LIN总线基础

什么是LIN总线?

LIN（Local Interconnect Network）总线是基于UART/SCI（通用异步收发器/串行接口）的低成本串行通讯协议。其目标定位于车身网络模块节点间的低端通信，主要用于智能传感器和执行器的串行通信，而这正是CAN总线的带宽和功能所不要求的部分。

CAN总线和LIN的区别

LIN报文帧包括帧头（hearder）与应答（response）两部分。主机负责发送至帧头；从机负责接收帧头并作出解析，然后决定是发送应答，还是接收应答或不回复。

帧头结构包括同步间隔段、同步段、PID段（受保护ID）段，应答部分包括数据段与效验和段。其中值“0”为显性电平、“1”为隐性电平，这点与CAN总线相类似。在总线上实行“线-与”：当总线有至少一个节点发送显性电平时，总线呈现显性电平；所有节点均发送隐性电平或者不发送信息时，总线呈隐性电平，即显性电平起着主导作用。

（1)同步间隔段 (表示一个帧的开始，至少有13位显性电平)

同步间隔段至少是由13位的显性电平组成，由于帧中的所有间隙或者总线空闲时总线均保持隐性电平状态。所以同步间隔段可以标志一个帧的开始。其中同步间隔段的间隔符至少为1位隐性电平。

LIN同步以下降沿为判断标志，采用字节0x55（01010101b）进行同步。在从机节点上可以不采用高精度的时钟，由此带来的偏差，需要通过同步段来进行调整。

LIN总线根据帧ID号的不同，把报文分为信号携带帧、诊断帧、保留帧。

PS：从机应答帧是一个完整的帧，与帧结构中的“应答”不同！

（4）数据段 （存放数据）

数据段可以包含1-8个字节，其中包含有两种数据类型，信号（singal）和诊断消息（diagnostic messages）。信号由信号携带帧传递，诊断消息由诊断帧传递。

协议中并没有规定哪一部分显示数据长度码的信息（这点与CAN总线不同），数据的内容与长度均是由系统设计者根据帧ID事先约定好的。

总线上的数据是以广播形式发出，任何节点均可以收到，但并非对每个节点有用（与CAN相同）。具体到发布与接听是由哪个节点进行完成这个取决于应用层的软件配置，一般情况下，对于一个帧中的应答，总线上只存在一个发布节点，否则就会出现错误。事件触发帧例外，可能出现0,1，多个发布节点。

5）效验和段 （对帧的传输内容进行校验，包含数据段字节和受保护ID）

效验和段是为了对帧传输内容进行效验。效验分为标准型效验与增强型效验。采用标准型还是增强型是由主机节点管理，发布节点和收听节点根据帧ID来判断采用哪种效验和。

（1）⭐无条件帧

无条件帧是具有单一发布节点的，无论信号是否发生变化，帧头均会被无条件应答的帧。

如上图中帧ID=0x30应答部分的发布节点为从机节点1，收听节点为主机节点，应用在从机节点向主机节点报告自身状态；帧ID=0x31中，应答部分为主机节点，收听部分为从机节点，应用在主机节点向从机节点发送消息；帧ID=0x32中应答部分的发送节点为从机节点2，收听节点为从机节点1，应用与从机节点之间的通信。

（2）事件触发帧

事件触发帧是主机节点在一个帧间隙中查询各从机节点的信号是否发生变化时使用的帧。当存在多个发布节点时，通过冲突解决进度表来解决冲突。

当从机节点信号发生变化的频率较低的时候，主机任务一次次地查询各个节点信息会占用一定的带宽。为了减小带宽的占用，引入了事件触发帧的概念。其主要原理就是：当从机节点信息状态没有发生变化的时候，从机节点可以不应答主机发出的帧头；当有多个节点信息同时发生变化的时候，同时应答事件触发帧头会造成总线的冲突。当主机节点检测到冲突时，便会查询冲突解决进度表来依次向各个节点发送无条件帧（无条件帧只有能1个节点应答）来确定从机节点的信息状态。

