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news 2025/10/22 10:46:37

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LIN总线的简介对于传统的这种点对点的连接方式我们可以看到ECU相关的传感器和执行器是直接连接到ECU的当传感器和执行器的数量较少时这样的连接方式是能满足要求的但是随着汽车电控功能数量的不断增长带来的是传感器和执行器数量的增长大家可以想象如果采用这种连接方式会带来线束数量的增长那由于线束数量的增长带来的线束的加工导线和连接器的成本都会提升由此导致汽车成本的增加然后就是线束重量的提高导致汽车重量提高当然线束布置的空间也是一个问题同时由于线束和连接器端子数量的增加也会对汽车可靠性产生不利的影响对产生的故障进行诊断也是较为困难的除此以外当我们需要增加传感器和执行器时必须要求ECU具备相应的硬件接口那这对于一个系统的扩展是非常不利的所以我们需要新的解决方案去应对这些问题。第一种解决方案就是将传感器和执行器直接连接到ECU所处的这条CAN总线上面采用这种方案带来了新的问题首先这种方式要求传感器和执行器都得具备CAN接口包括CAN收发器CAN控制器这样会导致传感器和执行器的成本大幅度的提升同时总线上节点的数量过多也会导致总线负载的提升。第二种解决方案就是将传感器和执行器连接到另一条CAN总线上面中间的ECU可以作为网关来完成其他ECU与传感器和执行器之间的数据交互这样呢虽然上面这条看CAN总线的负载率不受影响但还是无法解决CAN接口带来的成本问题。所以提出了一个新的解决方案在这个方案中将传感器和执行器连接的CAN总线换成了一个低成本的总线然后中间的ECU可以实现网关的功能实现这个低成本总线与CAN总线之间的数据交互采用这种方式就能够解决前面提到的一些问题这个低成本总线就是我们今天要讲到的LIN总线。采用LIN总线以后就有之前的那种点对点的连接方式切换为这种总线网络的连接方式我们可以看到传感器和执行器通过一个公用的通信介质也就是LIN总线连接到ECU这种连接方式具备以下的优点首先是成本降低然后对线束布置空间的要求和线束的重量也会降低同时由于线束和连接器数量的减少可靠性也会得到提高通过总线的连接方式故障更容易进行诊断最后系统可以进行灵活的扩展比如现在需要增加一个传感器我们可以将这个传感器挂在总线上即可不需要对ECU的硬件进行相应的更改以上就是LIN总线的简单介绍。 LIN 总线物理层 LIN总线的物理层LIN相对于CAN是一种低成本的通信总线出于成本原因与CAN相比LIN的通信线路为一根线另外LIN通信可以不需要通信控制器它的物理通信可以通过UART接口也称为SCI接口实现这种接口几乎集成在所有的微控制器中所以LIN是基于UART帧结构的通信通过下图我们可以看到真实LIN报文与UART帧的对应关系我们可以看到UART中包括八个数据位加一个起始位和一个停止位起始位是一个固定的逻辑0停止位是一个固定的逻辑1。在LIN总线中逻辑0与逻辑1和物理电平如何对应呢在 LIN 规范中规定显性位是一个逻辑0对于发送节点总线物理电平小于 20% Vsup 时即为0对于接收节点总线物理电平小于40%Vsup 时即为0隐性位是一个逻辑1对于发送节点总线物理电平大于80% Vsup 时为1对于接收节点总线物理电平大于60%Vsup时即为1以上规定了接收节点和发送节点的信号特征在数据传输过程中发送节点和接收节点还需要进行同步来保证数据传输的准确性。 LIN 通信原理及帧结构 LIN总线的通信原理以及LIN报文帧结构首先是LIN总线通信原理LIN网络采用的是主从结构在这种主从结构中有一个主节点和多个从节点主节点包含主任务和从任务从节点只包含从任务主任务根据在LIN调度表中确定的时间负责向总线发送header 也称为包头网络中的节点接收到hender后从任务负责发送response或接收response或不发送也不接收response也称为响应hander和response就组成了LIN报文。