電子設計應用2004年第9期

摘要：隨著車內電控單元的增加，車內通訊網絡也日趨多樣化。汽車電子協會（SAE）將車內通訊網絡分成四類，其中A類低速網絡主要應用在燈光控制，車門車窗控制等車身控制。LIN(Local Interconnect Network)是多家汽車制造商和半導體公司為降低通訊成本提高性能所提出的符合A類的通訊標準。LIN以其通訊成本低，開發方便等優勢在車身控制方面有著良好的應用前景。本文對LIN總線進行了詳細的描述，并以燈光控制為例說明LIN總線在車身控制中的應用。

關鍵詞：車內通訊網絡   LIN總線  車身控制  燈光控制

The Application of LIN Bus in Automotive Body Control

Abstract：With the increasing of Electronic Control Unit (ECU) in vehicle, communication networks in vehicle are in variety. The Society of Automotive Engineers (SAE) classified in-vehicle networks into four classes, in which the Class A for low-speed networks mainly apply for body control system such as light control, doors and windows control. In order to reduce costs and enhance performance, many automotive manufactures and semiconductor companies created a new communication standard in line with Class A, that is LIN (Local Interconnect Network). LIN is a low-cost and easier development network, which will well apply for body control system. This paper describes LIN bus in detail and explains LIN bus how to apply for automotive body control by the example of light control. 

1. 引言

　　由于車內電控單元的增多導致車內線束大量增加，這帶來了很多問題：減少了布局空間；

　　給制造和安裝增加了難度；當增加額外的功能時將會增加線束，使性價比難以改善；大量線束增加了車的重量，這不利于提高燃油效率和性能；數量眾多的連接點增加了故障隱患。因此車內引入通訊網絡來管理逐漸增多的電子器件是非常必要的。汽車網絡能夠靈活方便的集成各子系統從而實現更復雜的系統，同時減少了車內線束和車重量，減少了由電控單元帶來的成本的增加，并且提高了系統的可靠性。車內通訊網絡種類很多，汽車電子協會（SAE）將車內通訊網絡分成四類，見下表：

 
　　電控單元之間的通訊根據對通訊帶寬和通訊速度的要求選擇不同的通訊網絡。車身控制部分的電控單元由于傳輸的數據量比較少且對實時性要求不高，所以車身控制部分采用A類低速通訊網絡即可。目前很多車身控制解決方案中采用CAN的低速網絡來實現通訊。而最近多家汽車制造商和半導體公司共同制定了可實現車內舒適性和方便性應用的低速網絡的通訊標準，該項通訊標準便是LIN。由于LIN是基于通用的SCI/UART接口的，不像CAN需要專用的控制器，而且LIN是單線傳輸的，其通訊成本要低于CAN，因此用LIN來代替原有的低速CAN，可以降低系統成本提高系統性能。

2. LIN 總線概述

　　LIN總線的方案是由眾多汽車制造商和半導體公司創建的,其目的是為了找到更低成本的子總線網絡，作為使用廣泛的CAN通訊網絡的輔助。LIN網絡是基于主從結構的，使用單線通訊，減少了大量線束的重量和費用。LIN目標應用是不需要CAN的性能、帶寬及復雜性的低速系統，如

　　開關類負載或位置型系統包括車的后視鏡、車鎖、車座椅、車窗等的控制。LIN更有助于實現汽車中與CAN網絡連接的分布式控制系統。

2.1 LIN總線特點
　
　　•低成本的單線12v數據傳輸，線的驅動和接收特性符合改進的ISO 9141單線標準

　　•傳輸速率可達20Kbit/s

　　•單主/多從的結構，不需要總線仲裁，由主節點來控制總線的訪問

　　•基于通用UART/SCI的硬件接口，使用成本低的半導體工藝實現，幾乎所有的微控制器都有LIN 必需的硬件

　　•從節點不需要晶振或陶瓷振蕩器就可實現自同步，從而減少了從節點硬件成本

　　•保證在最差狀況下信號傳送的等待時間，來避免總線訪問沖突。

2.2 LIN的通訊協議和數據幀格式

　　LIN網絡由一個主節點和多個從節點構成。所有的節點都包括一個從任務(slave task)，從任務又分成發送和接受任務，主節點還包括一個主任務(master task)。在LIN網絡中所有通訊都是由主任務發起的，如下圖所示。主任務發送一幀頭（message head）給所有的從任務，幀頭由三部分組成：同步間隔（synch break），同步場（synch field）和信息識別符（identifier）。

　　從任務通過信息識別符來判斷是否響應主任務，若需要響應主任務則開始發送響應信息。響應信息由2，4或8個數據字節和1個校驗和字節組成。

　　信息識別符表示的是信息的內容，而不是信息的目的地址。這樣定義可使多個節點收到同樣的信息，并且數據能夠以多種方式交換。數據可以從主節點發送到一個或多個從節點，也可以通過從節點發送給主節點或其他從節點。因此從節點之間通訊并不需要經過主節點，并且主節點可以將信息廣播給網絡內的所有節點。主節點中的主任務控制數據幀的發送時序和優先級。

