一汽奥迪A4

一汽奥迪A4 一汽奥迪A4:CAN-BUS数据传输总线的结构及其故障 一汽大众生产的中级豪华轿车奥迪A4-B6轿车上应用了三种类型的CAN总线，即:动力总线、舒适总线、信息娱乐总线。三者之间既相互关联，又有明显的区别，犹如三条动脉一样贯穿于整车的电控系统。 一、奥迪A4-B6轿车CAN总线的特点 1、动力总线系统 动力总线系统由与车辆驱动、行驶及安全相关的系统构成，在AudiA4-B6车上，参与动力总线的控制单元有:发动机(J220)、组合仪表(J285)、变速器(J217)、ESP(J104,包括ABS、EBV、EDS、ASR和BAS等)、气囊(J234)、转向柱控制单元(J527)，因此动力总线在整车电控系统中具有举足轻重的作用，它的传输速率是最快的，一般情况下以500kbit/s的速率进行数据传递，最高可达1000kbit/s。当两条CAN总线(CAN-High和CAN-Low)其中一条线断路时，则整个动力总线系统将无法正常工作，即不能进行单线传输，只有CAN-Low线出现对地断路时还能正常工作。动力总线线芯粗为0.35mm2(表示横截面积，在AudiA8D3上为0.5mm2)颜色分别为:CAN-High为桔黑色，CAN-Low为桔棕色，二者缠绕在一起，在导线中比较明显，易于识别。在系统内各个控制单元之间采用中央线束连接，即星形接法，如图1所示。这样当控制单元损坏或通往某控制单元的导线断路时，不会影响其它控制单元进行信息交流，但如果发动机或仪表中断时，发动机将无法正常起动，因为防盗器装在仪表里。动力总线的中央接点在左侧A柱处，舒适总线和信息娱乐总线的接点却在右侧A柱处(三者都为星形连接)，需特别注意的是，CAN总线的接点不能打开，否则会导致系统无法正常工作。 2、舒适总线和信息娱乐总线 舒适总线和信息娱乐总线有着共同的特点，而且与动力总线又有明显的区别具体表现在以下几方面: (1)传递信息的速率较低，均为100kbit/s。由于两种总线系统中传递的信息量较小，而且重要性不是非常大，所以对信息的传递速率要求不高。 (2)都可以单线运行。舒适的信息娱乐总线都设有终端电阻(动力总线有)，它们有分散的电阻，位于系统内的各个控制单元中，而且具有不同的阻值(560Ω或5.6Ω)，因此当CAN-High或CAN-Low线出故障时，总线还具有正常的功能。 (3)具有“睡眠模式”。为了节省电能和当总线中某控制单元出现故障时不致于使蓄电池亏电，所以对二者设有睡眠模式。当系统处于睡眠模式时，CAN-High线上的电压为0V，CAN-Low线上的电压为12V，而且警报灯开关上的照明灯熄灭。只有关闭点火开关(30秒)，才可进入睡眠模式，但防盗、遥控、状态LED都起作用，一旦开门，则睡眠模式解除。 (4)舒适总线和信息娱乐总线的颜色不同。舒适总线的CAN-High线为桔绿色。信息娱乐总线CAN-High线的为桔紫色，二者的CAN-Low线也都为桔棕色，导线粗细为0.35mm2。 3、网络适配器Gateway 网络适配器安装在组合仪表内，由于几种数据总线的传输速率不同，所以系统之间不能直接进行数据交换。而事实上，在车辆处于正常工作状态时，不同的总线系统之间是需要有信息交流的，如发动机(动力总线)与空调系统(舒适总线)系统之间就有信息交流，发动机控制单元会将节气门开度、水温、转速等信号传给空调控制单元，而空调控制单元需将压缩机工作状态传递给发动机控制单元。为了解决此问题，特设置了网络适配器，即Gateway，它能把各种总线系统的传输速度转换成一个中间频率，从而使所有连接在CAN总线上的控制单元之间都能进行信息交流，则整车的CAN总线系统就形成了一个有机的整体。如图2所示。在AudiA4-B6车型上，Gateway只起到交换各种总线信息的作用，这种Gateway称为数据Gateway,而在Bora车型上，Gateway除起到交换信息的作用外，还能在不改变数据的前提下，将动力总线、舒适总线和娱乐总线上的自诊断信息传递到K线上，这样可以使系统进行自诊断的速度加快。 