LIN总线技术原理课件

LIN匯流排技術原理

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

汽車LIN匯流排原理與應用2.1LIN概述LIN(LocalInterconnectNetwork局部互聯網)是面向汽車低端分佈式應用的低成本（0.5美元）、低速率（20kbps）、串行通信匯流排。由汽車行業開發，用作經濟高效的子匯流排系統；是CAN的下層網路；屬於SAE規範的汽車A類網路；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，如車門、車窗、燈光等智能感測器、執行器的連接和控制。LIN實現了一種具有成本效益的智能感測器和執行器的通訊方式。

汽車LIN匯流排原理與應用2.1LIN概述LIN的目標為現有的汽車網路（CAN網路）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、執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匯流排廣泛應用的原因：目前，高/低速CAN和J1850匯流排已經成為標準的車用網路匯流排。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匯流排技術正被越來越廣泛的應用到車身電子中。2汽車LIN匯流排原理與應用LIN起源和發展LIN聯盟成立於1999年，併發布了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聯盟再次發佈了1.1版本。2001年，第一輛採用LIN1.1版本的量產汽車面世。2003年，2.0版本出現。2006年，2.1版本面世並沿用至今。

LIN的市場LIN匯流排產品已經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年已經達到頂峰。LINLIN節點結構LIN介面由兩部分組成： 協議控制器、線路介面LIN節點LIN線路介面採用+UARTLINRXTX通信媒介（銅線）LIN協議控制器協議控制器集成在微控制器中的一個標準UART上實現，微控制器軟體負責管理LIN協議，實現以下功能：

(1)發送/接收8位位元組；

(2)構成請求幀，接收為應幀;(3)發送幀線路介面：

(1)負責將LIN匯流排的信號翻譯成無干擾的RX信號傳入LIN協議控制器；

(2)或將協議控制器的RX信號進行翻譯傳入LIN匯流排

汽車LIN匯流排原理與應用--主要技術特點（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其匯流排驅動器和接收器的規範遵從改進的ISO9141單線標準。低成本LIN是基於SCI/UART(通用非同步收發介面的單匯流排串行通信)協議；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，而每一個節點又都可以通過集電極開路驅動器將匯流排拉低；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匯流排原理與應用--主要技術特點（1）單主/多從媒體訪問、無需仲裁。在匯流排拓撲結構的LIN網路中，由主節點控制對傳輸介質的訪問，從節點只是應答主節點的命令。不需要仲裁和衝突管理機制。LIN匯流排的網路節點數不能超過16，否則，節點增加將會減少網路阻抗，導致環境條件變差。每增加一個節點，就會降低3％的阻抗

汽車LIN匯流排原理與應用--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）。主節點在報文幀的頭部發送同步間隙，標記報文幀的開始。從節點根據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。主節點控制整個網路的通信，控制不同節點的傳輸時間；每個報文幀的長度是預知的；採用調度表，可保證信號的週期性傳輸、保證匯流排不會出現超負載現象報文的數據長度可變。LIN應答幀報文的數據域長度可在0~8個位元組之間變化，便於不同任務的通信應用。採用奇偶校驗和求和校驗相結合的雙重校驗機制。

汽車LIN匯流排原理與應用—LIN網路結構模型LIN網路由資料鏈路層和物理層構成資料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；對來自物理層的數據進行解串、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；定義物理層的驅動器/接收器特性。汽車LIN匯流排原理與應用--LIN的通信任務幾個概念主機節點：控制網路中各節點通信的節點一個LIN網路上的通訊總是由主發送任務所發起的在主節點上可執行主通信任務和從通信任務可控制整個匯流排網路和協議；主通信任務：在主節點上運行的，用於控制匯流排上所有的通信，負責報文的進度表、發送報文頭的任務稱為主任務。常見主任務：如定義傳輸速率，發送同步時間間隔、同步場、識別字ID場，監控並通過檢查校驗和（checksum）驗證數據的有效性。汽車LIN匯流排原理與應用--LIN的通信任務幾個概念從節點：是匯流排上的2-16個成員，它們在主節點發送適當的ID後接收或發送數據從通信任務從節點從事的任務都稱為從通信任務；但主節點也會執行從任務節點接收來自主通信任務的ID節點根據ID決定做什麼。–接收數據–或發送數據–或什麼都不做發送數據時，節點：–發送2、4或8個數據位元組–發送檢驗位元組汽車LIN匯流排原理與應用--LIN的通信任務汽車LIN匯流排原理與應用--LIN的通信任務

LIN協議是一主多從結構，通信只能由主節點中的主任務發起，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的，主任務發送“報頭”，從任務發送或接收“回應”。