　　主節點傳送信息到從節點，而從節點只在主節點詢問時才傳送信息。從節點僅在需要發出喚醒信息的時候才主動地發送信息。

　　LIN的數據幀由幀頭和響應信息組成，如圖1所示。幀頭由主任務發出，主任務在發出同步間隔后發送同步場（0x55），從節點利用同步場將它的波特率調整到傳送來的信號的波特率。之后，發送一字節的信息識別符，其中0～3位表示信息類別，4~5位表示信息長度，7~8位是奇偶校驗。從任務通過該字節判斷數據是否自己有關，并確定自己如何處理該數據。響應信息是由從任務發出的，由2個、4個或8個字節長度的數據和1個字節的和校驗構成。和校驗（checksum）表示數據幀結束，和校驗是通過計算數據的全部字節而得到的（不包括識別字節及同步場）。

　　LIN 總線的另一個幀是睡眠幀，由主任務發出，它的作用是讓總線和節點進入低功耗狀態。睡眠幀的識別字段包含數值 0x80之外，除此之外，睡眠幀與數據幀是相似的。當收到喚醒信號時，總線睡眠狀態便中止。喚醒信號由從任務發出。
　　
2.3 LIN的物理接口

　　LIN的物理接口如下圖所示，LIN的物理接口是基于通用的SCI (UART)的硬件接口的，SCI (UART)接口是幾乎所有的微處理器都集成的硅模塊，因此使用LIN更加方便。LIN是單線傳輸數據的，每個節點通過上拉電阻線與總線，電源從汽車電源網絡獲得VBAT。和上拉電阻串聯的二極管可以防止電子控制單元ECU 在本地電池掉電的情況下通過總線上電。

3. Lin車身控制應用方案

　　車身控制系統主要包括燈光控制模塊，車門控制模塊和儀表顯示模塊等，這些模塊的基本原理是采集各種開關的狀態量根據這些狀態量來驅動負載動作，所以車身控制系統的控制對象主要是不同功率的燈、低速電機、電磁閥和開關量器件。它們對信息傳輸的實時性要求不高, 因此車身控制系統的通訊網絡采用A類標準即可。LIN正是眾多汽車生產商和半導體公司聯合提出的A類車用通訊網的開放總線協議標準。同時考慮到車身控制系統對成本比較敏感，LIN以其低成本的優勢成為車身控制系統網絡的首選。

　　下圖給出了卡車車身控制系統的解決方案。車身控制系統的這些電控模塊與汽車驅動系統分開有利于保證驅動系統的實時性，這也是汽車內通訊網絡分級的一個原因。車身控制系統的中央控制模塊也是一個網關，將CAN網絡和LIN網絡連接起來。

　　本文選取中央控制模塊和燈光控制模塊來說明LIN總線的應用。中央控制模塊位于車的駕駛室內，主要檢測駕駛室內控制開關的狀態，并根據這些控制開關的狀態實現相應的控制策略，然后將控制命令通過LIN總線發送給向各子模塊，同時通過CAN總線接收上層CAN網絡的某些信息。中央控制模塊的MCU選用Motorola公司的08系列單片機MC68HC908GZ16，該芯片是一款可靠性高和抗干擾能力強的汽車專用芯片，其內部集成了CAN的控制器，并有SCI模塊，這方便了CAN和LIN的開發。中央控制模塊中的CAN接口芯片采用Motorola公司的MC33388,LIN的接口芯片采用Motorola公司的MC33399。中央控制模塊的POWER單元作用是將車內24v電壓轉換成5v供給MCU。DETECT單元作用是采集開關量的狀態，將并行的數據轉換成串行數據送給MCU。中央控制模塊還可以根據不同需求增加驅動單元，在本例中，中央控制模塊還完成了驅動車內的內飾燈和雨刷電機的工作，驅動芯片分別選取Motorola公司的MC33286和MC33289。

　　燈光控制模塊有兩塊，分別位于車的前部和后部，主要控制前部和后部的車燈。燈光控制模塊的MCU采用Motorola公司的低成本的單片機MC68HC908EY4，驅動芯片根據車燈所需功率來選取，本文選取了多片Motorola公司的MC33288和MC33286。

4.結論

　　LIN總線在車身控制系統的應用，降低了低端通訊網絡的成本，同時增加了設計的靈活性，提高了系統的可靠性，有利于分布式車身控制系統的開發。因此LIN總線在汽車領域有著良好的應用前景，此外LIN總線作為一種開放協議，還可用在工業和家電領域，實現對速度要求不高，短距離連接的設備間的通訊。

參考文獻：

1 LIN Specification Package 2.0 online. LIN Consortium.2003

2 Local Interconnect Network Applications. Motorola Inc.2004

3 Local Interconnect Network (LIN) Demonstration. Motorola Inc.2000