二、网络适配器Gateway的适配 当更换某条CAN总线上的某个控制单元后，需进行该条CAN总线的适配，其目的在于使Gateway认识此新的控制单元并对其进行数据转换，否则该控制单元将不能参与CAN总线。每条CAN总线的每个控制单元都有一个固定的代码数值，当适配时，需将整条CAN总线上所有控制单元的代码数值加起来，输入总和数值到适当的通道，则该CAN总线适配成功，如果去掉某一控制单元的数值，则该控制单元无法参与CAN总线。如果更换了组合仪表，由于Gateway安装在组合仪表里，所以三条CAN总线都需进行适配，比较例外的是安全气囊控制单元，它不用编码，即不在适配范围之内，直接更换即可。 1、动力总线的适配 用VAG1551或VAS5051进入地址码“17”(仪表)，然后选择“10”功能(适配)，进入“060”通道，输入相应数值后“确认”即可，各单元数值为:发动机,1，变速箱,2，ESP,4，组合仪表,1024，如果该车是手动变速箱，则适配时应输入“1209” 2、舒适总线的适配 进入“061”通道输入相应的值，各控制单元代码数值分别为:汽车控制单元,1，舒适系统控制单元,2，组合仪表,256，转向柱控制单元,1024，空调系统,2048，驻车加热,32768。 3、信息娱乐总线的适配 进入“062”通道，各控制单元代码数值分别为:收音机,1，电话,2，电子导航,4， 组合仪表,16。 三、CAN总线系统的检测和维修 1、CAN总线故障形式 CAN总线故障形式主要有CAN-High和CAN-Low短路、CAN-High对正极短路、CAN-High对地短路、CAN-High断路、CAN-Low对正极短路、CAN-Low对地短路和CAN-Low断路共七种故障。对于这些故障可以通过示波器测量波形来检测，也可通过检测仪器进行诊断，但不如示波器直观。 2、CAN总线系统的波形测量 (1)运用VAS5051上的示波器可以同时测量CAN-High和CAN-Low的波形，因为该示波器具有两个通道，即DSO1和DSO2，这样在同一界面下同时显示CAN-High和CAN-Low的同步波形，能很直观的分析系统出现哪些问题。 (2)测量接线。通道DSO1的红色测量端子(正极)接CAN-High线，通道DSO2的红色测量端子接CAN-Low线，二者的黑色测量端子同时接地，如图3所示。 (3)运用VAS5051检测的波形。在CAN-BUS上，信息传递是通过两个二进制逻辑状态0(显性)和1(隐性)来实现的。每个逻辑状态都对应于相应的电压值。控制单元利用两条线上的电压差来确认数据，如DSO显示，CAN-BUS仅能有两种工作状态，在隐性电位时(逻辑值为1)，两者电压值很接近，在显性电位时(逻辑值为0)，CAN-High电压值上升，而CAN-Low电压值下降，但二者的差值约为2.5V左右，并有100mV的波动。如图4所示为CAN动力总线的波形，图5为动力总线对地之间短路波形，图6为动力总线对正极短路波形，图7为动力总线高位线/低位线之间短路波形。在实际检测中根据示波器的波形显示可以迅速判定总线系统的故障部位。 3、CAN总线系统中终端电阻的测量 (1)动力总线中的终端电阻可以用万用表进行测量，但在舒适、信息娱乐总线上不能用万用表测量，其步骤如下: ?拆下电瓶的电压线; ?等待约5分钟，直到所有的电容器充分放电; ?连接测量仪器并测量电阻值，即把表面的两个端子分别接在CAN-High和CAN-Low上; ?将一个带有终端电阻的控制单元插头拔下，检测总的阻值是否发生变化; ?把该控制单元插头插好，再将第二个有终端电阻的控制单元插头拔下; ?检测总的阻值是否发生变化，并分析测量结果。 (2)终端电阻测量结果分析 由于带有终端电阻的两个控制单元是相连的，所以两个终端电阻是并联的。当测量的结果为每一个终端电阻大约为120Ω，而总值为60Ω时，可以判断连接电阻是正常的，但是终端电阻不一定就是120Ω，其相应的阻值依赖于总线的结构。如果在总的阻值测量后，将一个带有终端电阻的控制单元插头拔下，显示阻值发生变化，这是测量的一个控制单元的终端电阻阻值。当在一个带有终端电阻的控制单元插头拔下后测量的阻值没有发生变化，则说明系统中存在问题，可能是被拔下的控制单元终端电阻损坏或是CAN-BUS出现断路。如果在拔下控制单元后显示的阻值变化无穷大，则可能是连接中的控制单元终端电阻损坏，或是到该控制单元的CAN-BUS出现故障。 4、读取测量数据块中的CAN-BUS通讯状态 通过专用检测仪VAG1551或VAS5051读取某控制单元数据块，可以观察有哪些控制单元与之发生信息交流以及工作状态是否正常。如果某控制单元显示1，表示正在被执行自诊断的控制单元上接收信息;如果显示0，则表示正在被执行自诊断的控制单元没有从该控制单元上接收信息。原因可能是到组合仪表之间的连线断路或没有安装该控制单元。 5、CAN-BUS的维修 如果CAN-BUS导线有破损或断路需接线时，每段接线应<50mm，每两段接线之间应?100mm;如果需要在中央接点处维修，则严禁打开接点，只允许在距接点100mm以外断开导线;另外，每条CAN-BUS导线长度不应超过5米，否则导线所传输的脉冲信号会失真。 故障现象 一辆2004年款帕萨特B51.8T，行驶里程10000km。该车因发生交通事故送入修理厂维修，维修作业完成后一切正常。但交付使用后不久便出现发动机不能正常启动的现象(在发动机启动2s后就自动熄火)，于是进厂检修。 故障检修 来厂检修时发动机能启动，说明该车的点火系统和燃油系统都没有问题。这种现象很像是启用了防盗系统，但是防盗报警灯却始终没有点亮，也无法重新对防盗系统进行匹配。本着“代码优先”的原则，先从检查分析故障码入手。通过专用诊断仪，在发动机控制单元读到2个故障码，分别是18056--动力系统数据总线通信失败和17978--发动机控制单元被防盗控制单元闭锁。在中央仪表控制单元和网关控制器内也存有故障码01312，表示动力系统数据总线有故障。 由于发动机无法正常运转，当然无法对动态数据流进行分析并帮助查找其他的原因。因此先从显示的这几个故障点着手排除。帕萨特B51.8T车是采用CAN,BUS总线与多路信息传输系统控制的车辆，整车有2套总线网络系统——一套动力系统总线，一套舒适系统总线。动力系统总线连接发动机控制单元、仪表控制单元、ABS控制单元、安全气囊控制单元和自动变速器控制单元，采用星形接法。通过对两个故障代码的分析，推断故障的原因很可能是动力系统数据总线有故障或缺陷(即数据通信质量不好等)。而该车的防盗控制器就安装在仪表总成 内，若仪表控制单元与发动机电控单元因链路中断而不能通信，也就会发生“发动机控制单元被防盗控制单元闭锁”的故障。因此应重点检查仪表控制单元到发动机控制单元的网络通信链路。 故障排除 拆下仪表总成外壳，沿其连接线束向下查找，发现在发动机仓与驾驶仓的连接防火墙线孔处网线表皮有磨损并发生搭铁。用胶带缠绕磨损的表皮，并用橡胶圈将其固定，清除故障码，故障排除，发动机正常启动。 维修小结 事后分析，发生这个故障的原因在于网线没有固定牢固。在反复的拉扯和磨损中其绝缘层被破坏，造成搭铁，从而导致仪表控制单元与发动机电控单元因链路中断而不能通信，所以就出现类似防盗系统启动的现象。 随着现代汽车工业和电子技术的飞速发展，汽车上的电子装置越来越多。为了实现数据共享和布线的方便，CAN,BUS总线与多路信息传输系统被越来越广泛地应用到汽车上，并且有取代传统布线方式的趋势。这就要求我们不断更新传统观念，明了汽车再也不是单独的那几大总成，而变成了一个各种装置相互联系的整体。