汽车总线_LIN

1、汽车总线应用技术第二章LIN总线技术原理黄爱蓉huangqcxy2010(3)本章主要内容 LIN总线原理与应用 LIN的主要技术特点 LIN的通信任务和报文帧类型LIN的报文通信LIN的应用School of Electrical试加瞰鹼小汽车LIN总线原理与应用.1 LIN概述 LIN （ Local Interconnect Network局部互联网）是面向汽车低端分 布式应用的低成本（05美元）、低速率（20kbps）、串行通信总 线。data rat©multi media(bit/sembedded ccntzcl25M10MD28v MOSTcpticvingFlex

2、RaytnM trQorod (TOMA； fM bQlw dop- dabk>2x2 wire / optical125KCAN-CnrtHtrailon tCSMA2OKCAN-Bnrbrtnitkyi rauic UMrant tfuol mnoLINbmo trigger odvhe no- quartt 2.1 LIN 概述 LIN （ Local Interconnect Network局部互联网）是面向汽车 低端分布式应用的低成本（05美元八 低速率（20kbps八 串行通信总线。由汽车行业开发，用作经济高效的子总线系统；是CAN的下层网络；属于SAE规范的汽车A类网络；是

3、CAN总线的补充，适用于对总线性能要求不高的车身系统，如车门、 车窗、灯光等智能传感器、执行器的连接和控制。 LIN实现了一种具有成本效益的智能传感器和执行器的通讯方 式。*W9*3ua*y2汽车LIN总线原理与应用 2.1 LIN 概述 LIN的目标为现有的汽车网络（CAN网络）提供辅助功能在不需要CAN总线的带宽和多功能的场合使用，降低成本。将开关、执行元件和传感器从子总线连接到主总线（如CAN总线）。 Lin总线广泛应用的原因：目前，高/低速CAN和J1850总线已经成为标准的车用网络总线。 这些总线速度极高，具有高抗电磁干扰性和高传输可靠性等优 越的性能，但价格也较高。大量的车身和安全

4、性能方面的应用对车用网络总线的性能要求 并不太高，只需要一种性价比更高的标准车用网络总线，而 LIN总线正好可以满足这一需求。因此，目前LIN总线技术正被 越来越广泛的应用到车身电子中。School of Electrical and Information2汽车LIN总线原理与应用2汽车LIN总线原理与应用 LIN起源和发展 LIN联盟成立于1999年，并发布了 LIN1.0版本。最初的成员有奥迪，宝马，克莱斯勒，摩托罗拉，博世，大众和沃尔沃等 2000年,LIN联盟再次发布了 1/1版本。 2001 年,第一辆采用LIN1.1版本的量产汽车面世。 2003年，2.0版本出现。 2006年，

5、2.1版本面世并沿用至今。Daimi IHsefmoonAjcior LIN的市场 LIN总线产品已经成为汽车总线的第二大市场；第一大市场是CAN总线，其在2006年已经达到顶峰。LINWLClimate I Control ILINLGatewayFfilirror1 _ oo ! <X>Flexra)PowerTrainConglCentralBodyController(ggggDashboardWiperCANoo oo 弗弗f Q Q0Q、 I 0 ooo)Lock111JWLUN| Lights ZO'VCAbRear Power S-o-O-HUH-o-oHe

6、aterV. WL§gg§Lights |<2 v rvMkr s“s x tW ".S”丿>n0LIN节点结构LIN接口由两部分组成： 协议控制器、线路接口LIN 通信媒介(铜线)LIN节点协议控制器集成在微控制器 中的一个标准UART上实现, 微控制器软件负责管理LIN 协议，实现以下功能：(1)发送/接收8位字节；2)构成请求帧，接收为 应帧；(3)发送i帧线路接口：负责将LIN总线的信号 翻译成无干扰的RX信号传 入LIN协议控制器；(2)或将协议控制器的RX 信号进行翻译传入LIN总线汽车LIN总线原理与应用“主要技术特点（1）汽车LIN总线

