LIN總線技術(shù)原理課件

LIN匯流排技術(shù)原理

汽車LIN匯流排原理與應(yīng)用2.1LIN概述LIN(LocalInterconnectNetwork局部互聯(lián)網(wǎng))是面向汽車低端分佈式應(yīng)用的低成本（0.5美元）、低速率（20kbps）、串行通信匯流排。

汽車LIN匯流排原理與應(yīng)用2.1LIN概述LIN(LocalInterconnectNetwork局部互聯(lián)網(wǎng))是面向汽車低端分佈式應(yīng)用的低成本（0.5美元）、低速率（20kbps）、串行通信匯流排。由汽車行業(yè)開發(fā)，用作經(jīng)濟高效的子匯流排系統(tǒng)；是CAN的下層網(wǎng)路；屬於SAE規(guī)範的汽車A類網(wǎng)路；是CAN匯流排的補充，適用於對匯流排性能要求不高的車身系統(tǒng)，如車門、車窗、燈光等智能感測器、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感測器和執(zhí)行器的通訊方式。

汽車LIN匯流排原理與應(yīng)用2.1LIN概述LIN的目標為現(xiàn)有的汽車網(wǎng)路（CAN網(wǎng)路）提供輔助功能在不需要CAN匯流排的帶寬和多功能的場合使用，降低成本。將開關(guān)、執(zhí)行元件和感測器從子匯流排連接到主匯流排（如CAN匯流排）。Lin匯流排廣泛應(yīng)用的原因：目前，高/低速CAN和J1850匯流排已經(jīng)成為標準的車用網(wǎng)路匯流排。這些匯流排速度極高，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(yīng)用對車用網(wǎng)路匯流排的性能要求並不太高，只需要一種性價比更高的標準車用網(wǎng)路匯流排，而LIN匯流排正好可以滿足這一需求。因此，目前LIN匯流排技術(shù)正被越來越廣泛的應(yīng)用到車身電子中。2汽車LIN匯流排原理與應(yīng)用LIN起源和發(fā)展LIN聯(lián)盟成立於1999年，併發(fā)布了LIN1.0版本。最初的成員有奧迪,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)佈了1.1版本。2001年，第一輛採用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版本面世並沿用至今。

LIN的市場LIN匯流排產(chǎn)品已經(jīng)成為汽車匯流排的第二大市場;第一大市場是CAN匯流排，其在2006年已經(jīng)達到頂峰。LINLIN節(jié)點結(jié)構(gòu)LIN介面由兩部分組成： 協(xié)議控制器、線路介面LIN節(jié)點LIN線路介面採用+UARTLINRXTX通信媒介（銅線）LIN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)，微控制器軟體負責(zé)管理LIN協(xié)議，實現(xiàn)以下功能：

(1)發(fā)送/接收8位位元組；

(2)構(gòu)成請求幀，接收為應(yīng)幀;(3)發(fā)送幀線路介面：

(1)負責(zé)將LIN匯流排的信號翻譯成無干擾的RX信號傳入LIN協(xié)議控制器；

(2)或?qū)f(xié)議控制器的RX信號進行翻譯傳入LIN匯流排

汽車LIN匯流排原理與應(yīng)用--主要技術(shù)特點（1）物理層採用單線連接，兩個電控單元間的最大傳輸距離為40m其匯流排驅(qū)動器和接收器的規(guī)範遵從改進的ISO9141單線標準。低成本LIN是基於SCI/UART(通用非同步收發(fā)介面的單匯流排串行通信)協(xié)議；目前幾乎所有的微控制器晶片上都有SCI/UART介面。低傳輸速率。小於20kb/s

採用NRZ編碼。LIN匯流排融合了I2C和RS232的特性：像I2C匯流排那樣，LIN匯流排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(qū)動器將匯流排拉低；像RS232那樣通過起始位和停止位標識出每一個位元組，每一位在時鐘上非同步傳輸。

汽車LIN匯流排原理與應(yīng)用--主要技術(shù)特點（1）單主/多從媒體訪問、無需仲裁。在匯流排拓撲結(jié)構(gòu)的LIN網(wǎng)路中，由主節(jié)點控制對傳輸介質(zhì)的訪問，從節(jié)點只是應(yīng)答主節(jié)點的命令。不需要仲裁和衝突管理機制。LIN匯流排的網(wǎng)路節(jié)點數(shù)不能超過16，否則，節(jié)點增加將會減少網(wǎng)路阻抗，導(dǎo)致環(huán)境條件變差。每增加一個節(jié)點，就會降低3％的阻抗