在维修汽车的时候，一定要注意它们的相互关系，注意到“牵一发而动全身”的可能性。 什么是 FlexRay总线, < 2010-5-8 > FlexRay 是一种用于汽车的高速可确定性的，具备故障容错的总线系统，它的基础源于戴姆勒?克莱斯勒公司(奔驰公司)的典型应用以及BMW公司(宝马公司)byteflignt通信系统开发的成功经验。Byteflight是BMW公司专门为被动安全系统(气囊)而开发的，为了同时能够满足主动安全系统的需要，在Byteflight基础之上，被FlexRay协会进一步开发成了一个与确定性和故障容错有密切关系的，更可靠的高速汽车网络系统。今天，BMW，Daimler? Chrysler，General Motors，Ford，Volkswagen和一些半导体公司如Bosch，freescale，Philips等组成了FlexRay联盟。2006年应用FlexRay技术的汽车将进入市场。 如今，大多数汽车中的控制器件、传感器和执行器之间的数据交换，主要是通过CAN网络进行的。然而新的x-by-wire系统设计思想的出现，导致了车辆系统对信息传送速度尤其是故障容错与时间确定性的需求的不断增加。FlexRay通过在确定的时间槽中传递信息，以及在两个通道上的故障容错和冗余信息的传送，满足了这些新增加的要求。 传输介质的访问 FlexRay符合TDMA(Time Division Multiple Access)的原则，部件和信息都被分配了确定的时间槽，在这期间它们可以唯一的访问总线。时间槽是经固定的周期而重复的。信息在总线上的时间是可以完全预测出来的，因而对总线的访问是确定性的。 不过，通过为部件和信息分配时间槽的方法来固定的分配总线带宽，其不利因素是导致总线的带宽没有被完全的利用。出于这个考虑，FlexRay把周期分成了静态段和动态段，确定的时间槽适用于位于信息开始的静态段。在动态段，时间槽是动态分配的。每种情况下都只有一小段时间是允许唯一的总线访问的(这段时间称为"mini-slots")，如果在mini-slot中出现了总线访问，时间槽就会按照需要的时间来扩展。因此总线带宽是动态可变的。 FlexRay的数据速率 FlexRay在物理上通过两条分开的总线通信，每一条的数据速率是10MBit/s。这两条线主要是用于冗余和故障容错的信息传输，但也可以传递不同的信息，后者的数据吞吐量是翻倍的。 FlexRay也可以在2.5和5MBits/s 低数据率下工作，并且为数据传输定义了主动星型、被动星型或是两者混合的总线拓扑结构。 节点的同步 为了实现功能的同步和通过两条信息间的短距离来优化带宽，该通信网络中的分布组件都要有一个共同的时基(全局时间)。为了时钟同步，同步信息是在周期的静态段传输的。通过增添一个特殊的算法，部件的本地时钟被修正为所有的本地时钟都和全局时钟同步。 FlexRay网络节点的结构 FlexRay的网络节点是由主处理器，FlexRay通信控制器，可选的总线监控器和总线驱动器组成的。主处理器提供和产生数据，并通过FlexRay控制器传送出去。 总线驱动器连接着通信控制器和总线，或是连接总线监控器和总线。主处理器把FlexRay控制器分配的时间槽通知给总线监视器，然后总线监视器就允许FlexRay控制器在这些时间槽中来传输数据。数据可以在任何时候被接收。 汽车网络LIN总线协议分析 LIN协议适用于汽车内进行低成本、短距离、低速网络通信，其用途是传输开关设置状态以及对开关变化响应。本文详细分析了LIN总线协议的特性、消息协议的组成、检错机制等，并介绍如何基于PICmicro器件来实现LIN总线从节点。 LIN协议是由欧洲车辆制造商协会开发用来进行低成本、短距离、低速网络通信，其用途是传输开关设置状态以及对开关变化响应，因此通信事件是在百毫秒以上时间内发生，而不像引擎管理等其它速度快得多的汽车应用。