7、原理与应用“主要技术特点（1）物理层采用单线连接，两个电控单元间的最大传输距离为40m 其总线驱动器和接收器的规范遵从改进的ISO 9141单线标准。低成本LIN是基于SCI/UART（通用异步收发接口的单总线串行通信）协议;目前几乎所有的微控制器芯片上都有SCI/UART接口。低传输速率。小于20kb/s采用NRZ编码。LIN总线融合了 I2C和RS232的特性：像I2C总 线那样，LIN总线通过一个电阻上拉到高电平，而每一个节点又都可以通过 集电极开路驱动器将总线 拉低；像RS232那样通过起始位和停止位标识出每一个字节，每一位在时钟上异步传输。School of Electrical a

8、nd Information汽车LIN总线原理与应用“主要技术特点 单主/多从媒体访问、无需仲裁。在总线拓扑结构的LIN网络中，由主节点控制对传输介质的访问，从节点 只是应答主节点的命令。不需要仲裁和冲突管理机制。汽车LIN总线原理与应用“主要技术特点 同步机制简单 LIN通信中的从节点采用简单的自我同步机制（不需要晶体或陶 瓷共鸣器）。主节点在报文帧的头部发送同步间隙，标记报文帧的开始。从节点根据此间隙与总线同步，无需专门的时钟同步装置，降低硬件成本。口通信确定性。主节点控制整个网络的通信，控制不同节点的传输时间；每个报文帧的长度是预知的；采用调度表，可保证信号的周期性传输.保证总线不会出现

9、超负 载现象口报文的数据长度可变。 LIN应答帧报文的数据域长度可在08个字节之间变化，便于不同 任务的通信应用。采用奇偶校验和求和校验相结合的双重校验机制。汽车LIN总线原理与应用“ LIN的通信任务LIN网络由数据链路层和物理层构成数据链路层 逻辑链路控制子层(LLC)报文滤波、恢复管理、报文确认等媒体访问控制子层(MAC)是LIN的核心对来自LLC的报文封装串行化；对来自物理层的数据进行解串、错误检 测、错误标定等操作；由故障界定管理实体进行监控；物理层数据链路层LLC验证滤波恢复管理时基同步报文确认数据封装/解封装错误检测借误标定串行化解串物理层位定时位同步总线发送/接收器定义了信号如

10、何在总线媒体上传输; 口定义物理层的驱动器/接收器特性。几个概念主机节点：控制网络中各节点通信的节点 一个LIN网络上的通讯总是由主发送任务所发起的在主节点上可执行主通信任务和从通信任务可控制整个总线网络和协议；主通信任务：在主节点上运行的，用于控制总线上所有的通信，负责报文的进度表、 发送报文头的任务称为主任务。常见主任务：如定义传输速率，发送同步时间间隔、同步场、标识符 ID场，监控并通过检查校验和(checksum)验证数据的有效性。汽车LIN总线原理与应用“ LIN的通信任务汽车LIN总线原理与应用“ LIN的通信任务主机控制单元从机控制单元从机任务从机控制单元从机任务汽车LIN总线原

11、理与应用“ LIN的通信任务口几个概念溟从节点：是总线上的26个成员，它们在主节点发送适当的ID后 接收或发送数据从通信任务从节点从事的任务都称为从通信任务；但主节点也会执行从任 务节点接收来自主通信任务的ID节点根据ID决定做什么。-接收数据Mr I E 一或发送数据-或什么都不做发送数据时，节点：-发送2、4或8个数据字节-发送检验字节主机控制单元从机控制单元从机任务School oj Electrical and lnjormationSchool oj Electrical and lnjormation下个同歩间隔帧内空囘/间隔主机任务t响应空间 ”娥据场2/4/8字节 校验圾字节同