我们这里可以看一个例子来理解LIN总线的通信原理在这个例子中LIN网络有一个主节点和三个从节点在LIN的调度表中定义了LIN报文的发送时间在t0 发送header1在t1发送header2在t3 发送header3那么LAN的主节点就会按照定义好的时间去发送header主节点在t0 发送了header1接着从节点1发送response从节点三接收了response从节点2不发送也不接收接着主节点根据调度表发送了header2 header3完成一个通信循环由此我们可以看到LIN报文的发送和接收时间都是预先确定并且可以预测的。经过上面的介绍我们了解到LIN报文是由header和response组成的下面我们具体看一下LIN报文的帧结构首先是headerheader是由主节点发送的header有sync break field即同步间隔场sync field同步场和protected identifier即PID组成同步间隔场由同步间隔和间隔界定符组成同步间隔为至少持续13个位的显性位由于总线处于空闲时为隐性位并且报文中处同步间隔场外的任何其他字段均符合UART 帧格式也就不会发出大于九个位的显性位所以同步间隔可以表示1帧报文的起始间隔界定符至少包含一个隐形位同步场为固定格式数据为0x5 用于初始同步下面我们来详细看一下header中的PID。PID由六位id和p0p1 两位奇偶校验位组成由于LIN的id有六位所以它的范围为0~63在这些id中60和61及0x3 c和0x3 d用于诊断报文62和63为保留位p0和p1是奇偶校验位p0 是id0id1id2id4 进行异或运算的结果p1是id1id3id4id5进行异或运算后取非的结果由此我们可以看出id与pid是有一个确定的对应关系的。 LIN总线的调度机制和报文类型 LIN 报文的传输时间LIN 报文由header和response组成header包括同步间隔场同步场和PID场同步间隔场至少包括13个显性位和1个隐性位所以它的最小长度为14个位同步场和PID场均符合Uart帧格式因此长度均为十位由此可以计算出header的额定传输时间为34个v时间。response包括数据场和校验场数据厂长度为18个字节即1080个位校验场为10个位由此也可以计算出response的额定传输时间header和response的传输时间相加就可以计算出一帧令报文传输时间的额定值。在实际使用中比如当一些节点使用的LIN芯片性能较低时处理数据较慢可能无法立即执行任务所以在报文传输时间中包含时间余量时间余量有两种类型第一种类型是internet space及字节间隔位于同步间隔场和同步场之间以及每两个相邻的Uart帧之间第二种类型是response space及响应间隔位于header和response之间对于1帧LIN报文时间余量最大为额定传输时间的40%由此可以计算出1帧LIN报文最大传输时间为1.4倍的额定传输时间。在LIN总线中调度表除了规定总线上报文的传输次序外还规定了各个报文的帧时系digitter为报文同步间隔的下降沿与帧时系起始时刻相差的时间以此保证有足够的时间传输LIN报文所以LIN报文的帧时系为最大传输时间加上t-jitter。特需要注意的是根据response的长度帧时系的长度也是不一样的。当然在实际的LIN调度表中帧时系并不是任意的长度LIN报文实际帧时系的长度是由mini slot的整数倍组成的mini slot与time base也就是时机是一致的时机是LIN网络中的最小时间单位用于主节点执行调度时控制定时时机一般为5ms或10ms。因此真实器的实际长度可能比传说LIN报文所需的理想时间长度更长多出的这段时间称为interframe space及帧间空间通过以上内容我们能够了解另总线的实际调度表主节点可以有多个调度表并且可以在不同的调度表间进行切换。接下来向大家介绍LIN报文类型在另一网络中有四种报文类型包括无条件帧事件触发帧偶发帧和诊断帧。第一种类型是无条件帧对于无条件帧他的id范围为0~59它的特点是一个response对应一个header另外每个header都分配有独立的帧时系这种针类型在实际应用中使用较多。