此协议支持在单根线上进行双向通信，使用由RC振荡器驱动的低成本微控制器，这样可以省去晶振或陶瓷振荡器的成本。另外，此协议实际上是以时间和软件上的代价换取硬件上成本的节约。LIN协议的每一条消息都包含自动波特率步进的数据，最高可以支持波特率为20k，同时低功耗睡眠模式可以关断总线，以避免产生不必要的功耗。总线可以由任意一个节点提供电源。 LIN总线特性 LIN总线融合了I2C和RS232的特性:像I2C总线那样，LIN总线通过一个电阻上拉到高电平，而每一个节点又都可以通过集电极开路驱动器将总线拉低;像RS232那样通过起始位和停止位标识出每一个字节，每一位在时钟上异步传输。 图1给出了典型的LIN协议配置。当任意一个节点将总线拉低时，总线处于低电平，标识着总线进入占用状态;而当所有节点都使总线浮空时总线处于电池的电压(9-18V)，则意味着总线处于非占用状态(Recessive state);在空闲状态下浮空的总线通过电阻被上拉到高电平。 总线工作在9到18伏的电压下，但所有连接到总线上的器件必须能承受40V的电压。一般情况下，微控制器通过线路驱动器或接收器与总线隔离。总线在每一个节点上被端接到Vbat，主节点通过一个1kΩ的电阻端接而从节点则通过一个20kΩ到47kΩ的电阻端接。总线最大长度为40米。 总线上传输的每一个字节都是与起始位和停止位一起组成帧。起始位的状态与空闲状态相反(即为0)，而停止位则与空闲状态同为1。在每个字节中，首先传输的是最低有效位。 消息协议 主节点控制总线的方式是轮询各个从节点并与总线上其余部分共享从节点的数据。从节点仅在接到主节点的命令时才进行数据传输，这样就可以进行双向传输并且无需进一步的仲裁。消息传输是以主节点发出一次同步中断开始，紧接着是消息的同步字段和消息字段。通过在每条消息的起始处传送的同步字段还设定了整个总线的时钟，每个从节点用该字节来调整其波特率。 同步中断使总线进入占用状态，该状态保持时间为13位数据的传输时间，紧接着是一个停止位(非占用状态)，这告知从节点即将有消息传输。主节点与从节点的时钟漂移最大允许在15%，因此从节点接收的同步中断可能只有11位或长达15位数据位的传输时间。 每一条消息的第二个字节是标示字节，用来告知总线在该字节后面传输的是什么数据和哪一个节点应该应答，以及应答的长度(标示字段如图2所示)。一条命令仅会有一个从节点对其进行响应，从节点仅在主节点的指示下才发送数据。数据只要出现在总线上，每一个节点都 可以接收到。因此，无须主节点专门控制从节点之间的通信。 由于设计中采用廉价的RC振荡器，从节点必须在每一次传输时检测主节点的波特率并调整其自身当前的波特率。因此，每一次通信都由一个由交替的“0”和“1”组成的同步字节开始。标识字段紧跟在同步字段的后面，它告知总线后面传输的内容是什么。标识字段又分为三个子字段，最低4位(0-3位)是寻址总线上的器件，中间两位(4-5位)是后面传输的消息的长度，最高两位(6-7)用作奇偶校验位。 除了睡眠命令，LIN协议并没有定义每一条消息的内容。其它命令是由具体应用来定义的。 检错机制 下面描述的错误必须被检测出，并且在每个节点内进行计数。 位错误-传输节点必须将它认为应该传输的数据位与总线上实际出现的数据位进行比较。由于总线需要响应时间，控制器必须在检测数据位之前等待足够长的时间。假设最小的电压翻转速率为1V/μs，而总线最高电压为18V，则发送器必须等待18μs才能检测总线上的数据位是否正确。 校验和错误-每一条消息的内容都是由校验和字节进行保护。 奇偶校验错-命令字节的6个数据位由两个奇偶校验位进行保护，需要重新进行计算这些位并比较。如果错误出现，应当忽略当前命令并且记录下错误。LIN协议中没有直接的错误报告机制，但每一个从节点应当跟踪其自身的错误，主节点可以要求从节点将错误状态作为正常消息协议的一部分来传输。 