬件實(shí)現(xiàn)。

3)從節(jié)點(diǎn)無振蕩器的自同步功能。

4)保證延時(shí)和信號(hào)傳輸?shù)恼_性。

5)廉價(jià)的單總線結(jié)構(gòu)。

6)數(shù)據(jù)傳輸速率為20Kbit/s。

7)可選的報(bào)文幀長度為2B、4B和8B。

8)系統(tǒng)配置靈活。

9)帶時(shí)間同步的多點(diǎn)廣播式發(fā)送/接收方式，從機(jī)節(jié)點(diǎn)無需石英晶振或陶瓷諧振器。

10)數(shù)據(jù)累加和校驗(yàn)和(Data-Checksum)及錯(cuò)誤檢測功能。

11)故障節(jié)點(diǎn)的檢測功能。

12)廉價(jià)的單片元器件。四、LIN與CAN的比較表4-1LIN和CAN控制器特性對(duì)比參數(shù)

節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)傳輸速度

/（Kbit/s）CPU時(shí)鐘

/MHzCPU

（%）存儲(chǔ)容量

(Flash/ROM)/B存儲(chǔ)容量

(RAM)/BLIN16bit主節(jié)點(diǎn)19．2410120025LIN8bit從節(jié)點(diǎn)(無振蕩器)19．241575022LIN8bit從節(jié)點(diǎn)(帶振蕩器)19．24665020CAN16bit節(jié)點(diǎn)1258153000150表4-2LIN和CAN主要特性對(duì)比網(wǎng)絡(luò)

指標(biāo)LINCAN媒體訪問控制方式單主方式多主方式典型總線傳輸速率/（Kbit/s）2．4～19．662．45～500信息標(biāo)識(shí)符/bit611/29網(wǎng)絡(luò)典型節(jié)點(diǎn)數(shù)/個(gè)2～104～20位/字節(jié)編碼方式NRZ8N1(UART)NRZw/位填充每幀信息數(shù)據(jù)量/B2,4,80～8每4個(gè)字節(jié)的發(fā)送時(shí)間/ms3．5(20Kbit/s時(shí))0．8（125Kbit/s時(shí)）錯(cuò)誤檢測8位累加和15位CRC物理層單線，13．5V雙絞線,5V石英/陶瓷振蕩器主從節(jié)點(diǎn)需要,從節(jié)點(diǎn)不需要每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要網(wǎng)絡(luò)相對(duì)成本0．51五、LIN的應(yīng)用LIN主要用于車門、轉(zhuǎn)向盤、座椅、空調(diào)、照明燈、溫度傳感器、交流發(fā)電機(jī)等，如圖4-4所示。對(duì)于成本比較敏感的單元，如智能傳感器、光敏器件等很容易連接到車載網(wǎng)絡(luò)中，且使用、維護(hù)方便。LIN通常將模擬信號(hào)量用數(shù)字信號(hào)量代替，以優(yōu)化總線性能。圖4-3車門電控單元第二節(jié)LIN總線的組成和工作原理一、LIN總線的組成

二、LIN總線工作原理一、LIN總線的組成1.LIN主機(jī)電控單元

2.LIN從機(jī)電控單元圖4-5LIN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1.LIN主機(jī)電控單元1)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳遞和數(shù)據(jù)傳遞的速率，發(fā)送信息標(biāo)題。

2)電控單元的軟件內(nèi)設(shè)定了一個(gè)周期，用于決定何時(shí)將何種信息發(fā)送到LIN總線上多少次。

3)電控單元在LIN總線與CAN總線之間起“翻譯”作用，是LIN總線中唯一與CAN總線相連的電控單元。

4)通過LIN主機(jī)電控單元進(jìn)行LIN系統(tǒng)自診斷。2.LIN從機(jī)電控單元1)接收、傳遞或忽略與從主系統(tǒng)接收到的信息標(biāo)題相關(guān)的數(shù)據(jù)。

2)可以通過一個(gè)“喚醒”信號(hào)喚醒主系統(tǒng)。

3)檢查接收數(shù)據(jù)的總量。

4檢查發(fā)送數(shù)據(jù)的總量。

)5)與主系統(tǒng)的同步字節(jié)保持一致。

6)只能按照主系統(tǒng)的要求與其他子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。二、LIN總線工作原理1.報(bào)文傳輸

2.報(bào)文濾波及確認(rèn)

