以下是基于瑞薩LIN入門手冊(cè)的簡要概述

一 LIN 是什么

LIN 是 Local Interconnect Network 的縮寫，是基于 UART/SCI(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter / Serial Communication Interface，通用異步收發(fā)器/串行通信接口)的低成本串行通信協(xié)議。可用于汽車、家電、辦公設(shè)備等多種領(lǐng)域。本文主要針對(duì) LIN 在分布式的汽車電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的應(yīng)用。
1996 年，Volvo和Volcano通訊(VCT)為Volvo S80 系列開發(fā)了一種基于UART/SCI的協(xié)議，即Volcano Lite。1997 年，Motorola與Volvo和VCT合作，幫助它們改進(jìn)Volcano Lite協(xié)議以滿足各種不同需求(比如無需晶振的從機(jī)設(shè)備自動(dòng)同步)，并制定可以支持各種半導(dǎo)體產(chǎn)品的開放標(biāo)準(zhǔn)。1998 年 12 月，Audi、BMW、Daimler Chrysler和Volkswagen也加入進(jìn)來，由此形成了LIN協(xié)會(huì)(http://www.lin-subbus.org)。開發(fā)LIN標(biāo)準(zhǔn)的目的在于適應(yīng)分層次車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)在低端(速度和可靠性要求不高、低成本的場(chǎng)合)的需求。

LIN 的特點(diǎn)

LIN 具有以下特點(diǎn)：
(1) 網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)主機(jī)節(jié)點(diǎn)和多個(gè)從機(jī)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。
(2) 使用 LIN 可以大幅度的削減成本，表現(xiàn)在以下方面：
● 開放型規(guī)范：規(guī)范可以免費(fèi)從官方網(wǎng)站獲得。
● 硬件成本削減：基于普通 UART/SCI 接口的低成本硬件實(shí)現(xiàn)，無需單獨(dú)的硬件模塊支持；從機(jī)節(jié)點(diǎn)無需
高精度時(shí)鐘就可以完成自同步；總線為一根單線電纜。
● 裝配成本削減：LIN 采用了工作流(Work Flow)和現(xiàn)成節(jié)點(diǎn)(Off-the-shelf Node)的概念，將網(wǎng)絡(luò)裝配標(biāo)準(zhǔn)
化，并可通過 LIN 傳輸層進(jìn)行再配置。
● 縮短軟件開發(fā)周期：LIN 協(xié)議將 API(Application Programming Interface，應(yīng)用編程接口)標(biāo)準(zhǔn)化。
(3) 信號(hào)傳輸具有確定性，傳播時(shí)間可以提前計(jì)算出。
(4) LIN 具有可預(yù)測(cè)的 EMC(ElectroMagnetic Compatibility，電磁兼容性)性能。為了限制
EMI(ElectroMagnetic Interference，電磁干擾)強(qiáng)度，LIN 協(xié)議規(guī)定最大位速率為 20kbps。
(5) LIN 提供信號(hào)處理、配置、識(shí)別和診斷四項(xiàng)功能。

LIN 的協(xié)議層

LIN 的幀結(jié)構(gòu)

幀(Frame)包含幀頭(Header)和應(yīng)答(Response)兩部分。主機(jī)任務(wù)負(fù)責(zé)發(fā)送幀頭；從機(jī)任務(wù)接收幀頭并對(duì)幀頭所包含信息進(jìn)行解析，然后決定是發(fā)送應(yīng)答，還是接收應(yīng)答，還是不作任何反應(yīng)。幀在總線上的傳輸如圖 3.1所示。

幀頭包括同步間隔段、同步段以及PID(Protected Identifier，受保護(hù)ID)段，應(yīng)答包括數(shù)據(jù)段和校驗(yàn)和段，如圖 3.2 所示，其中值“0”為顯性電平(Dominant)，值“1”為隱性電平(Recessive)，總線上實(shí)行“線-與”：當(dāng)總線上有大于等于一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送顯性電平時(shí)，總線呈顯性電平；所有的節(jié)點(diǎn)都發(fā)送隱性電平或不發(fā)送信息(不發(fā)送任何信息時(shí)總線默認(rèn)呈隱性電平)時(shí)，總線才呈現(xiàn)隱性電平，即顯性電平起主導(dǎo)作用。圖中幀間隔為幀之間的間隔；應(yīng)答間隔為幀頭和應(yīng)答之間的間隔；字節(jié)間間隔包括同步段和受保護(hù)ID段之間的間隔、數(shù)據(jù)段各字節(jié)間之間的間隔以及數(shù)據(jù)段最后一個(gè)字節(jié)和校驗(yàn)和段之間的間隔。下面對(duì)幀頭和應(yīng)答的各部分進(jìn)行詳細(xì)說明。

幀的類型

無條件幀(Unconditional Frame)