LIN总线与CAN总线 LIN协议并不直接与CAN总线兼容，但人们期望两者进行相互操作。CAN总线可能用在整个汽车内来实现通信，而LIN总线仅用在汽车的局部电路内，如车门。为了连接两种总线，需要采用CAN-LIN协议接口节点，该节点从LIN总线节点收集信息然后传送到CAN总线上。 低功耗睡眠模式 主节点通过发送标识码0x80指示所有节点进入睡眠模式，睡眠命令后面跟随的数据字节的内容没有定义。收到睡眠命令的从节点应当对本身进行设置，以便当总线发生改变时能唤醒， 并关闭自身的电压以使电流消耗最低。当处于睡眠模式时总线将处于高电平并且不消耗电流。 任意一个节点都可以通过发送唤醒信号来唤醒总线。当收到唤醒信号后，一般情况下所有的节点应当激活并等待主节点开始总线轮询。 硬件示例 图3给出了有两个按钮和三个LED组成的硬件示例。每按动十下按钮1 LED1改变一次状态。同样，每按动十下按钮2，LED2改变一次状态。作为标识为ID1的响应，按钮的按动次数被传送到总线上。作为标识为ID4的响应，按钮的按动次数的刷新被传送到总线上。 软件操作 LIN协议程序工作在由RB0触发的中断下以实现总线的睡眠/唤醒。在触发中断时，程序对低电平数据位的长度进行计数，然后读同步字节并确定数据位时间，最后再将其与最初的数据位时间进行比较，以确定最初的低电平时间是否大于10个数据位的时间，大于10为同步中断，小于10为唤醒信号。如果是唤醒信号，程序退出并继续等待同步中断;如果是同步中断，程序就读取命令字节，检查奇偶位并检查动作表(action table)来确定接下来的动作。动作表定义了总线上数据的来源或目的地。 为了初始化LIN协议的从节点句柄(Slavehandler)，用户必须调用InitLinSlave程序，这个程序初始化RB0中断引脚和TMR0寄存器。TMR0寄存器用来测量数据位的长度并生成波特率。初始化完成之后，用户可以执行自己的程序。一旦检测到RB0引脚上的下降沿，用户程序就将被中断。当检测到下降沿时，程序就跳转到中断服务程序。必须禁止除了TMR0和RB0中断之外所有的中断源，以便对同步字段进行精确测量。计算出波特率之后，中断服务程序就退出执行。 在下一次RB0中断发生时，LIN协议Slavehandler自动进入接收模式，以接收标识字段或数据字节。如果检测到标识字段的起始位，就对标识字段进行接收和解码。然后，根据收到 的标识执行相应的代码，例如存储数据或点亮LED。总线上一个帧传输完成之后，标志FCOMPLETE被置位。这个标志指示所有的数据都已正确接收完毕并可以进行后续的处理。此标志由用户固件清除。 LIN协议从节点句柄Slavehandler最高可以工作在20K的波特率下，需要420字的程序存储空间以及23字节的数据存储空间。 由于其低成本，LIN协议具有在汽车应用中广泛采用的潜力。可以使用内置的RC振荡器并且运行在4MHz的时钟频率下的诸如Microchip的各种器件的微处理器，使得设计师们能以最低的可能成本设计应用系统 LIN总线及其在汽车分级制网络中的应用 2011-01-28 14:12:47 来源:与非网 关键字: 通讯节点 LIN总线 分级制网络 1、引言 总线通讯技术自20世纪80年代开始应用在汽车上之后[1]，便在电子技术和汽车技术的推动下飞速发展，目前已形成了适用于不同场合的多种汽车总线标准，如MOST、CAN、TTP、LIN等。汽车总线中通讯节点和数据流量持续增加，节点日益复杂，使得汽车总线在重量、布置、成本、通信效率等方面面临困境，走出这一困境的出路在于实行汽车总线的网络化和分级制。A类总线——局域互连网LIN(LocalInterconnectNetwork)因此应运而生。LIN是一种结构 简单、配置灵活、成本低廉的新型低速串行总线，主要用作CAN等高速总线的辅助网络或子网络。