汽車LIN匯流排原理與應(yīng)用--主要技術(shù)特點（2）同步機制簡單LIN通信中的從節(jié)點採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)此間隙與匯流排同步，無需專門的時鐘同步裝置，降低硬體成本。通信確定性。主節(jié)點控制整個網(wǎng)路的通信，控制不同節(jié)點的傳輸時間；每個報文幀的長度是預(yù)知的；採用調(diào)度表，可保證信號的週期性傳輸、保證匯流排不會出現(xiàn)超負載現(xiàn)象報文的數(shù)據(jù)長度可變。LIN應(yīng)答幀報文的數(shù)據(jù)域長度可在0~8個位元組之間變化，便於不同任務(wù)的通信應(yīng)用。採用奇偶校驗和求和校驗相結(jié)合的雙重校驗機制。

汽車LIN匯流排原理與應(yīng)用—LIN網(wǎng)路結(jié)構(gòu)模型LIN網(wǎng)路由資料鏈路層和物理層構(gòu)成資料鏈路層邏輯鏈路控制子層(LLC)報文濾波、恢復(fù)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匯流排媒體上傳輸；定義物理層的驅(qū)動器/接收器特性。汽車LIN匯流排原理與應(yīng)用--LIN的通信任務(wù)幾個概念主機節(jié)點：控制網(wǎng)路中各節(jié)點通信的節(jié)點一個LIN網(wǎng)路上的通訊總是由主發(fā)送任務(wù)所發(fā)起的在主節(jié)點上可執(zhí)行主通信任務(wù)和從通信任務(wù)可控制整個匯流排網(wǎng)路和協(xié)議；主通信任務(wù)：在主節(jié)點上運行的，用於控制匯流排上所有的通信，負責(zé)報文的進度表、發(fā)送報文頭的任務(wù)稱為主任務(wù)。常見主任務(wù)：如定義傳輸速率，發(fā)送同步時間間隔、同步場、識別字ID場，監(jiān)控並通過檢查校驗和（checksum）驗證數(shù)據(jù)的有效性。汽車LIN匯流排原理與應(yīng)用--LIN的通信任務(wù)幾個概念從節(jié)點：是匯流排上的2-16個成員，它們在主節(jié)點發(fā)送適當?shù)腎D後接收或發(fā)送數(shù)據(jù)從通信任務(wù)從節(jié)點從事的任務(wù)都稱為從通信任務(wù)；但主節(jié)點也會執(zhí)行從任務(wù)節(jié)點接收來自主通信任務(wù)的ID節(jié)點根據(jù)ID決定做什麼。–接收數(shù)據(jù)–或發(fā)送數(shù)據(jù)–或什麼都不做發(fā)送數(shù)據(jù)時，節(jié)點：–發(fā)送2、4或8個數(shù)據(jù)位元組–發(fā)送檢驗位元組汽車LIN匯流排原理與應(yīng)用--LIN的通信任務(wù)汽車LIN匯流排原理與應(yīng)用--LIN的通信任務(wù)

LIN協(xié)議是一主多從結(jié)構(gòu)，通信只能由主節(jié)點中的主任務(wù)發(fā)起，一個完整的LIN報文幀的傳輸是由主任務(wù)和從任務(wù)共同實現(xiàn)的，主任務(wù)發(fā)送“報頭”，從任務(wù)發(fā)送或接收“回應(yīng)”。