無條件幀是具有單一發(fā)布節(jié)點(diǎn)，無論信號(hào)是否發(fā)生變化，幀頭都被無條件應(yīng)答的幀。

事件觸發(fā)幀(Event Triggered Frame)

事件觸發(fā)幀是主機(jī)節(jié)點(diǎn)在一個(gè)幀時(shí)隙中查詢各從機(jī)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)是否發(fā)生變化時(shí)使用的幀，當(dāng)存在多個(gè)發(fā)布節(jié)點(diǎn)時(shí)，通過沖突解決進(jìn)度表來解決沖突。
當(dāng)從機(jī)節(jié)點(diǎn)信號(hào)發(fā)生變化的頻率較低時(shí)，主機(jī)任務(wù)一次次地輪詢各個(gè)信號(hào)會(huì)占用一定的帶寬。為了減小帶寬的占用，引入了事件觸發(fā)幀的概念。

偶發(fā)幀(Sporadic Frame)

偶發(fā)幀是主機(jī)節(jié)點(diǎn)在同一幀時(shí)隙中當(dāng)自身信號(hào)發(fā)生變化時(shí)向總線啟動(dòng)發(fā)送的幀。當(dāng)存在多個(gè)關(guān)聯(lián)的應(yīng)答信號(hào)變化時(shí)，通過事先設(shè)定的優(yōu)先級(jí)來仲裁。

診斷幀(Diagnostic Frame)

診斷幀包括主機(jī)請(qǐng)求幀和從機(jī)應(yīng)答幀，主要用于配置、識(shí)別和診斷用。主機(jī)請(qǐng)求幀(Master Request Frame，MRF)，幀 ID = 0x3C，應(yīng)答部分的發(fā)布節(jié)點(diǎn)為主機(jī)節(jié)點(diǎn)；從機(jī)應(yīng)答幀(Slave Response Frame，SRF)，幀 ID = 0x3D，應(yīng)答部分的發(fā)布節(jié)點(diǎn)為從機(jī)節(jié)點(diǎn)。數(shù)據(jù)段規(guī)定為 8 個(gè)字節(jié)，一律采用標(biāo)準(zhǔn)型校驗(yàn)和。

保留幀(Reserved Frame)

保留幀的幀 ID 為 0x3E 和 0x3F，為將來擴(kuò)展用。

信號(hào)處理、配置、識(shí)別和診斷

傳輸層

傳輸層的任務(wù)單一，就是充當(dāng)一個(gè)“翻譯官”，把來自診斷服務(wù)的消息(Message)“翻譯”成協(xié)議層可以處理的PDU (Packet Data Unit，分組數(shù)據(jù)單元)，或者反過來，把協(xié)議層收到的 PDU“翻譯”成診斷服務(wù)需要的消息。消息到 PDU 的轉(zhuǎn)換過程稱為拆分(Packing)，PDU 到消息的轉(zhuǎn)換過程稱為重組(Unpacking)。PDU 對(duì)應(yīng)著幀結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)段，并通過診斷幀發(fā)送或接收。

PDU 結(jié)構(gòu)

為滿足汽車行業(yè)的要求，LIN 傳輸層 PDU 的格式與 ISO 制定的基于 CAN 網(wǎng)絡(luò)的診斷標(biāo)準(zhǔn)(參照參考資料[9])非常相似(是 ISO 標(biāo)準(zhǔn)的子集)。這種兼容性大大減少了在 CAN 和 LIN 之間轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式的工作量，降低了對(duì)節(jié)點(diǎn)計(jì)算能力的要求。
從發(fā)送格式上，PDU 單元可分為單幀(Single Frame，SF)、首幀(First Frame，FF)和續(xù)幀(Consecutive Frames，CF)三種。從發(fā)送源上，主機(jī)發(fā)送請(qǐng)求 PDU，從機(jī)發(fā)送應(yīng)答 PDU。

傳輸層通信

應(yīng)用層發(fā)出的消息如果長度不超過單幀的容量，傳輸層會(huì)按單幀的格式交給協(xié)議層發(fā)送。傳輸層收到的單幀也會(huì)直接作為消息送往應(yīng)用層；如果消息長度超過單幀的容量，傳輸層先要把消息拆分成首幀和續(xù)幀并排好次序，然后再交給協(xié)議層依次發(fā)送。反過來，協(xié)議層收到的首幀和續(xù)幀，傳輸層先要按照接收次序?qū)⑵渲亟M為消息，最后交給應(yīng)用層處理。
LIN 傳輸層只能按順序接收續(xù)幀。
LIN 傳輸層具備出錯(cuò)重傳功能。

LIN 應(yīng)用層

概述

LIN 應(yīng)用層提供信號(hào)處理、配置、識(shí)別和診斷四項(xiàng)功能。配置、識(shí)別和診斷功能又包含若干項(xiàng)目，稱為服務(wù)(Service)。為了區(qū)別，每項(xiàng)服務(wù)都有固定、唯一的服務(wù)代號(hào)(Service ID，SID)。