与事件触发帧关联的多个无条件帧需要满足以下5个条件：

★数据段所包含的数据字节数等长

★使用相同的效验与类型

★数据段的第一个字节为该无条件帧的受保护ID，这样才能够知道应答是哪个关联的无条件帧发送出来的

★由不同的从机节点发布

★不能与时间触发帧处于同一个进度表中

（3）偶发帧

偶发帧是主机节点在同一帧时隙中当自身信号发生变化时向总线启动发送的帧。当存在多个关联的应答信号变化时，通过预先设定的的优先级来仲裁。

与事件触发帧类似，偶发帧也定义了一组无条件帧。规定偶发帧只有由主机节点发布。偶发帧的传输可能出现三种情况：1）当关联的无条件帧没有信号发生变化，这是主机连帧头也不需要发送。2）当关联的一个无条件帧信号发生变化则发送该帧。3）当有多个无条件帧发生信号变化时，则按照事先规定要的优先级依次发送。

（4）⭐诊断帧

诊断帧包括主机请求帧和从机应答帧，主要用于配置、识别和诊断。主机请求帧ID=0x3c，应答部分的发布节点为主机节点；从机应答帧ID=0x3d，应答部分的发布节点为从机节点。数据段规定为8个字节，一律采用标准效验和。

（5）保留帧

保留帧的ID=0x3e与0x3f，为将来扩张需求用。

进度表

进度表是帧的调度表，规定了总线上帧的传输次序以及传输时间。进度表位于主机节点，主机任务根据应用程需要进行调度。进度表可以有多个，一般情况下，轮到某个进度表执行的时候，从该进度表的入口处开始执行，到进度表的最后一个帧时，如果没有新的进度表启动则返回到当前进度表的第一个帧开始执行；也有可能在执行到某个进度表时发生中断，跳到另一个进度表后再返回，如事件触发帧就是一个典型的例子。

1、如下图为一个LIN网络，包含了一个Master节点，两个Slave节点：

在LIN总线通讯中， Master task 决定了在 LIN总线上传送的是哪一帧 ， Slave task 提供每一帧所 携带的数据 。

2、如下图为一个LIN节点的层次结构图：

LIN1.3 与 LIN2.1 的区别在于，LIN1.3没有TL层，Signal interaction放在Protocol层中，没有单独的TP层。

3、LIN总线特点：

串行通信：线间干扰小，节省线束，传输距离长；

单线传输：增强的 ISO9141 (ISO 15765-1) , 总线电压基于 VBAT；

 最高速率20Kbit/s：满足车身上大部分的应用需求；

单主多从结构：无需仲裁；

基于通用 UART/SCI 的低成本接口硬件：几乎所有MCU有具备LIN总线的硬件基础；

从节点无须晶振或陶瓷震荡器就可以实现同步：大幅度降低成本；

一条总线最多可连接16个节点：由总线电气特性决定；

支持诊断功能：支持UDS服务；

4、LIN2.1节点模型：

LIN1.3节点模型：

LIN2.1 与 LIN1.3 节点模型的差别在于 LIN1.3 没有 Transport layer ，所以也就没有流控、传输时间控制的功能， LIN1.3 协议中没有对诊断及节点配置进行规范，所以在 LIN1.3 中完成相应的功能都放在自定义诊断中完成。