汽車LIN匯流排原理與應(yīng)用--LIN的通信任務(wù)LIN通信：在匯流排上發(fā)送的資訊，有長度可選的固定格式。每個報文幀都包括2、4或8個位元組的數(shù)據(jù)以及3個位元組的控制、安全資訊（同步場、識別字場和校驗場）。通過主機控制單元中的從機任務(wù)，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(yīng)的主機報文ID可以觸發(fā)從機－從機通信。汽車LIN匯流排原理與應(yīng)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)資訊；事件觸發(fā)幀：處理偶發(fā)的事件；偶發(fā)幀：保證在調(diào)度表確定性的條件下為系統(tǒng)動態(tài)行為的靈活性而設(shè)定的。上述3中幀的報文識別字的範圍為0~59（0x3b）診斷幀（命令幀、應(yīng)答幀）：攜帶8個位元組的診斷資訊或組態(tài)資訊，主節(jié)點診斷請求幀的識別字為60（0x3c），從節(jié)點診斷應(yīng)答幀的識別字為61（0x3d）用戶自定義幀：可攜帶用戶自定義的任何資訊，識別字為62（0x3e），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：保留幀識別字63（0x3f），在LIN2.0中沒有被使用。汽車LIN匯流排原理與應(yīng)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：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)送的回應(yīng)組成。汽車LIN匯流排原理與應(yīng)用2.3LIN的報文傳輸報文頭包含同步間隙、同步位元組和報文識別字（0～63）?；貞?yīng)報文由1-9個位元組構(gòu)成：其中2、4或8個位元組的數(shù)據(jù)場和1個校驗和場。報文幀之間有幀間間隔分隔；報文與回應(yīng)之間有幀內(nèi)回應(yīng)空間分隔；最小幀間間隔和幀內(nèi)回應(yīng)空間均為0；最大長度收到報文幀的最大長度FRAME_max限制。汽車LIN匯流排原理與應(yīng)用--報文結(jié)構(gòu)之位元組場位元組場格式：說明：每一個位元組場的長度由10個定時位定時（BITTIME）；起始位（STARTBIT)是一個“顯性”位，標誌位元組的開始；8為數(shù)據(jù)位，先發(fā)送最低位；停止位（STOPBIST)是一個“隱性”位，標誌著位元組場的結(jié)束。汽車LIN匯流排原理與應(yīng)用報文頭（HEADERFIELDS）同步間隔（synchronisationbreak)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(wù)和匯流排時鐘信號同步。同步間隔：至少13bit的顯性位，之後緊隨至少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（SynchField）的起始位。汽車LIN匯流排原理與應(yīng)用2.3LIN的報文傳輸—報文結(jié)構(gòu)報文頭（HEADERFIELDS）同步場（SYNCHFIELD）包含了時鐘的同步資訊。格式為0x55，表現(xiàn)為8個位定時中有5個下降沿（隱性到顯性的跳變）汽車LIN匯流排原理與應(yīng)用報文頭（HEADERFIELDS）識別字場（IDENTIFIERFIELD）定義了報文的內(nèi)容和長度。6個識別字位（ID0~ID5)和2個識別字奇偶校驗位（P0P1）；ID4和ID5定義了數(shù)據(jù)場的數(shù)據(jù)長度；汽車LIN匯流排原理與應(yīng)用報文頭（HEADERFIELDS）識別字場（IDENTIFIERFIELD）ID4和ID5與數(shù)據(jù)長度的關(guān)係數(shù)據(jù)長度；ID5ID4數(shù)據(jù)場的數(shù)量002012104118汽車LIN匯流排原理與應(yīng)用2.3LIN的報文傳輸—報文結(jié)構(gòu)報文頭（HEADERFIELDS）識別字場（IDENTIFIERFIELD）奇偶校驗位P0P1:⊕異或運算汽車LIN匯流排原理與應(yīng)用2.3LIN的報文傳輸—報文結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)場（DATEFIELDS）由多個8位的位元組場組成，傳輸由LSB開始汽車LIN匯流排原理與應(yīng)用2.3LIN的報文傳輸—報文結(jié)構(gòu)校驗和場（CHECKSUMFIELDS）校驗和域是數(shù)據(jù)域所有位元組的和的反碼。校驗和按“帶進位加（ADDC)”方式計算，每個進位都被加到本次結(jié)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)的和的補數(shù)與校驗和位元組之加的和必須是“0xFF”。LIN報文結(jié)構(gòu)—命令幀?0x3C（ID60）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)。?0x3D（ID61）表示從回應(yīng)幀，該幀觸發(fā)從節(jié)點向主節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)。