12、步间隔标识符场13位（最小）1字节同歩场1字节School oj Electrical and lnjormationSchool oj Electrical and lnjormation从机任务School oj Electrical and lnjormation汽车LIN总线原理与应用“ LIN的通信任务LIN协议是一主多从结构，通信只能由主节点中的主任务发起，一 个完整的LIN报文帧的传输是由主任务和从任务共同实现的，主任务 发送“报头”,从任务发送或接收“响应” o上1时备|I AU何|IJM KI ISLIN通信:在总线上发送的信息，有长度可选的固定格式。每个报文帧都包括2、4或

13、8个字节的数据以及3个字节的控制、 安全信息（同步场、标识符场和校验场）。通过主机控制单元中的从机任务，数据可以被主机控制单元发 送到任何从机控制单元。相应的主机报文ID可以触发从机一从机通信。汽车LIN总线原理与应用“报文帧格式(二)报文帧类型：有6种类型无条件帧：携带数据信息;事件触发帧：处理偶发的事件;偶发帧：保证在调度表确定性的条件下为系统动态行为的灵活性而设定的。上述3中帧的报文标识符的范围为059 (0x3b)诊断帧(命令帧、应答帧)：携带8个字节的诊断信息或组态信息，主节点诊断请求帧的标识符 为60 (0x3c),从节点诊断应答帧的标识符为61 (0x3d)用户自定义帧:可携带用

14、户自定义的任何信息，标识符为62 (0x3e),在调度时可给用户自定义帧分配报文帧时隙，每当时隙到来时发送用户自定义 帧的帧头。保留帧：保留帧标识符63 (0x3f),在LIN2.0中没有被使用。报文传输是由报文帧的格式表示和控制。口报文帧格式：一个主机节点发送的报文头； 一个主机或从机节点发送的响应组成。扌艮乂帧巾负内响应空问字肯问空间汽车LIN总线原理与应用“报文结构之字节场 2.3 LIN的报文传输汽车LIN总线原理与应用“报文结构之字节场汽车LIN总线原理与应用“报文结构之字节场报文头包含同步间隙、同步字节和报文标识符（063）。响应报文由个字节构成：其中2、4或8个字节的数据场和1个

15、校验和场。报文帧之间有帧间间隔分隔;报文与响应之间有帧内响应空间分隔;最小帧间间隔和帧内响应空间均为0； 最大长度收到报文帧的最大长度FRAME max限制。School of Electrical and Information字节场数据域7DOD1D2D3D4D5D6D7格式:数据位起始位停止位说明：每一个字节场的长度由10个定时位定时(BITTIME)；起始位(STARTBIT)是一个“显性”位，标志字节的开始； 8为数据位，先发送最低位；停止位(STOPBIST)是一个“隐性”位,标志着字节场的结束。扌H比啊i汽车LIN总线原报文头(HEADER FIELDS)同步间隔(synchro

16、nisation break)口作用：标识报文的开始，由主节点发送；使得所有的从机任务和总 线时钟信号同步。同步间隔域同步域同步间隔：至少13bi啲显性位，之后紧随至少1bit隐性值的同步界 定符。同步界定符的作用：用来检测接下来的同步域(Synch Field)的起始位。2吒扌械夂：啊j汽车LIN总线原!扌械夂：啊j汽车LIN总线原! 2.3 LIN的报文传输一报文结构报文头(HEADER FIELDS) 同步场(SYNCH FIELD)包含了时钟的同步信息。格式为0x55,表现为8个位定时中有5个下降沿（隐性到显性的跳变）同步字段. 标识符扌械夂：啊j汽车LIN总线原!扌械夂：啊j汽车LI