① 信號(hào)通過信號(hào)攜帶幀通信
② 配置服務(wù)通過傳輸層，以單幀的形式通信
③ 識(shí)別服務(wù)通過傳輸層，以單幀的形式通信
④ 基于信號(hào)的診斷服務(wù)
⑤ 診斷傳輸層，通過傳輸層通信，需要使用復(fù)幀的形式通信
⑥ 用戶自定義的診斷
為便于理解本圖，后文對(duì)每項(xiàng)功能都分別進(jìn)行了詳細(xì)描述并提出了工作模型的概念。LIN 應(yīng)用層的配置、識(shí)別和診斷都是針對(duì)邏輯節(jié)點(diǎn)(Logical Node)的。邏輯節(jié)點(diǎn)是能夠?qū)碜灾鳈C(jī)節(jié)點(diǎn)和/或診斷設(shè)備的服務(wù)請(qǐng)求作出響應(yīng)的功能實(shí)體。為了區(qū)別不同的邏輯節(jié)點(diǎn)，LIN 定義了 NAD(Node Address for Diagnose，診斷地址)。第 1 章介紹了物理節(jié)點(diǎn)(Physical Node)、從機(jī)任務(wù)和接口(Interface)的概念。對(duì)于一個(gè)物理節(jié)點(diǎn)來說，從機(jī)任務(wù)和接口對(duì)應(yīng)著實(shí)現(xiàn)幀收發(fā)的軟件和硬件實(shí)體，而邏輯節(jié)點(diǎn)則代表了配置、識(shí)別和診斷方面的能力。物理節(jié)點(diǎn)、從機(jī)任務(wù)以及接口是一一對(duì)應(yīng)的，但是物理節(jié)點(diǎn)可以包括 1 個(gè)或者多個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)。

信號(hào)處理功能

信號(hào)處理功能是指應(yīng)用層可以不經(jīng)過傳輸層，直接從協(xié)議層獲取或修改網(wǎng)絡(luò)中的信號(hào)。這些信號(hào)由NCF(Node Capability File，節(jié)點(diǎn)性能文件)定義，既可以是工作參數(shù)(例如溫度、壓力的測(cè)量值、繼電器的開合狀態(tài)等)，也可以是狀態(tài)標(biāo)志(例如某信號(hào)攜帶幀的收發(fā)狀態(tài))。

配置功能

LIN 規(guī)范規(guī)定，每個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)都應(yīng)該有 NAD。在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行期間，任意兩個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)的 NAD 都必須不同，否則就會(huì)產(chǎn)生沖突。此外，每個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)都要能處理帶有某些 PID 的幀。由此可見，NAD 和 PID 分別與邏輯節(jié)點(diǎn)建立了一種映射關(guān)系，LIN 規(guī)范把 NAD 和 PID 的這樣一種組合稱為邏輯節(jié)點(diǎn)的配置項(xiàng)(Configuration)。一個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)可以有一個(gè)以上的配置項(xiàng)，但在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行期間，每個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)只能有一個(gè)配置項(xiàng)有效。
配置功能是指 LIN 的主機(jī)節(jié)點(diǎn)能自動(dòng)地給所有邏輯節(jié)點(diǎn)選擇配置項(xiàng)，消除 NAD 和 PID 分配中存在的沖突，使網(wǎng)絡(luò)正常工作。配置功能是確保各節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)運(yùn)作的內(nèi)部功能，包含分配 NAD、分配 PID 等服務(wù)。配置功能通過傳輸層完成配置服務(wù)。

識(shí)別功能

識(shí)別功能是指主機(jī)節(jié)點(diǎn)能夠獲取邏輯節(jié)點(diǎn)的信息，例如產(chǎn)品代號(hào)等。借助識(shí)別功能，主機(jī)節(jié)點(diǎn)和邏輯節(jié)點(diǎn)還可以實(shí)現(xiàn)一些自定義的操作。

診斷功能

診斷功能是指 LIN 網(wǎng)絡(luò)之外的診斷設(shè)備可以直接連接 LIN 的主機(jī)節(jié)點(diǎn)，或者通過外部的其它網(wǎng)絡(luò)(例如ISO11898 定義的 CAN 網(wǎng)絡(luò)，參照參考資料[8])連接主機(jī)節(jié)點(diǎn)，連接后，診斷設(shè)備可以按規(guī)定的診斷協(xié)議(例如ISO15765 規(guī)范，參照參考資料[9])與 LIN 的邏輯節(jié)點(diǎn)通訊。與配置功能相比，診斷功能是 LIN 網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)整體對(duì)外呈現(xiàn)的可配置、可訪問的屬性。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的LIN 通信概述的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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