LIN总线技术详解

概述

LIN（Local Interconnect Network）总线是一种基于UART/SCI（通用异步收发器/串行接口）的低成本串行通信协议。它主要用于汽车车身网络中的低端通信，特别是在智能传感器和执行器之间，这些应用场景不需要像CAN总线那样高的带宽和复杂的功能。

CAN与LIN总线的区别

在汽车网络中，LIN网络通常不单独使用，而是与上层的CAN网络结合，形成CAN-LIN网关节点，以实现更高效的网络架构。

LIN总线的主从架构

LIN总线采用单线传输，支持单主机多从机的架构，工作电压一般为12V，最大传输速率为20kbps。一个LIN网络最多可以连接16个节点。总线任务包括调度帧的传输顺序、监测数据、处理错误、提供标准时钟参考以及响应从机节点的唤醒命令。

从机节点不能主动发送数据，必须在接收到主机节点的帧头后，根据帧头信息决定是否发送应答、接收应答或忽略。

LIN总线的主要特点

LIN总线的特点包括：
1. 网络结构简单，由一个主节点和多个从节点组成。
2. 成本低廉，适合于低带宽需求的应用。
3. 传输具有确定性，传播时间可预测。
4. 具有良好的EMC（电磁兼容性）性能，最大传输速率为20kbps。
5. 支持信号配置、处理、识别和诊断功能。

LIN报文帧结构

LIN报文帧由帧头和应答两部分组成，主机负责发送帧头，从机负责接收帧头并解析，然后决定是否发送应答。帧头包括同步间隔段、同步段和PID段，应答部分包括数据段和校验和段。

同步间隔段由至少13位显性电平组成，用于标记帧的开始。同步段使用字节0x55（01010101b）进行同步，允许从机节点使用低精度时钟，并通过同步段调整时钟偏差。PID段的前6位表示帧ID，后两位为奇偶校验位。

根据帧ID的不同，LIN报文可分为信号帧、诊断帧和保留帧。

LIN总线波形分析

LIN总线通信波形

在LIN总线通信中，所有帧头均由主机节点发送。当主机节点发送数据时，整个帧由主机节点完成。当从机节点发送数据时，帧头由主机节点发送，应答部分由从机节点发送，确保所有节点都能接收到完整的报文帧。

帧类型及其应用

1. 无条件帧
无条件帧由一个固定的发布节点发送，无论信号是否变化，帧头都会被无条件应答。例如，帧ID=0x30用于从机节点向主机节点报告状态，帧ID=0x31用于主机节点向从机节点发送指令。

2. 事件触发帧
事件触发帧用于主机节点查询从机节点的信号变化。当信号变化频率较低时，使用事件触发帧可以减少带宽占用。如果多个从机节点同时变化，主机节点将通过冲突解决进度表来确定具体的从机节点。

3. 偶发帧
偶发帧用于主机节点在信号变化时发送数据。如果多个关联信号同时变化，将根据预设的优先级进行仲裁。

4. 诊断帧
诊断帧用于配置、识别和诊断，包括主机请求帧和从机应答帧。主机请求帧ID为0x3c，从机应答帧ID为0x3d，数据段固定为8字节，使用标准校验和。

5. 保留帧
保留帧ID为0x3e和0x3f，预留用于未来扩展。

进度表管理

进度表是LIN总线的调度表，定义了帧的传输顺序和时间。进度表存储在主机节点中，根据应用程序的需求进行调度。一个LIN网络可以有多个进度表，每个进度表的执行可以被中断并切换到其他进度表，例如事件触发帧的处理。

状态机实现

主机状态机

从机状态机
从机状态机负责处理帧的应答，包括同步间隔段和同步段的检查、帧处理。
从机任务状态机
帧处理任务状态机

结语

LIN总线与CAN总线是汽车网络中最重要的两种总线技术。LIN总线因其低成本和简单的架构，在车身电子控制单元（BCM）设计中广泛应用，是现代汽车电子系统的重要组成部分。