17、N总线原!开始位012扌械夂：啊j汽车LIN总线原!扌械夂：啊j汽车LIN总线原!汽车LIN总线原理与应用 报文头(HEADER FIELDS) 捺识庙场(IDENTIFIER FIELD)口定义了菽文的内容和长度。标识符字段开始 位IDOID1ID2ID3ID4ID5P0P10123456亭止位标识符位校验付 6个标识符位(IDOID5)和2个标识符奇偶校验位(P0P1);ID4和ID5定义了数据场的数据长度；汽车LIN总线原理与应用 报文头(HEADER FIELDS) 捺识庙场(IDENTIFIER FIELD)标识符字段开始 位IDOID1ID2ID3ID4ID5P0P10123456

18、爭止位标识符位校验位 ID4和ID5与数据长度的关系数据长度;ID5ID4数据场的数量002012104118 2.3 LIN的报文传输一报文结构 报文头(HEADER FIELDS) 箱识祜场(IDENTIFIER FIELD)标识符字段开始 位IDOID1ID2ID3ID4ID5P0P10123456亭止位标识符位校验位奇偶校验位PO P1:异或运算 P0= ID0ID1ID2ID4 (偶校验)P1 = ID1ID3ID4ID5 (奇校验)汽车LIN总线原理与应用 2.3 LIN的报文传输一报文结构 数据场(DATE FIELDS)由多个8位的字节场组成，传输由LSB开始数据字段字节字段开

19、始位01234567r v x.t uLSBMSB孕止位8个数据位 2.3 LIN的报文传输一报文结构 校验和场（CHECK SUM FIELDS）校验和域是数据域所有字节的和的反码。校验和字段1千始位0LSB1234567停止位8个校验和位校验和按“带进位加（ADDC）”方式计算，每个进位都被加到本次结 果的最低位（LSB）。这就保证了数据字节的可靠性。所有数据字节的和的补码与校验和字节之加的和必须是“OxFF”。LIN报文结构一命令帧同步中断2 13位消息报头 屮 消息响应 校验和T同步字段$3C标识符8个数据字段 »0x3C (ID 60)表示主节点请求帧(诊断帧),以便从主节

20、点向 从节点发送命令和数据。»0x3D (ID 61)表示从响应帧，该帧触发从节点向主节点发送数 据。过程：标识符为0x3c个的“主机请求帧”,主机向从机发送数据和命令;标志符为0x3dD的“从机相应帧”触发一个从机向主机发送数据。命令帧中的第一个数剧场为0x00-0x7F,其用法由LIN协会定义;剩下的命令帧用户可以自行分配.School of Electrical and InformationLIN报文结构一唤醒总线有两种状态：睡眠模式：从主节点发送睡眠模式命令后到总线上出现唤醒信号结束，没 有任何总线活动的这种模式。唤醒模式：被唤醒信号唤醒之后的总线处于唤醒模式，可以有总线活

21、动。睡眠模式命令：是第一个数据字节为0x00的命令帧总线的睡眠模式可以通过任何节点的从任务发送一个唤醒帧来终止O睡眠模式下的总 线 从任务的唤醉佶号帧信号闲置8bit4bitTwusig主任务的同步中断唤醒分隔符"0唤醒过程某一个节点的从任务发送唤醒信号后，所有的节点都运行启动过程 并等待主机任务发送一个同步间隔场和同步场； 若等待超时（TIME_OUT）,请求第一个唤醒信号的节点再一次发送新 的唤醒信号； 上述情况最多出现3次，此后，若还没将总线唤醒，则等待3个TIME_OUT时间，再发送唤起信号。睡眠模式下的总 线 从任务的唤醉佶号帧>=4bit<主任务的同步中断信号

22、闲置8bitTwusig唤醒 分隔符LIN报文结构一用户自定义帧LIN报文结构一用户自定义帧消息响应同步屮断A13位消息报头1 n个数据字段校验和1BI二IW0x3E (ID 62)表示用户定义的扩展帧，后跟任意数量的数据 字节。 »0x3F(ID63)预留供将来使用。汽车LIN总线原理与应用“LIN的报文的长度报文帧以一个同步间隔作为开始，以校验和域作为结束。口报文帧中的字节域用字节间空间和帧内响应空间分隔。字节间空间和帧内响应空间的长度没有定义，但限制了整个报文帧的 长度。口最小的帧长度Tframemin是传输一个帧的所需要的最小时间（字节间 空间和帧内响应空间应为0）；最大的帧