3.錯(cuò)誤和異常處理

4.故障界定

5.振蕩器容差

6.位定時(shí)要求和同步過程

7.總線收發(fā)器

8.應(yīng)用舉例

9.常見問題分析

10.LIN總線收發(fā)器TJA10201.報(bào)文傳輸(1)報(bào)文幀(2)保留的標(biāo)識(shí)符

(3)報(bào)文幀的長度和總線休眠檢測(4)喚醒信號(hào)

1)字節(jié)場(ByteFields)2)報(bào)文頭場(HeaderFields)3)響應(yīng)場(ResponseField)(1)報(bào)文幀

圖4-6LIN報(bào)文幀1)字節(jié)場(ByteFields)

圖4-7LIN字節(jié)場2)報(bào)文頭場(HeaderFields)

①同步間隔②同步場③標(biāo)識(shí)符場圖4-8LIN同步間隔場圖4-9LIN同步場圖4-10LIN標(biāo)識(shí)符場3)響應(yīng)場(ResponseField)①數(shù)據(jù)場②校驗(yàn)和場圖4-11LIN數(shù)據(jù)場圖4-12LIN校驗(yàn)和場1)命令幀標(biāo)識(shí)符(CommandFrameIdentifier)2)休眠模式命令3)擴(kuò)展幀標(biāo)識(shí)符(2)保留的標(biāo)識(shí)符1)命令幀標(biāo)識(shí)符(CommandFrameIdentifier)圖4-13LIN命令幀2)休眠模式命令

休眠模式命令用于將休眠模式廣播到所有的總線節(jié)點(diǎn)。在完成該報(bào)文后，直到總線上出現(xiàn)喚醒信號(hào)結(jié)束休眠模式前，將沒有總線活動(dòng)。休眠模式命令的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)是0X00的下載命令幀。3)擴(kuò)展幀標(biāo)識(shí)符

圖4-14LIN擴(kuò)展幀(3)報(bào)文幀的長度和總線休眠檢測

報(bào)文幀用一個(gè)同步間隔場作為起始，用校驗(yàn)和場作為結(jié)束。報(bào)文幀中的字節(jié)場用字節(jié)間空間和幀內(nèi)響應(yīng)空間分隔。字節(jié)間空間和幀內(nèi)響應(yīng)空間的長度沒有定義，只限制了整個(gè)報(bào)文幀的長度。(4)喚醒信號(hào)

圖4-15LIN喚醒信號(hào)幀2.報(bào)文濾波及確認(rèn)(1)報(bào)文濾波報(bào)文濾波基于整個(gè)標(biāo)識(shí)符，必須通過網(wǎng)絡(luò)配置進(jìn)行確認(rèn)，即每一個(gè)從機(jī)任務(wù)對(duì)應(yīng)一個(gè)傳送標(biāo)識(shí)符。

(2)報(bào)文確認(rèn)如果直到幀的結(jié)尾都沒有檢測到錯(cuò)誤，則該報(bào)文對(duì)發(fā)送器和接收器都有效。3.錯(cuò)誤和異常處理(1)錯(cuò)誤檢查

(2)錯(cuò)誤標(biāo)定

(1)錯(cuò)誤檢查1)位錯(cuò)誤。向總線發(fā)送一個(gè)位的單元，同時(shí)也在監(jiān)控總線。2)校驗(yàn)和錯(cuò)誤。所有數(shù)據(jù)字節(jié)的和的補(bǔ)碼與校驗(yàn)和字節(jié)之和不是0XFF時(shí)，則檢測到一個(gè)校驗(yàn)和錯(cuò)誤。3)標(biāo)識(shí)符奇偶錯(cuò)誤。標(biāo)識(shí)符的奇偶錯(cuò)誤(即錯(cuò)誤的標(biāo)識(shí)符)不會(huì)被標(biāo)出，通常LIN從機(jī)節(jié)點(diǎn)不能區(qū)分一個(gè)未知但有效的標(biāo)識(shí)符和一個(gè)錯(cuò)誤的標(biāo)識(shí)符，然而所有的從機(jī)節(jié)點(diǎn)都能區(qū)分ID場中8位都已知的標(biāo)識(shí)符和一個(gè)已知但錯(cuò)誤的標(biāo)識(shí)符。4)從機(jī)不響應(yīng)錯(cuò)誤。如果任何從機(jī)任務(wù)在發(fā)送同步和標(biāo)識(shí)符場時(shí)，在最大長度時(shí)間TFRAME_MAX中沒有完成報(bào)文幀的發(fā)送，則產(chǎn)生一個(gè)不響應(yīng)錯(cuò)誤。5)同步場不一致錯(cuò)誤。當(dāng)從機(jī)檢測到同步場的邊沿在給出的容差外，則檢測到一個(gè)同步場不一致錯(cuò)誤。6)沒有總線活動(dòng)。如果在接收到最后一個(gè)有效信息后，在Time-Out的時(shí)間內(nèi)沒有檢測到有效的同步間隔場或字節(jié)場，則檢測到一個(gè)沒有總線活動(dòng)條件。(2)錯(cuò)誤標(biāo)定

