LIN总线技术及其应用研究

摘要：本地互联网络LIN总线是一种结构简单、配置灵活的新型串行通信网络。主要用于实现汽车内部诸多电子控制单元之间的通信,为目前在汽车行业内广泛使用的现场总线提供辅助功能，即作为子网络。本文认为在一些对通信速率要求不高的工业及家用电器领域完全可以使用并推广该总线技术。

关键词：LIN总线；串行通讯；主从节点；工业应用

引言

　　LIN 本地互联网络是一种将开关、显示器、传感器及执行器等简单控制设备连接起来的串行通信网络，主要用于实现汽车中的分布式电子系统控制。因其主要目标是为汽车网络(如CAN总线)提供辅助功能，因此通常作为子网络，用于一些不需要诸如CAN总线的带宽和多功能的场合，比如智能传感器和制动装置之间的通信。使用LIN总线可大大节省成本，该低成本的串行通信模式和相应的开发环境已经由LIN协会制定成标准，为汽车制造商以及供应商在研发、应用电子产品方面降低成本。但是，LIN的应用并不局限于汽车领域，在诸如工业控制领域也理所应当占有广阔的应用地位和前景。

　　LIN 总线的技术特点包括：⑴单主机，多从机结构(没有总线仲裁)；⑵基于普通UART/ SCI 接口的低成本硬件、低成本软件或作为纯状态机；⑶带时间同步的多点广播接收，从节点无需石英或陶瓷振荡器；⑷确定性的信号传输；⑸低成本的单线实现；⑹速率可达20 kbit/s；⑺总线长度≤40m；⑻保证信号传输的延迟时间；⑼可选的数据场长度0~8bytes；⑽灵活性的配置；⑾数据校验和的安全性和错误检测；⑿网络中故障节点的检测；⒀使用最小成本的半导体元件(小尺寸,单芯片系统)；⒁不需改变LIN从节点的硬件和软件即可在网络上增加节点；⒂ 通常一个LIN 网络节点数小于16 个。

LIN2.0总线技术

　　LIN2.0版本反映了LIN协会的定义趋势，通过比较LIN1.3和LIN2.0规范，可看到最重大的两个变化是对于配置和诊断的标准化支持，以及指定节点能力文件，这都是为了要简化现有节点的使用。LIN工作原理是基于单主/多从概念。在一个LIN簇中，由一个主节点以及数个从节点构成。主节点由主机任务和从机任务组成。而所有其他的节点只包含从机任务。图1所示为典型的LIN簇，即一个主节点，两个从节点。主机任务决定何时以及传送哪一帧，而从机任务则传送帧数据。
　
图1单主多从原理图

　　LIN2.0报文帧由帧头和帧响应组成，其中帧头由主机任务传送，帧响应由从机任务传送。每个报文帧都包含2、4、8字节的数据。报文帧的结构由一个同步间隔域(Break)以及随后的4至11个字节域(byte field)构成，如图2所示。
　
图2 LIN报文帧结构及字节域结构

表1 LIN总线和CAN总线性能比较

同步间隔域

　　同步间隔域可看作是一中断，用来表示一个新报文帧的开始，由主节点中的主机任务在LIN总线上产生至少13位显性状态，其中包含起始位和同步界定符。

　　·同步域：其格式为0x55，表现为8个位定时中有5个下降沿。

　　·保护识别符：用于描述报文数据的含义，一个保护识别符域由两个子域组成：其中第0位到第5位是识别符位，第6和第7位是奇偶校验位。识别符共6位，取值范围为0至63。识别符可分为4类：
　　　　
　　0到59(0x3b)用于信号传输的报文帧；

　　60(0x3c)和61(0x3d)用于传送诊断数据；

　　62(0x3e)为留给用户的扩展帧；
　
　　63(0x3f)为保留用于以后协议增订使用。

　　·数据域：一个报文帧可以“携带”0到8字节的数据。

　　·校验和：校验和等于数据域所有字节的和的取反。对于只计算数据域所有字节的校验和，称为传统校验和。如果校验和要将保护识别符和数据域所有字节一起计算，则称为增强性校验和。

表1  LIN总线和CAN总线性能比较
　
　　由表1可见，LIN总线的整体性能要比CAN差很多，但LIN总线较CAN总线的最大优势在于实现成本比较低，由于LIN面向的是并不需要CAN的性能、带宽及复杂性的低端系统，因此在这些场合中LIN有较为广泛的应用。
　
图3  UJA1023配置流程图