5、LIN网络拓扑结构：

1）单主任务，多从任务；

2）主节点包含主任务和从任务；

3）从节点只包含从任务；

4）主任务决定总线上的报文，从 任务发送数据；

6、LIN帧：

通信原理： 主任务发送报头，从任务用响应来补充报头形成完整的报文。

报文传输： 报文的内容由ID来定义。

广播： 所有节点都能够接受总线上的帧。

7、调度表

1）负责调度网络各报文发送的顺序；

2）为每帧报文分配发送时隙（slot）；

3）发送时隙：报文可以被发送的时间；

4）不同报文的发送时隙可能不同；

5）调度表在网络系统设计阶段确定；

6）调度表使得LIN通信具有可预测性；

8、切换调度表：

主任务可以拥有多个调度表，并在不同的调度表之间切换，该处理方式增加通信的灵活性。

（1）字节间隔位于每个字节之间；

（2）响应间隔位于报头与响应之间；

（3）留给MCU足够的处理时间；

（4）帧长度可能增长；

1、字节场

1）基于SCI的通信格式；

2）发送一个字节需要10个位时间（TBIT）；

2、间隔场

1）表示一帧报文的起始，由主节点发出；

2）间隔信号至少由13个显性位组成；

3）隔界定符至少由1个隐形位组成；

4）间隔场是唯一一个不符合字节场格式的场；

5）从节点需要检测到至少连续11个显性位才认为是间隔信号；

3、同步场

1）确保所有从节点使用与节点相同的波特率发送和接收数据；

2）一个字节，结构固定：0X55；

4、标识符场

1）ID的范围从0到63(Ox3f)；

2）奇偶校验符(Parity)P0,P1；

5、数据场

1）数据场长度1到8个字节；

2）低字节先发，低位先发；

3）如果某信号长度超过1个字节采用低位在前的方式发送（小端）；

6、校验和场

用于校验接收的数据是否正确

1）经典校验（Classic Checksum）仅校验数据场(LIN1.3)

2）增强校验（Enhance Checksum）校验标识符场与数据场内容(LIN2.0、LIN2.1)

标识符为0x3C和0x3D的帧只能使用经典校验

计算方法：反转8位求和（inverted eight bit sum）

例：Data=0x4A、0x55、0x93、0xe5

7、帧长度

最小帧长度

THEADER_NOMINAL=34*TBIT

TRESPONSE_NOMINAL=10*(NDATA+1)*TBIT   

TFRAME_NOMINAL=THEADER_NOMINAL+TRESPONSE_NOMINAL

最大帧长度

THEADER_MAX=1.4*THEADER_NOMINAL

TRESPONSE_MAX=1.4*TRESPONSE_NOMINAL

TFRAME MAX=THEADER MAX+TRESPONSE MAX

8、帧类型

1）无条件帧

使用频度最高的帧类型，无任何发送条件；

标识符(ID)为0到59(0x3B)；

主任务发出报头，一个任务响应，一个或多个任务接收如下图：

帧 ID = 0x30应答部分的发布节点为从机节点1，收听节点为主机节点。典型应用如从机节点1向主机节点报告自身某信号的状态。

帧 ID = 0x31应答部分的发布节点为主机节点，收听节点为从机节点1和从机节点2。典型应用如主机节点向从机节点发布信息。

帧 ID = 0x32应答部分的发布节点为从机节点2，收听节点为从机节点1。典型应用如从机节点之间彼此通信。

2）事件触发帧

引入事件触发帧的目的是节省带宽。

BCM(Master)需要获取4个车门的状态，该如何实现？

第一种方式：

每次向四个车门请求状态，浪费带宽，因为车门状态不是经常发生。

第二种方法：

将请求四个车门状态的帧合并为一个事件触发帧，Master不需要每次发送四个帧请求车门的状态，只需要发送一个事件触发帧即可，哪个车门状态发生变化，对应的车门将响应该事件触发帧。

事件触发帧的响应会出现如下三种情况：

第一种：没有车门状态变化。

第二种：一个车门状态发生变化：

第三种：多个车门状态发生变化，此时将出现冲突，冲突处理时，Master需要像第一种处理方式一样，重新发送四帧分别请求单个车门状态。LIN1.3与LIN2.0、LIN2.1处理方式有所区别，区别在于LIN1.3不切换调度表，占用事件触发帧的时隙发送，LIN2.0、LIN2.1将切换冲突调度表处理，如下图：