過程：識別字為0x3c一個的“主機請求幀”，主機向從機發(fā)送數(shù)據(jù)和命令；標誌符為0x3dD的“從機相應(yīng)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0x00~0x7F,其用法由LIN協(xié)會定義；剩下的命令幀用戶可以自行分配.LIN報文結(jié)構(gòu)—睡眠模式命令匯流排有兩種狀態(tài)：睡眠模式：從主節(jié)點發(fā)送睡眠模式命令後到匯流排上出現(xiàn)喚醒信號結(jié)束，沒有任何匯流排活動的這種模式。喚醒模式：被喚醒信號喚醒之後的匯流排處於喚醒模式，可以有匯流排活動。睡眠模式命令：是第一個數(shù)據(jù)位元組為0x00的命令幀匯流排的睡眠模式可以通過任何節(jié)點的從任務(wù)發(fā)送一個喚醒幀來終止。8bit4bitLIN報文結(jié)構(gòu)—喚醒喚醒過程某一個節(jié)點的從任務(wù)發(fā)送喚醒信號後，所有的節(jié)點都運行啟動過程並等待主機任務(wù)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,此後，若還沒將匯流排喚醒，則等待3個TIME_OUT時間，再發(fā)送喚起信號。8bit>=4bitLIN報文結(jié)構(gòu)—用戶自定義幀?0x3E（ID62）表示用戶定義的擴展幀，後跟任意數(shù)量的數(shù)據(jù)字節(jié)。?0x3F（ID63）預(yù)留供將來使用。汽車LIN匯流排原理與應(yīng)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(jié)束。報文幀中的位元組域用位元組間空間和幀內(nèi)回應(yīng)空間分隔。位元組間空間和幀內(nèi)回應(yīng)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（位元組間空間和幀內(nèi)回應(yīng)空間應(yīng)為0）；最大的幀長度TFRAME_MAX是傳輸一個幀的最大時間。汽車LIN匯流排原理與應(yīng)用--LIN的報文的長度時間名字時間/Tbit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匯流排空閒超時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(guān)；Ndata數(shù)據(jù)場位元組的數(shù)量汽車LIN匯流排原理與應(yīng)用2.5LIN的報文濾波和確認報文濾波LIN的報文濾波是基於識別字的，即每一個從機任務(wù)對應(yīng)一個傳送識別字。說明：用戶通過網(wǎng)路配置保證任務(wù)和識別字間的對應(yīng)關(guān)係報文確認如果直到幀的末尾均沒有檢測到錯誤，則此報文對於發(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(wù)都認為報文沒有發(fā)送。注意：主機任務(wù)和從機任務(wù)在發(fā)送和接收到一個錯誤報文時所採取的措施，並沒有在協(xié)議規(guī)範中定義。像主機重新發(fā)送或從機的後退操作都由用戶按照應(yīng)用要求在應(yīng)用層程式中來實現(xiàn)，這些需要用戶在應(yīng)用層中說明汽車LIN匯流排原理與應(yīng)用2.6LIN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)控匯流排，當監(jiān)控到的位的值與發(fā)送的位的值不同時，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)的和的補數(shù)與校驗和之和不是“0xFF”，則檢測到校驗和錯誤。識別字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識別字。汽車LIN匯流排原理與應(yīng)用2.6LIN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：識別字奇偶錯誤：從機不回應(yīng)錯誤如果任何主機任務(wù)在發(fā)送同步場和識別字後，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)生一個不回應(yīng)錯誤。同步場不一致錯誤當從機檢測到同步場的邊沿在給出的容差外，則檢測到一個同步場不一致錯誤。沒有匯流排活動如果在接收到最後的一個有效資訊後，在Ttime_out時間內(nèi)沒有檢測到有效的同步間隔場和位元組場，則檢測到一個沒有匯流排活動錯誤。汽車LIN匯流排原理與應(yīng)用2.6LIN錯誤和異常處理故障界定故障界定主要依靠主節(jié)點，使它可以處理儘量多的錯誤檢測、錯誤回復(fù)和診斷。故障界定基於系統(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(wù)發(fā)送：當回讀自己的發(fā)送時，在同步或識別字位元組中的位錯誤、識別字奇偶錯誤和沒有匯流排活動錯誤需要被檢測。主機節(jié)點的從機任務(wù)：當期望或讀取來自匯流排上的數(shù)據(jù)時，從機不回應(yīng)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(wù)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(wù)接受：當從匯流排讀取數(shù)據(jù)時，識別字奇偶錯誤和校驗和錯誤需被檢測。汽