LIN總線簡介

　　LIN（Local Interconnect Network）是一種低成本的串行通訊網絡，用于實現汽車中的分布式電子系統控制。LIN 的目標是為現有汽車網絡（例如CAN 總線）提供輔助功能，因此LIN 總線是一種輔助的總線網絡。在不需要CAN 總線的帶寬和多功能的場合，比如智能傳感器和制動裝置之間的通訊使用LIN 總線可大大節省成本。LIN 技術規范中除定義了基本協議和物理層外還定義了開發工具和應用軟件接口。LIN 通訊是基于SCI（UART）數據格式，采用單主控制器/多從設備的模式。僅使用一根12V 信號總線和一個無固定時間基準的節點同步時鐘線。這種低成本的串行通訊模式和相應的開發環境已經由LIN 協會制定成標準。LIN 的標準化將為汽車制造商以及供應商在研發應用操作系統降低成本。

　　典型的LIN 總線應用是汽車中的聯合裝配單元，如：門、方向盤、座椅、空調、照明燈、濕度傳感器，交流發電機等。對于這些成本比較敏感的單元，LIN 可以使那些機械元件如智能傳感器、制動器或光敏器件得到較廣泛的使用。這些元件可以很容易的連接到汽車網絡?? 中并得到十分方便的維護和服務。在LIN 實現的系統中通常將模擬信號量用數字信號量?? 所替換，這將使總線性能優化。在以下的汽車電子控制系統中使用LIN 來實現將得到非常完美的效果：

　　LIN節點硬件設計

　　1 LIN接口總體設計

　　LIN 節點硬件上主要包括LIN接口電路部分、控制輸入部分、顯示電路或負載驅動輸出等，其中LIN接口為節點的核心。以Microchip公司的 PIC16F87為控制器、TJA1020為LIN收發器、SA57022 為開關電源的LIN接口電路如圖1所示。SA57022電源輸出的打開與關斷由LIN收發器控制通過INH引腳控制。

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?????? 圖1 LIN接口原理圖

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　　因主機節點需為網絡中的從機節點提供時鐘基準，故在主機節點中為PIC16F87配置了外部晶振。在從機節點中，從機節點可通過主機節點發送幀頭中的同步場來校準自身波特率，故可省去外部晶振而使用PIC16F87內置的RC振蕩器。

　　2 LIN收發器應用設計

　　TJA1020 為LIN收發器，它是LIN 協議控制器和LIN傳輸媒體之間的接口，是節點的核心器件，負責收發數據時總線的波形調整和電平轉換及節點多種工作模式的實現。TJA1020按LIN物理層規范集成了片內從機端電阻，在從機節點應用中無須再外接從機端電阻，在主機節點應用中按圖1所示在其INH引腳和LIN引腳之間串接主機端電阻和二極管可提高總線的驅動能力，并在總線對地短路時使節點自動進入睡眠狀態，減少電流損耗。

　　以TJA1020為收發器構造的LIN節點具有普通、低斜率、睡眠、準備四種工作模式，以盡可能降低功耗和電磁輻射，各種模式下的節點狀態和模式間轉換如圖2所示。

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圖2 工作模式的節點狀態以及模式間的切換

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　　LIN節點軟件設計

　　1 LIN主機節點軟件設計

　　LIN主機節點行使幀處理和LIN網絡的通信管理職能，程序流程如圖3所示。

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?圖3 主機程序流程

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　　LIN規范規定，同步間隔場為至少13個連續的顯性位（低電平）。LIN 通信基于通用UART/SCI接口，字節傳送使用8N1編碼，無法直接產生這樣一個顯性序列。

　　總線的正常通信波特率為9.6k,從機節點始終以此波特率工作，主機節點在需要發送同步間隔場時將波特率降低到4.8k,并發送0x00,則工作于9.6k 波特率的從機節點將檢測到18個連續的顯性位，從而判斷一個新報文幀的到來。主機節點在發送完同步間隔場后將波特率恢復到9.6k.

　　2 LIN從機節點軟件設計

　　LIN從機節點的職能可概括為幀頭檢測與接收和幀處理這兩部分。在每個報文幀的幀頭中由配置晶體振蕩器的主機節點通過同步場給從機節點提供波特率基準，從機節點通過測量同步場來校準自身波特率，以保證在報文傳輸中各節點之間的同步。

　　同步場邏輯值為0x55,波形如圖4所示。從機節點通過測量同步場中第1和第5個下降沿之間的時間間隔來計算校準自身波特率。

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圖4 同步場波形圖

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　　設主機節點和從機節點的串行口均工作于方式1（8位UART,波特率可變），主機節點波特率為B,從機節點以定時器測量同步場第1和第5個下降沿得到的計數個數為C,從機節點振蕩器當前頻率為fs,得到式（1）。

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　　設從機節點計數器1作為波特率發生器工作于常數自動重新裝入的8位定時器/計數器方式，得到式（2）。

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　　使從機節點與主機節點同步，則令：

　　Bs=B

　　由式（1）~式（3）可得到式（4）。

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　　從機節點以由式（4）計算得到的N值作計數器1產生波特率的重新裝入值，可產生與主機節點一致的波特率。

　　節點制作與實驗

　　利用該設計制作LIN節點構建LIN網絡，對其進行了通信試驗和初步的抗干擾試驗。由于報文幀頭和報文幀響應均由主機節點發送，報文幀幀頭和報文幀響應間的幀間響應間隔較小。

　　當LIN從機節點在LIN主機節點的引導下相互傳送指令或信息時，LIN網絡上進行從機節點到從機節點的數據傳輸，此時LIN主機節點發送報文幀幀頭，一個LIN從機節點發送報文幀響應，另一個或幾個LIN從機節點接收報文幀響應。由于這種報文幀傳送需要3個甚至3個以上節點參與，故預留了較長的幀間間隔，以便報文幀響應的發送節點和接收節點有充足的響應時間，確保報文幀傳送的順利完成。

　　當LIN主機節點向某從機節點請求數據時，LIN總線上進行從機節點到主機節點的數據傳輸，此時LIN主機節點發送報文幀頭， LIN從機節點接收報文幀幀頭后發送報文幀響應， LIN主機節點接收報文幀響應。

　　汽車電磁環境惡劣，因此汽車通信系統的抗干擾能力尤為重要，按該設計制作的LIN網絡在BZ-5型汽車電火花干擾試驗臺上進行了抗干擾實驗，試驗中網絡通信順利，各項功能正常。

　　結束語

　　對總線式車身控制系統中的CAN/LIN混合網絡進行深入研究，給出車身混合網絡結構中主控節點設計與實現。在車身控制系統中，將LIN總線連入低速車身系統中，通過主控節點將CAN總線和LIN總線構建成混合控制網絡，使其控制系統兼具可靠性、高性能和低成本優點。在器件選型上采用FREESCALE典型汽車電子芯片和智能觸點檢測模塊，既實現了可靠網絡控制功能，同時也降低汽車的開發、生產成本，具有較高實用性。