3）零星帧（偶发帧 (Sporadic Frame) ）

引入零星帧的目的也是为了节省带宽，如：BCM(Master)需要发送对4个车窗的控制指令，但是，两个车窗的控制命令很少被同时执行，同样大量的带宽被浪费。

具体方案如下：

4）诊断帧

诊断帧用来传输诊断或配置信息，一般包含8个字节。

标识符：

60(0x3C)：主请求帧

61(0x3D)：从响应帧

传输方式：

5 ）保留帧

标识符：   62(0x3e), 63(0x3f)

在LIN 2.1中未对保留帧进行定义, 留给用户自定义或将来的版本升级。

9、调度表

10、偏移

偏移(jitter)是指一帧报文实际开始发送的时刻与帧时隙起点的时间差（该值在LDF文件中定义） 。

    TFrame_Slot>jitter + TFrame_Maximum

11、网络管理

12、睡眠（Go To Sleep）

睡眠指令只有主节点可以发送，从节点在接到睡眠指令之后，也可以选择不进入睡眠状态而继续工作，这根据应用层协议而定。

13、唤醒（Wake Up）

在一个处于睡眠状态的LIN网络中，任何一个节点都可以发送唤醒信号。

发送节点发送的唤醒信号:

接收节点检测的唤醒信号:

14、主任务状态机模型

15、从任务状态机模型

K-Lin和L-Line都是总线的一种，都可以通过这种总线实现单片机与电脑的连接，从而作为烧录程序、debug的方式之一。

1.信号线及信号

CAN总线以CAN一H和CAN一L两条信号线 (双绞线)工作，舒适CAN总线两条线的电平分别约为0V和5V(隐性时)。

LIN总线只以一条相当于CAN一忱如的信号线工作，隐性时电平接近电瓶电压，并随之浮动显性时电平接近地电平。使用0·35mmz导线，颜色为紫底白线。 

2.组件

CAN总线工作时，电子单元中除了需要相对复杂的收发器外，通常还需要用专门的协议控制器。

LIN总线单元中的收发器较简单，而且由于协议简单，通常不需要专门的协议控制器。

3.传输速率

CAN总线的位速率较高，在汽车中使用时通常为5OOkb/s，最低的也达到1OOkb/s。

LIN总线的最高位速率为2Okb/s，通常使用1920Ob/s或9600b/s的速率。

4.系统结构

CAN总线为多主机系统，即接人总线的任一电子单元都可通过总线仲裁来获取总线控制权，并向总线系统中发送信息，单元在发出完整的ID时即为主机。

CAN总线使用11位 ID(甚至更多)，在一个子系统中可有较多的单元。

LIN总线为单主机多从机系统，每一子系统中有且只有一个主机，所有的信息传送都 由主机控制，从机必须等待主机发出了与它对应的ID后才能发送信息。

LIN总线使用6位 ID，在一个子系统中只能有较少的单元。

5.可靠性。

CAN总线采用可靠性很高的CRC校验。

LIN总线采用可靠性相对较差的带进位的和校验。

6.成本

CAN总线能用于各种信息传送的场合，但成本较高，工艺性相对差些。

LIN总线只能用于对速率及可靠性要求不是很高的场合，如舒适系统或某些子系统等， 优点是成本低，工艺性好。

扩展资料：

LIN总线协议：

LIN（Local Interconnect Network）总线是基于UART/SCI（通用异步收发器/串行接口）的低成本串行通讯协议。

LIN目标定位于车身网络模块节点间的低端通信，主要用于智能传感器和执行器的串行通信，而这正是CAN总线的带宽和功能所不要求的部分。

LIN总线采用的是单线传输形式，应用了单主机多从机的概念，总线电平一般为12V，传输速率最高限制为20kbps。由于物理层的限制，一个LIN网络最多可以连接16个节点。

LIN报文帧包括帧头（hearder）与应答（response）两部分。主机负责发送至帧头；从机负责接收帧头并作出解析，然后决定是发送应答，还是接收应答或不回复。

LIN总线根据帧ID号的不同，把报文分为信号携带帧、诊断帧、保留帧。

参考资料：百度百科-Lin入门书

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