23、长度TfraME MAX是传输一个帧的最大时间。汽车LIN总线原理与应用“LIN的报文的长度汽车LIN总线原理与应用“LIN的报文的长度数抹;M数戍字口冋空冋帧内响応仝问标识 符场同少 I司*城I'MJ 隔扌K文叩贞核丈1/校验汽车LIN总线原理与应用“LIN的报文的长度时间名字时间/Tbit最小报文帧长度TfRAME MIN10* Ndata + 44最小报文头长度ThEADERJMIN34最大报文头长度ThEADERJVIAX(Theader min+1)” 14最大报文帧长度TfRAME MAX(Tframe min+1)那 14总线空闲超时Tjime out2500“+4&qu

24、ot;的条件使TFRAME MAX和Theader_max是个整数值。Tbit为基本位时间，与传输速率有关；Ndata数据场字节的数量汽车LIN总线原理与应用2.5 LIN的报文滤波和确认报文滤波 LIN的报文滤波是基于标识符的，即每一个从机任务对应一个传送 标识符。说明：用户通过网络配置保证任务和标识符间的对应关系口报文确认如果直到帧的末尾均没有检测到错误，则此报文对于发送器和接 收器都有效。如果报文发生错误，则主机和从机任务都认为报文没有发送。注意：主机任务和从机任务在发送和接收到一个错误报文时所采 取的措施，并没有在协议规范中定义。像主机重新发送或从机的 后退操作都由用户按照应用要求在应

25、用层程序中来实现，这些需 要用户在应用层中说明 2.6 LIN错误和异常处理错误检测：有6个不同的报文错误类型位错误：节点在发送时也监控总线，当监控到的位的值与发送的位的值不同时, 则在这个位时间内检测到一个错误。校验和错误：所有数据字节的和的补码与校验和之和不是“OxFF”，则检测到校验和 错误。标识符奇偶错误所有的从机节点都能区分ID场中8位都已知的标识符和一个已知但 错误的标识符。汽车LIN总线原理与应用 2.6 LIN错误和异常处理错误检测：有6个不同的报文错误类型位错误: 校验和错误: 标识符奇偶错误：从机不响应错误如果任何主机任务在发送同步场和标识符后，在最大长度时间内 TfRAM

26、E_MAX中没有完成报文帧的发送，则产生一个不响应错误。同步场不一致错误当从机检测到同步场的边沿在给出的容差外，则检测到一个同步场不 一致错误。没有总线活动如果在接收到最后的一个有效信息后，在Ttime_out时间内没有检测到有效的同步间隔场和字节场，则检测到一个没有总线活动错误。汽车LIN总线原理与应用 2.6 LIN错误和异常处理故障界定故障界定主要依靠主节点，使它可以处理尽量多的错误检测、错 误回复和诊断。故障界定基于系统的要求，不是LIN协议内容。主机控制单元要检测以下错误状态：主机任务发送：当回读自己的发送时，在同步或标识符字节中 的位错误、标识符奇偶错误和没有总线活动错误需要被检测。主机节点的从机任务：当期望或读取来自总线上的数据时，从 机不响应错误和校验和错误被检测。从机控制单元需检测以下错误情况：从机任务发送：当回读自己的发送时，数据或校验和场中的位 错误被检测。从机任务接受：当从总线读取数据时，标识符奇偶错误和校验汽车LIN总线原理与应用汽车LIN总线原理与应用和错误需被检测。y/兀SO汽车LIN总线原理与应用 27汽车上LIN总线的应用后观镜LIN总线School of Electrical and Information汽车LIN总线原理与应用School of Electrical an