面向未来汽车应用的LIN总线系统

    传统的汽车电气系统设计利用一捆电缆来连接车灯、电动机、电磁阀、加热器、空调等设备。现在，车辆中电子器件的数量急剧增加，汽车的电气系统变得越来越复杂。一些统计数据显示，汽车中电子器件所占的比例将达到40%到50%。因此，汽车中电缆的数量会越来越多，电缆的重量也越来越大。此外，汽车的电接线变得越来越复杂，这给汽车制造商和汽车维修厂的装配工作造成更多的麻烦。 

    在十几年前，博世公司为汽车应用引入了CAN总线系统，其目的是将本地网络的概念应用到汽车系统内，就像办公室和家中的LAN网络一样。然而，CAN针对高达1Mbps的高速数据传输设计，对于普通的汽车应用来说，CAN模块的成本比较高，它更适合于引擎ECU和ABS的互连。 

    在1999年引入了针对汽车应用的LIN 1.0(本地互连网络)总线系统，它的目标是低成本应用，如电动门、电动窗、侧镜、雨刮器、座椅安全带报警、外部照明等。LIN总线的传输速度最大为20kbps，而且它在单通道总线环路中最多能支持16个节点，总线电缆的长度最多可以扩展到40米。

图1：LIN总线API到物理层的结构

    随着LIN总线系统在汽车行业的普及应用，电子控制器件将会采用模块的形式，可以方便地插入到LIN总线网络，并与位于仪表板或驾驶室附近的主控制器单元连接在一起。

LIN总线 

    LIN是一种低成本的汽车网络，它是现有的汽车多元网络的补充。 

    LIN总线的主要特征是：一个主节点、多个从节点的概念；低成本：基于普通UART/SCI接口硬件、相同的软件或作为纯状态机；自同步：在从节点中不用晶体振荡器或陶瓷振荡器时钟；确定性信号传输：信号传播时间预先可计算；低成本单线实现连接；速度高达20kbps；基于应用交互作用的信号。 

LIN总线的结构 

    使用一个帧收发器连接LIN簇与物理总线，所有的应用不直接访问这些帧，在帧和应用之间加入了基于信号的交互作用层(interaction level)。此外，在应用和帧处理程序层之间存在诊断接口和信号交互作用层。 

    LIN系统由一个主节点和多个从节点(最多16个节点)构成。主任务发送的帧由一个报头和不同从任务的一个响应消息构成。图2所示为由不同从任务响应的主任务报头。

图2：主节点和从节点的工作过程

    图3所示为LIN帧的结构，该帧由一个间隔(break)字段后跟4到11个字节的字段构成。每一个字节字段都以串行字节方式发送，起始字节的第一位编码为“0”，而终止位编码为“1”。

图3：LIN帧结构

Melexis LIN总线解决方案 

    Melexis是一家汽车半导体制造商，Melexis从1989起开始提供混合信号IC解决方案。Melexis专注于低成本的LIN总线汽车市场，在他们的集成LIN控制器中有4位MCU (MLX80103)和16位MCU，该控制器针对特定应用融合了数字IC(CPU)及模拟IC。图4所示为运行在Melexis新型MLX16控制器上的LIN协议的实例。

图4：低成本单封装集成LIN总线解决方案的结构

    MLX16具有双CPU，分别是运行协议处理程序的4位MCU MLX4和运行应用软件的16位MCU MLX16。Melexis正在为基于MLX4的LIN从节点开发一种可被用于每一个MLX4产品的LIN软件套件，让客户可以专注于应用软件的开发。 [page]

    新型的、具有16位CPU的集成LIN控制器MLX81xxx，可用于在两芯片之间交换实时信息的内部高速通信接口。该应用可以很方便地用来扩展从模块的I/O能力。图5所示为两个具有高速通信接口的MLX81xxx的连接图。

图5：Melexis的LIN软件处理MLX4中的LIN协议

    Melexis除了提供集成LIN控制器解决方案，还为CAN总线、LIN总线、K总线和GM-LAN提供一些收发器。LIN收发器系列包括TH8080和TH8082，系统基础IC包括TH8062和TH8065。TH8065是新推出的LIN总线收发器，它包含LIN收发器(支持2.0和J2602)、电压调整器、模拟看门狗、复位输出和可编程POR定时器。 

    设计工程师易于采用TH8065与微控制器构成一个LIN控制模块。典型的TH8065电路与MCU的接口如图6所示。

图6：TH8065电路与MCU的接口示意图

典型的LIN总线系统应用 

    我们利用LIN主节点和若干LIN从节点构建了一套LIN总线系统演示板。LIN主节点采用一个USB接口，把它连接到PC上的专用软件，就可以作为用户控制LIN系统的控制平台。 

    USB-LIN主节点采用了一个16位微控制器MS9S12C32和一个USB驱动器CY7C64215。在另一侧，MC33399用做LIN接口来连接在LIN总线上的从节点。MS9S12C32还具有连接到CAN网络的CAN总线接口。 

    从系统有5个LIN从模块，每一个模块都采用Melexis的集成LIN总线控制器TH8100作为LIN和控制接口。TH8100具有一个双任务CPU和LIN物理层接口，是专门为LIN总线应用设计的。用户可以利用标准的Melexis LIN API软件与LIN主节点通信，并驱动输入和输出应用。对于不同的功能模块，TH8100连接到不同的I/O接口：直流电动机控制连接到MLX10402(三相无刷直流电机控制器)，BLDC电动机控制连接到MLX90401，功率LED驱动器控制则连接到MLX10801。 

    图7所示为LIN主控制器和Melexis从控制器的实际应用。

图7：用于LIN主控制器和Melexis从控制器的LIN模块

    从控制器设计用于下面的各种应用：头灯位置控制、侧镜、具有防倾斜(anti-pitch)功能的电动窗、雨刮器系统、外部车灯、座椅位置和加热器控制、TPMS接收机、空调机。

本文小结 

    随着LIN2.0标准的改进，人们为市场开发了成本更低且性能更高的LIN总线控制器，我们预期LIN总线将在汽车中获得更为广泛的应用。在欧洲，有统计显示，LIN总线在新车应用中已经占有70%的份额。