LIN協(xié)議不標(biāo)定檢測到的錯(cuò)誤，錯(cuò)誤由每個(gè)總線節(jié)點(diǎn)標(biāo)記，而且可以被“錯(cuò)誤標(biāo)定”所描述的故障界定過程訪問。4.故障界定主機(jī)電控單元要檢測以下錯(cuò)誤情況：1)主機(jī)任務(wù)發(fā)送。當(dāng)回讀發(fā)送時(shí)，在同步或標(biāo)識(shí)符字節(jié)檢測到一個(gè)位錯(cuò)誤或標(biāo)識(shí)符奇偶錯(cuò)誤。2)主機(jī)電控單元中的從機(jī)任務(wù)接收。當(dāng)從總線讀一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，檢測到一個(gè)從機(jī)不響應(yīng)錯(cuò)誤或校驗(yàn)和錯(cuò)誤。從機(jī)電控單元要檢測以下錯(cuò)誤情況：1)從機(jī)任務(wù)發(fā)送。當(dāng)回讀發(fā)送時(shí)，檢測到數(shù)據(jù)或校驗(yàn)和場有位錯(cuò)誤。2)從機(jī)任務(wù)接收。當(dāng)從總線讀數(shù)據(jù)時(shí)，檢測到一個(gè)標(biāo)識(shí)符奇偶錯(cuò)誤或校驗(yàn)和錯(cuò)誤。5.振蕩器容差在片時(shí)鐘發(fā)生器使用內(nèi)部校準(zhǔn)時(shí)，使頻率容差比為±15％最好，該精度足以在報(bào)文流中檢測到同步間隔，見表4-7。使用同步場的精細(xì)校準(zhǔn)可以確保適當(dāng)?shù)亟邮蘸桶l(fā)送報(bào)文。在考慮操作中的溫度影響以及電壓漂移的情況下，振蕩器要在其余報(bào)文中保持穩(wěn)定。6.位定時(shí)要求和同步過程(1)位定時(shí)要求如果沒有其他情況，該文檔中的所有位時(shí)間都參考主機(jī)節(jié)點(diǎn)的位定時(shí)。

(2)同步過程同步場的模式是0X55，同步過程基于模式下降沿之間的時(shí)間量度。圖4-16LIN同步場7.總線收發(fā)器(1)總體配置(2)信號(hào)規(guī)范(3)總線特性(4)ESD/EMI的符合條件

(1)總體配置

圖4-17單線的汽車總線接口(2)信號(hào)規(guī)范

表4-9上拉電阻參數(shù)參數(shù)最小值典型值最大值說明RMASTER/Ω90010001100必須串聯(lián)二極管（見圖4?18）RMASTER/kΩ203047必須串聯(lián)二極管(3)總線特性圖4-18總線上的電壓電平(4)ESD/EMI的符合條件半導(dǎo)體物理層設(shè)備必須遵守IEC1000-4-2:1995的要求，保護(hù)不受人體放電損壞，最小的放電電壓級(jí)是2000V。采用電控裝置的汽車，要求ESD的電壓級(jí)應(yīng)達(dá)到±8000V。8.應(yīng)用舉例LIN總線在汽車上的應(yīng)用，主要有中央門鎖、轉(zhuǎn)向盤、電動(dòng)座椅、空調(diào)、照明裝置、濕度傳感器、交流發(fā)電機(jī)等。Phiips半導(dǎo)體公司基于CAN/LIN總線提出的汽車車身網(wǎng)絡(luò)層方案如圖4-20所示，粗線代表CAN總線，連接傳動(dòng)裝置電控單元、照明電控單元、中央門鎖電控單元、電動(dòng)座椅電控單元以及組合儀表電控單元等；細(xì)線代表LIN總線，由LIN總線構(gòu)成的LIN網(wǎng)絡(luò)作為CAN網(wǎng)絡(luò)的輔助網(wǎng)絡(luò)，連接電動(dòng)車窗電控單元、刮水器電控單元、天窗電控單元等低速設(shè)備。9.常見問題分析(1)報(bào)文序列舉例

