门控系统LIN总线通信模块设计与实现

　　0 引言

　　随着汽车业的飞速发展，汽车电控系统的配置不断升级，使得车辆上的电子元件越来越多，其相互连接的网络结构也越来越复杂。过去所采用的电缆连接方式所带来的庞大布线负担，容易造成车体过重和线路的磨损老化。在这种情况下，就需要引入标准的总线技术，从而降低车身重量，同时提高各个电控元件之间的通信可靠性。LIN总线一般应用于不需要高性能及带宽和复杂性较大的低端系统，如车门控制模块、座椅调节、车灯控制和空调系统中传感器和执行器之间的通信。由于其LIN总线成本较低，也可以独立用于不是特别复杂的车身控制网络中。

　　1 LIN总线协议简介

　　LIN（Local IntercONnect Network）是一种低成本的串行通讯网络，用于实现汽车中的分布式电子系统控制。LIN 的目标是为现有汽车网络（例如CAN 总线）提供辅助功能，因此LIN总线是一种辅助的总线网络。在不需要CAN 总线的带宽和多功能的场合，比如智能传感器和制动装置之间的通讯使用LIN 总线可大大节省成本。LIN 技术规范中除定义了基本协议和物理层外还定义了开发工具和应用软件接口。LIN 通讯是基于SCI（UART）数据格式，采用单主控制器/多从设备的模式。仅使用一根12V 信号总线和一个无固定时间基准的节点同步时钟线。这种低成本的串行通讯模式和相应的开发环境已经由LIN 协会制定成标准。LIN 的标准化将为汽车制造商以及供应商在研发应用操作系统降低成本……LIN总线协议基于ISO参考模型中的物理层，数据链路层采用NRZ （Not Re－turn Zero）编码方式，电平分为隐性电平（‘1’）和显性电平（‘0’）。 

　　1.1 物理层

　　LIN总线一般采用单总线（12 V）串行通讯，总线长度最大可达到40 m，传输速率最高可达到20 Kb／s，通常使用2.4Kb／s、9.6 Kb／s和19.2 Kb／s这三个波特率进行数据传输。由于从节点的个数除了受标识符数量的限制中，也受到总线的物理特性限制，节点过多必然减少网络阻抗，从而导致通讯条件变差，所以协议规定：一个LIN总线网络上的节点数目不能超过16个。

　　1.2 数据链路层

　　LIN总线协议的一个报文帧由报文头和响应组成，图2所示是LIN总线协议的报文帧结构。一般情况下，报文头都是由主节点发送，而响应则是由一个主节点或者一个从节点发送。报文头包含一个空白场、一个同步场和一个标识符场，而响应则包括1 到9个字节场（0～8个数据场和一个校验和场）。其中，字节场由字节间的间隔分开，报文头和响应则由帧内响应间隔分开，它们的最小长度皆为0。 

　　报文头中的空白场可使节点能够识别一个报文的开始。空白场为13位或者持续更长时间的显性电平（‘0’）加上持续1个位时间以上的隐性电平（‘1’）组成。同步场则为一个字节长度（ox55），可用来使相关从节点进行主从节点的时钟同步。

　　标识符场格式如图3所示，定义报文的信息，长度为一个字节，其中前6位为标识符位，可定义26=64个标识符（其中保留4个标识符作为命令和扩展帧标识符），后2位为奇偶校验位。

　　标识符用于定义数据的传输方向和响应中数据场的长度，并从节点根据标识符判断报文是否与自己相关，而主节点要接收从节点发送的数据，则需要将此标识符定义为接收标识符，对于从节点来说，则需定义为发送标识符，反之亦然。

　　响应中数据场的长度由标识符位中的第4位和第5位（ID5和ID4）决定，它们将所有的标识符分成四组。每组有16个标识符，这些标识符代表着2、4和8 个数据场。当节点收到数据并进行校验时，要求所有数据字节和与校验和场的字节相加必须是0xFF。

　　1.3　LIN总线特点

　　低成本基于通用UART 接口几乎所有微控制器都具备LIN 必需的硬件。

　　极少的信号线即可实现国际标准ISO9141 规定。

　　传输速率最高可达20Kbit/s。

　　单主控器/多从设备模式无需仲裁机制。

　　从节点不需晶振或陶瓷震荡器就能实现自同步节省了从设备的硬件成本。

　　保证信号传输的延迟时间。

　　不需要改变LIN 从节点的硬件和软件就可以在网络上增加节点。

　　通常一个LIN 网络上节点数目小于12 个共有64 个标志符。