在带宽要求不高、功能简单、实时性要求低的场合，如车身电器的控制等方面，使用LIN总线，可有效的简化网络线束、降低成本、提高网络通讯效率和可靠性。 2、汽车网络 目前有分别适用发动机和底盘控制、车身电器控制、车载多媒体等不同场合的多种汽车总线标准。SAE(SocietyofAutomotiveEngineering)按传输速度的不同将汽车网络总线分为三类，如表1所示。 表一汽车网络分类 A类总线协议有许多种，然而长久以来却没有一种协议能成为该领域的通用标准。1998年Audi、Motorola、BMW、DaimlerChrysler、VCT、Volvo和Volkswagen七家公司联合成立了 LIN协会，在潜心研究A类总线的基础上提出了新型A类总线——LIN，该总线一经面世，即以其低廉的成本优异的性能广为各大厂商所接受，有望成为A类总线的国际标准。 3、LIN LIN总线基于SCI/UART数据格式，采用单主机多从机模式，总线仅由三根导线组成(电源、地线和数据线)，LIN总线的驱动/接收器遵从ISO9141标准，且EMI性能有所提高。LIN在硬件和软件上保证了网络节点的互操作性，并可预测EMC。 LIN的主要特点:成本低，基于通用UART/SCI接口，几乎所有微控制器都具备LIN必需的硬件;极少的信号线就可实现ISO9141标准;传输速率最高可达20Kb/s，最大总线长度40m;单主机/多从机模式，无需总线仲裁;从机节点不需石英或陶瓷振荡器就能实现自同步;保证信号传输的延迟时间;不需要改变LIN从机节点的硬件和软件就可以在网络上增加或删除节点等。 LIN总线规范的初始版本LIN1.0由LIN协会在1999年7月发布，后几经修订，现行版本为LIN协会在2003年9月发布的LIN2.0。LIN规范包括传输协议规范、传输媒介、开发工具接口和软件程序编制接口。LIN的规范化将改变低端汽车网络杂乱的现状，并将降低汽车电子设备的开发、生产、服务和维护成本 3、1LIN拓扑结构 LIN采用单主机多从机模式，一个LIN网络包括一个主机节点和若干个从机节点。 (由于过多节点将导致网络阻抗过低，一个LIN网络中节点总数不宜超过16。)主机节点既包括主机任务也包括从机任务，从机节点都只包括从机任务，如图1所示。主机节点也可以通过网关和其他总线如CAN连接。 3、2LIN数据传输 LIN总线中数据借助报文帧来传输，报文帧由报文头和响应组成。 报文头只能由主机任务发送，它包括同步间隔场、同步场和标识符场三个部分。同步间隔场为至少13个连续的显性位(低电平)，它标志着一个报文帧的开始。其后为同步场，同步场逻辑值为0x55，从机节点利用同步场来实现与主机节点的同步。标识符场紧跟在同步场之后，长度为一个字节。标识符场中低6位为标识符位，共可组成64个标识符，其中60个用作一般报文传输、两个用作诊断帧、一个用作用户定义帧、一个留作LIN扩展用。标识符后两位为奇偶校验位。 标识符指出当前帧的内容，从机节点据此来确定自己是否应该对当前帧做出响应、做出何种响应。 响应由从机任务发送，它由数据场和校验和场组成。数据场由报文帧所携带的数据组成，长度为一到八个字节。报文帧的最后为校验和场，长度为一字节，LIN1.3及其以前的规范版本中规定校验和场仅对数据场作校验，称为传统校验和，LIN2.0规范中规定校验和场校验范围包括数据场和标识符场，称为增强校验和。 一个完整的报文帧如图2所示。 图2LIN报文帧 根据传输条件的不同，报文帧可分为绝对帧、触发帧、离散帧、诊断帧、用户定义帧和保留帧六种[2]。LIN总线上的所有通讯都由主机节点中的主机任务发起，主机任务根据进度表来确定当前的通讯内容，发送相应的帧头，并为报文帧分配帧通道。总线上的从机节点接收帧头之后，通过解读标识符来确定自己是否应该对当前通讯做出响应、做出何种响应。