LIN网络技术与汽车电子控制

LIN(Local Interconnect Network)是由汽车厂商专门为汽车开发的一种低成本串行通信网络，用于实现汽车中的分布式电子系统控制。其主要目的是为现有汽车网络CAN(Control Area Network)提供辅助功能，目标用于低端系统，无需CAN的性能、带宽以及复杂性。可以说LIN是一种辅助的总线网络。在不需要CAN 总线的带宽和多功能的场合，诸如智能传感器和制动装置之间的通信，使用LIN总线可大大降低成本。LIN的标准化简化了现存的多种多点解决方案，且可以降低在汽车电子领域中的开发、生产、服务和后勤成本。LIN也因此在汽车及其它工业领域的分布式控制中得到广泛应用。 

LIN总线 

在LIN技术规范中，除定义了基本协议和物理层外，还定义了开发
工具和应用软件接口。LIN通讯基于SCI(UART)数据格式，采用单主控制器，多从设备的模式。仅使用一根12V信号总线，和一个无固定时间基准的节点同步时钟线。这种低成本的串行通信模式和相应的开发环境目前已由LIN协会制定成标准。 

LIN网络的特性 

LIN总线主要特性如下： 

LIN的通信规则 

一个LIN网络通常由一个主节点、一个或多个从节点组成。所有节点都有一个从通讯任务，该通信任务分为发送任务和接收任务。主节点除此之外还有一个主发送任务。一个LIN网络上的通讯总是由主发送任务所发起的。主控制器发送一个起始报文，该起始报文由同步断点、同步字、消息标志符所组成。相应的，在接收并且滤除消息标志符后，一个从任务被激活并且开始消息的应答传输。该应答由2/4/8个数据字节和一个校验码所组成。起始报文和应答部分构成一个完整的报文帧。通常由报文标志符指示该报文的组成。这种通讯规则可以用多种方式来交换数据，可以由主节点到一个或多个从节点，也可以由一个从节点到主节点或其它的从节点。通信信号可以在从节点之间传播，而不经过主节点，或者主节点广播消息到网络中的所有节点，报文帧的时序受主控制器控制。图1为LIN的网络结构和报文组成示意图。 



图1 LIN通讯概念 

LIN的报文帧结构 

报文传输是由报文帧的格式形成和控制的，报文帧由主机任务向从机任务传送同步和标识符信息，并将一个从机任务的信息传送到所有的其它从机任务。主机任务位于主机节点内部，负责报文的进度表，发送报文头。从机任务位于所有的(即主机或从机)节点间，其中一个(主机节点或从机节点)发送报文的响应。报文帧结构如图2所示，一个报文帧由一个主机节点发送的报文头和一个主机或从机节点发送的响应组成。报文帧的报文头包括一个同步间隔场、一个同步场和一个标识符场。报文帧的响应则由3个到9个字节场组成：2、4或8字节数据场和1个校验和场。 



图2 LIN报文帧 

LIN网络在汽车电子控制解决方案中的应用 

在汽车电子控制单元的设计中应该首先考虑的是安全问题，所以对于那些关键控制部分如：汽车发动机、自动变速箱、刹车装置、安全气囊等单元应该采用分散式控制；而对于那些与安全无关的单元比如：汽车的门窗、方向盘、座椅、空调、照明、湿度传感器、交流发电机控制单元等，出于成本的考虑可以采用CAN与LIN混合的集中控制方式。对于这些成本比较敏感的单元，LIN可以使那些机械元件，如智能传感器、制动器或光敏器件得到较广泛的应用。这些器件可以很容易地连接到汽车网络中，并得到十分方便的维护和服务。在LIN实现的系统中，通常将模拟信号量用数字信号量所替换，这将使总线性能得到优化。图3是 LIN在汽车车身控制网络解决方案中的应用。



图3 LIN在汽车网络全套解决方案中应用 

图中CAN总线连接了传动装置控制单元、灯控单元、门控单元、座椅控制单元以及仪表系控制单元等。而LIN总线构成的LIN网络作为CAN网络的辅助网络，连接了车门窗控制单元、雨刷控制单元、天线控制单元等低速设备。可以看出，作为CAN网络的辅助网络，目标应用主要在低端系统，不需要CAN的性能、带宽及复杂性。与CAN相比使系统成本更低。 

尽管LIN最初的设计目的是应用于汽车电子控制系统，由于其特有的性能，LIN也正广泛应用于工业化传感器总线、民用消费电子产品中。 

LIN总线与MCU的接口设计 

一般的微控制器MCU (Microcontroller Unit)的LIN总线是通过其SCI 串行通讯接口经过一个LIN总线接口芯片来实现的。MC33399就是Motorola公司专为汽车辅助总线LIN的应用而设计的物理层器件，它适应于LIN的规范，它的内部结构可参见图4，MC33399的主要特性如下：通信速率从1kB/S"20kB/S；正常工作电压8"18VDC；有正常与睡眠两种工作模式，无源节点不会打扰网络，非常低的睡眠待机电流，与MCU的接口可控制外部电压调节器，LIN BUS极限电压完全同LIN协议特性参数兼容，它可从LIN总线、MCU命令和高压唤醒输入被唤醒，内部有上拉电阻，较高的电磁兼容免疫性能。总线回转率控制根据LIN协议规范(推荐值为2V。US)。如果采用MC33399 LIN总线物理接口电路实现微处理器MCU的LIN总线接口设计，那么它们在车辆控制之中的接口设计如图-4所示。MC33399的RXD和TXD分别与MCU的SCI连接，其使能端EN与MCU的任意一个I/O线连接并受MCU的控制。VSUP接电瓶正极，WAKE受一个外部开关控制，INH控制MCU的电源调节器。LIN端搭接LIN sub bus辅助总线。 


图4 LIN接口芯片MC33993与MCU的典型接口方式 

结语 

LIN 是一个值得投资的总线通信，它不要求有CAN 的带宽和多功能性。线驱动器接收器的规范遵从ISO 9141 标准， 而且EMI 性能有所提高。目前由汽车厂商和半导体厂商共同组成的团体FlexRay Consortium，正致力于为未来的汽车开发更高速的、具有容错性的、支持分布式控制系统的总线“X-by-Wire”，X-by-Wire的通信速率将达到10M。届时，X-by-Wire将配合CAN、LIN一起组成整个汽车的通信控制网络。