第二种类型是事件触发帧事件处罚帧关联多个无条件帧当从节点信号发生变化的频率较低时主任务一次次的轮询各个信号会占用一定的带宽为了减小带宽的占用引入了事件触发针的概念。事件触发针的典型应用就是轮询四个车门的开关状态如果其中一个车门打开该车门要对询问作出应答当大于等于两个车门打开时同时应答会发生冲突此时会切换到冲突解决调度表当然与事件触发征关联的无条件帧需要满足一定的条件包括长度相同使用相同的校验模型数据场的第一个字节为该无条件真的pid关联的无条件真有不同的从节点发送并且不能与事件触发针处于同一个调度表中。第三种类型是偶发帧偶发帧的特点是一个帧时系中包含多个无条件帧主节点根据需要去进行发送这也是为了避免发生很少的时间频繁发送从而占用带宽当有多个无条件帧需要同时发送时需要根据事先规定好的优先级进行发送优先级较高的五条帧获得发送权优先级较低的要等到下一个偶发帧的header到来时才能发送由于主节点是唯一的发送节点所以主节点知道各个无条件帧的优先级这样就不会产生冲突。第四种类型是诊断帧诊断帧的id为60和61id等于60时用于诊断请求id等于61式用于诊断响应。在这里我们可以看一个例子来加深对LIN报文类型的理解在这个调度表中所有报文的类型都为无条件帧当时机为5ms时我们可以计算出调度表的循环周期为225ms 如果无条见帧5~ 8相关信号发生变化的频率较低并且满足于事件触发帧关联的条件时那么可以将其关联到一个事件处罚帧中当调度表执行到事件触发帧时主节点发送该事件触发帧的header只有关联的无条件帧的信号发生变化时才发送response如果没有任何的从节点响应那么该帧时系的其余部分将保持静默当有多个从节点响应时会切换到冲突解决调度表。类似的可以将无条件帧12~15放到同一个真实系中由此调度表的循环周期会减少为135ms可以提高通信的灵活性。状态管理状态管理的目的是检测各个节点运行过程中的错误每个从节点在其发送的某个无条件帧中应包含一个名为response error的标量信号。通过该信号向主节点报告自身的状态主节点负责接收这个信号并且执行分析LIN协议并没有标准化错误类型用户可以根据需要进行自行的制定比如位错误校验和错误无应答错误等。当然有些错误并不是针对所有的LIN报文类型比如在事件触发针中由于冲突存在的可能性会出现发送的数据与回收的数据不一致的情况这时不能认为是为错误也可能发送harder但没有response这时也不能认为是无应答错误。网络管理主要指的是网络的休眠和唤醒管理下图展示了从节点的三种状态。第一种状态是初始化状态当第一次连接电源复位或唤醒后进入此状态从节点需要进行必要的初始化然后进入运行状态初始化进程需要在100ms内完成这里的初始化是指与令相关的初始化复位和唤醒可能意味着不同的初始化。第二种状态是运行状态运行状态下可以进行LIN报文的收发在运行状态下当接收到休眠命令或总线静默4到10秒时进入总线休眠模式此时总线将持续保持隐性电平当总线处于休眠状态时主从节点都可以向总线上发送唤醒信号当接收到唤醒信号或由于内部原因唤醒后进入初始化状态。详细看一下唤醒信号LIN网络中的任意一个节点都可以发送唤醒信号来请求唤醒唤醒信号为持续250微秒到5ms的显性电平并在总线信号返回隐形状态时有效。对于主节点同步间隔场也可以充当唤醒信号比如可以通过发送普通的header来请求唤醒在这种情况下主节点需要知道这个header可能不会被从节点处理因为从节点可能还未被唤醒如果节点发送出唤醒信号后在150ms到250ms之内没有接收到总线上的任何命令那么可以重新发送一次唤醒信号唤醒信号最多可以发送三次三次后必须等待至少1.5秒之后才可以再次发送唤醒信号。最后向大家介绍休眠命令主节点可以向总线发送休眠命令时令子网进入休眠模式id为0x3C的诊断报文可用作休眠命令要求该报文数据厂的第一个字节内容为0x00 其余字节为0xff总线上的从节点只判断数据上的第一个字节其余字节忽略需要注意的是从节点在接收到休眠命令后不一定要进入低功耗模式可以根据应用层需要进行设置另外当总线静默四秒到十秒时从节点自动进入休眠状态。
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