基于这种报文滤波方式，LIN可实现多种数据传输模式，且一个报文帧可以同时被多个节点接收利用，如图3所示。 图3LIN数据传输模式 3.3总线睡眠和唤醒 需要时可由主机节点发送一个标识符为0x3C且数据场中首字节为0的诊断帧将所有从机节点置为睡眠状态，如果总线在4秒钟以上没有任何活动，从机节点也自动进入睡眠状态，以减小功耗。 处于睡眠状态的LIN网络中的任何一个节点都可以请求唤醒总线，总线上的所有节点在接收到唤醒请求后应脱离睡眠状态并为接收总线命令做好准备。主机节点接收到唤醒请求后也被唤醒，并在从机节点准备好之后发送帧头，寻找唤醒原因。 3.4错误检测和处理 LIN规范定义了六种不同类型的报文错误:位错误、校验和错误、标识符错误、从机不响应错误、总线不活动错误和同步场不一致错误。主机节点和从机节点分别检测这六种错误中的若干种。 4(LIN应用设计 LIN是一种低速串行总线，其提出是针对汽车应用的，主要用于汽车电子控制系统，实现智能传感器、执行器等的连接。LIN定位于汽车上的下层局部网络。由CAN构成汽 图4基于CAN/LIN的分级制汽车网络 车的上层主干网络，而在不需要CAN的高速与多功能性的场合则由LIN来构成下层局部网络，实现分级制网络结构，以达到合理分配利用网络资源、提高线路布置的方便灵活性、降低成本的目的。典型的基于CAN-LIN总线的分级制汽车车身网络如图4所示。 现以车门LIN网络为例介绍LIN总线设计的一般方法。 车门控制LIN网络的结构及其在车门上的布置如图5所示，该网络由主机节点、后视镜从机节点、摇窗机从机节点、门锁从机节点构成。 图5车门控制LIN网络 主机节点采集本地各控制开关的状态并接受CAN总线上的远程信息，据此产生控制指令，并将指令转换为LIN报文帧通过LIN网络发送给相应从机节点，从机节点接收到与自己相关的报文帧后对报文帧进行拆封、解读，然后根据获得的指令控制相应的执行器动作，从而实现对车门各部件的控制。同时，在需要时从机节点分别将其控制部件所处状态反馈给主机节点，主机节点再将该状态信息通过指示灯或喇叭提供给驾驶员或通过CAN总线发送给其他控制单元。主机节点也作为本LIN网络与上层CAN网络连接的网关。 图6为车门控制LIN网络的主机节点和后视镜从机节点的结构框图图。主机节点主要由控制器、电源、控制按钮、LIN接口、CAN接口和指示灯几部分组成。后视镜从机节点主要由控制器、电源、LIN接口、执行器驱动单元和执行器如后视镜调整电机、除霜加热器等组成。 主机节点和从机节点控制器均采用PHILIPS的高性能8位单片机P87LPC768，该单片机除具有51系列单片机典型功能，完全满足LIN控制器的硬件要求外，还具有片内看门狗和振荡器等模块，可有效简化LIN节点结构，降低成本。LIN收发器采用PHILIPS公司生产的TJA1020，其可用波特率范围2.4-20Kbits/s，它具有较高的抗电磁干扰性(EMI),可以自动修整输出波形降低电磁辐射(EME)，且当传输速率低于10,,/,时,TJA1020可以工作在低斜率模式下而进一步降低电磁辐射。电源模块主要由PHILIPS公司生产的电压调节器SA57022构成，SA57022可通过ON/OFF引脚开启或关闭，它与LIN收发器配合实现节点的睡眠和唤醒。主机节点的CAN接口由CAN控制器SAJ1000和CAN驱动器82C250组成。从机节点中以BTS432等半导体功率开关器件取代传统的继电器作为各执行器的开关器件，具有响应迅速、可靠性高、结构紧凑等优点，并可通过其反馈引脚诊断负载状态。 5、结束语 随着汽车技术和网络通信技术的发展，汽车信息通信的网络化是必然趋势。汽车信息通信的多样化促进了汽车分级制网络的产生和发展。LIN作为一种性能优异、价格低廉的新型A类总线，必将进一步促进汽车分级制网络结构的实施和完善，推动汽车技术的发展。同时，LIN作为一个开放的协议，在工业及家电领域也有着广阔的应用前景。