(2)ID場有效值（3）校驗(yàn)和計(jì)算(4)報(bào)文錯(cuò)誤的原因（5）故障界定(6)物理接口的電源電壓定義

(1)報(bào)文序列舉例圖4-20汽車車身網(wǎng)絡(luò)層(2)ID場有效值

表4-12ID場有效值ID［0…5］

DECHEXP0=ID0ID1ID2IDP1=ID場

76543210ID場

DECHex數(shù)據(jù)字

節(jié)數(shù)量00001100000001288021011111000001193C12202100100001066422303000000001130324041111000100196C4250501100001011338526060000000110606270710010001117147280800000010008082909100100100173492（3）校驗(yàn)和計(jì)算表4-13校驗(yàn)和計(jì)算實(shí)例(4)報(bào)文錯(cuò)誤的原因以下錯(cuò)誤機(jī)制可導(dǎo)致報(bào)文損壞：1)搭鐵電壓的本地?cái)_動(dòng)。2)電源電壓的本地?cái)_動(dòng)。3)總線信號(hào)的總體電子擾動(dòng)。4)不同步時(shí)基。（5）故障界定表4-14故障界定的錯(cuò)誤變量錯(cuò)誤變量默認(rèn)值（建議）C_MASTER_TRANSMIT_ERROR?THRESHOLD64C_MASTER_RECEIVE_ERROR?THRESHOLD64(6)物理接口的電源電壓定義圖4-21

VSUP和VBAT對(duì)比10.LIN總線收發(fā)器TJA1020(1)概述(2)從機(jī)應(yīng)用(3)主機(jī)應(yīng)用1)TJA1020的特點(diǎn)2)TJA1020的結(jié)構(gòu)框圖3)TJA1020的工作模式4)TJA1020與3.3V器件兼容(1)概述

1)TJA1020的特點(diǎn)①波特率高達(dá)20Kbit/s。②修整輸出波形，使電磁輻射非常低。③高抗電磁干擾性。④在低速應(yīng)用中(小于10Kbit/s)使用低斜率模式，以進(jìn)一步減小電磁輻射。⑤休眠模式中的電流消耗極低。⑥在LIN對(duì)搭鐵短路時(shí)，電池受到放電保護(hù)。⑦傳輸數(shù)據(jù)(TXD)顯性超時(shí)功能。⑧電池的工作范圍廣，可以從電壓降(5V)到跳變啟動(dòng)情況(27V)。⑨控制輸入電平與3.3V以及5V的器件兼容。⑩

LIN從機(jī)應(yīng)用時(shí)集成端電阻。2)TJA1020的結(jié)構(gòu)框圖

圖4-22TJA1020的結(jié)構(gòu)框圖3)TJA1020的工作模式圖4-23TJA1020狀態(tài)圖

①休眠模式②準(zhǔn)備模式③普通斜率模式④低斜率模式4)TJA1020與3.3V器件兼容TJA1020被用于汽車低電壓(小于5V)系統(tǒng)，其端子TXD和NSLP減小了輸入閾值，輸出端子RXD和TXD為漏極斷路，可與使用3.3V或5V電源的單片機(jī)兼容。因此，TJA1020和主單片機(jī)之間不需要5V的轉(zhuǎn)換接口，而且收發(fā)器本身不需要額外的VCC電源。為使端子RXD和TXD達(dá)到高電平，當(dāng)單片機(jī)插接器的端子沒有集成上拉電阻時(shí)，要加外部上拉電阻。5)TJA1020的特性①限制值。根據(jù)絕對(duì)最大等級(jí)系統(tǒng)(IEC60134)，所有電壓都參考端子GND，其限制值見表4-16。②特征。TJA1020的特征見表4-17。(2)從機(jī)應(yīng)用1)結(jié)構(gòu)2)端子說明1)結(jié)構(gòu)圖4-30TJA1020從機(jī)應(yīng)用2)端子說明①NSLP端子②TXD端子③RXD端子④NWAKE端子⑤INH端子⑥LIN端子①NSLP端子休眠控制端子NSLP有內(nèi)部下拉電阻RSLP，當(dāng)發(fā)生斷