汽車LIN匯流排原理與應用--LIN的通信任務LIN通信：在匯流排上發送的資訊，有長度可選的固定格式。每個報文幀都包括2、4或8個位元組的數據以及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，數據可以被主機控制單元發送到任何從機控制單元。相應的主機報文ID可以觸發從機－從機通信。汽車LIN匯流排原理與應用--報文幀類型（二）報文幀類型：有6種類型無條件幀：攜帶數據資訊；事件觸發幀：處理偶發的事件；偶發幀：保證在調度表確定性的條件下為系統動態行為的靈活性而設定的。上述3中幀的報文識別字的範圍為0~59（0x3b）診斷幀（命令幀、應答幀）：攜帶8個位元組的診斷資訊或組態資訊，主節點診斷請求幀的識別字為60（0x3c），從節點診斷應答幀的識別字為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：一個主機節點發送的報文頭；一個主機或從機節點發送的回應組成。汽車LIN匯流排原理與應用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）。回應報文由1-9個位元組構成：其中2、4或8個位元組的數據場和1個校驗和場。報文幀之間有幀間間隔分隔；報文與回應之間有幀內回應空間分隔；最小幀間間隔和幀內回應空間均為0；最大長度收到報文幀的最大長度FRAME_max限制。汽車LIN匯流排原理與應用--報文結構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為數據位，先發送最低位；停止位（STOPBIST)是一個“隱性”位，標誌著位元組場的結束。汽車LIN匯流排原理與應用報文頭（HEADERFIELDS）同步間隔（synchronisationbreak)作用：標識報文的開始，由主節點發送；使得所有的從機任務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匯流排原理與應用2.3LIN的報文傳輸—報文結構報文頭（HEADERFIELDS）同步場（SYNCHFIELD）包含了時鐘的同步資訊。格式為0x55，表現為8個位定時中有5個下降沿（隱性到顯性的跳變）汽車LIN匯流排原理與應用報文頭（HEADERFIELDS）識別字場（IDENTIFIERFIELD）定義了報文的內容和長度。6個識別字位（ID0~ID5)和2個識別字奇偶校驗位（P0P1）；ID4和ID5定義了數據場的數據長度；汽車LIN匯流排原理與應用報文頭（HEADERFIELDS）識別字場（IDENTIFIERFIELD）ID4和ID5與數據長度的關係數據長度；ID5ID4數據場的數量002012104118汽車LIN匯流排原理與應用2.3LIN的報文傳輸—報文結構報文頭（HEADERFIELDS）識別字場（IDENTIFIERFIELD）奇偶校驗位P0P1:⊕異或運算汽車LIN匯流排原理與應用2.3LIN的報文傳輸—報文結構數據場（DATEFIELDS）由多個8位的位元組場組成，傳輸由LSB開始汽車LIN匯流排原理與應用2.3LIN的報文傳輸—報文結構校驗和場（CHECKSUMFIELDS）校驗和域是數據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果的最低位（LSB）。這就保證了數據字節的可靠性。所有數據字節的和的補數與校驗和位元組之加的和必須是“0xFF”。LIN報文結構—命令幀►0x3C（ID60）表示主節點請求幀（診斷幀），以便從主節點向從節點發送命令和數據。►0x3D（ID61）表示從回應幀，該幀觸發從節點向主節點發送數據。過程：識別字為0x3c一個的“主機請求幀”，主機向從機發送數據和命令；標誌符為0x3dD的“從機相應幀”觸發一個從機向主機發送數據。命令幀中的第一個數劇場為0x00~0x7F,其用法由LIN協會定義；剩下的命令幀用戶可以自行分配.LIN報文結構—睡眠模式命令匯流排有兩種狀態：睡眠模式：從主節點發送睡眠模式命令後到匯流排上出現喚醒信號結束，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：是第一個數據位元組為0x00的命令幀匯流排的睡眠模式可以通過任何節點的從任務發送一個喚醒幀來終止。8bit4bitLIN報文結構—喚醒喚醒過程某一個節點的從任務發送喚醒信號後，所有的節點都運行啟動過程並等待主機任務發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點再一次發送新的喚醒信號；上述情況最多出現3次,此後，若還沒將匯流排喚醒，則等待3個TIME_OUT時間，再發送喚起信號。8bit>=4bitLIN報文結構—用戶自定義幀►0x3E（ID62）表示用戶定義的擴展幀，後跟任意數量的數據字節。►0x3F（ID63）預留供將來使用。汽車LIN匯流排原理與應用--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。報文幀中的位元組域用位元組間空間和幀內回應空間分隔。位元組間空間和幀內回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（位元組間空間和幀內回應空間應為0）；最大的幀長度TFRAME_MAX是傳輸一個幀的最大時間。汽車LIN匯流排原理與應用--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是一個整數值。Tbit為基本位時間，與傳輸速率有關；Ndata數據場位元組的數量汽車LIN匯流排原理與應用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，即每一個從機任務對應一個傳送識別字。說明：用戶通過網路配置保證任務和識別字間的對應關係報文確認如果直到幀的末尾均沒有檢測到錯誤，則此報文對於發送器和接收器都有效。如果報文發生錯誤，則主機和從機任務都認為報文沒有發送。注意：主機任務和從機任務在發送和接收到一個錯誤報文時所採取的措施，並沒有在協議規範中定義。像主機重新發送或從機的後退操作都由用戶按照應用要求在應用層程式中來實現，這些需要用戶在應用層中說明汽車LIN匯流排原理與應用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：節點在發送時也監控匯流排，當監控到的位的值與發送的位的值不同時，則在這個位時間內檢測到一個錯誤。校驗和錯誤：所有數據字節的和的補數與校驗和之和不是“0xFF”，則檢測到校驗和錯誤。識別字奇偶錯誤所有的從機節點都能區分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：從機不回應錯誤如果任何主機任務在發送同步場和識別字後，在最大長度時間內TFRAME_MAX中沒有完成報文幀的發送，則產生一個不回應錯誤。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匯流排原理與應用2.6LIN錯誤和異常處理故障界定故障界定主要依靠主節點，使它可以處理儘量多的錯誤檢測、錯誤回復和診斷。故障界定基於系統的要求，不是LIN協議內容。主機控制單元要檢測以下錯誤狀態：主機任務發送：當回讀自己的發送時，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。主機節點的從機任務：當期望或讀取來自匯流排上的數據時，從機不回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：從機任務發送：當回讀自己的發送時，數據或校驗和場中的位錯誤被檢測。從機任務接受：當從匯流排讀取數據時，識別字奇偶錯誤和校驗和錯誤需被檢測。汽