汽車LIN網絡解決方案淺析
LIN總線是針對低成本應用而開發的汽車串行協議，是對現有CAN網絡的補充，支持車內的分層式網絡。該協議是簡單的主/從配置，主要流程在主節點上完成。為了減少成本，從節點應當盡量簡單。
LIN總線是主從協議，總線中的所有數據傳輸都由主節點發起。現在有兩種完全不同的方法可以將數據傳輸到從節點，即主-從傳輸（主節點中的從任務傳輸數據）或從-從傳輸（主節點發送幀頭，從某個從節點傳輸數據，然后由另一從節點接收該數據）。這兩種方法具有不同的優勢和劣勢。
LIN協議是時間觸發型，不需要總線仲裁，同樣可以計算每條信息幀在最差環境的定時。每條信息幀的傳輸都由主節點上執行的調度表控制。調度表在既定時間傳輸信息幀幀頭。
網絡實施
本節主要介紹單個LIN網絡、多個LIN網絡和混合CAN/LIN網絡的各個方面。
1. 單個LIN網絡（多個門節點）
在這類網絡中，車身控制器模塊（BCM）將通過單個LIN網絡與其它所有節點相連。如圖1所示。
這類網絡有非常直接的結構體系，LIN連接有效地取代了CAN解決方案。雖然LIN協議最初是設計為對CAN進行補充（而不是替換CAN），但是如圖1所示的連接可以實現一個簡單的LIN解決方案。
這還是一個能降低成本的解決方案，因為它不需要任何CAN節點。BCM是LIN 網絡的主節點，所有LIN節點都可以接入LIN網絡上傳輸的所有信息。采用該種解決方案，網絡上通常擁有5個LIN節點。減少節點數量和定義初始信息傳輸方法使網絡更直接有效。
但是，制訂進度表（定義哪條信息會在網絡中以什么順序出現）比較困難。如果該系統使用從節點——從節點通信，就可以簡化進度表的制訂過程，因為它把把網絡流量減少到最小程度。例如，如果一個車門有任何鍵盤操作，這時主節點需要作出決策：網絡上的任何節點都能在同一個信息幀內做出響應。
這類網絡信息流最短，從而引起的EMC問題最少。同時，流量密度的降低，還有助于減少輻射。此外，由于所有節點都通過單線連接，因而將接頭數量減到最少，這樣增加了可靠性。
2. 兩個LIN網絡
為了克服單個LIN網絡的缺點，部分公司開始使用雙LIN網絡。如圖2所示。
BCM控制兩個完全獨立的LIN網絡，使得制制訂進度表變得相對簡單，網絡靈活性也增強，即使出現撞車事件，大部分網絡保持完整性的可能性也很大仍能保持完整狀態。同時采用兩個完全獨立的LIN網絡，有利于各個網進行及時通信。
3. 具備LIN分層結構的CAN
僅僅依靠LIN不能克服所有的局限。那么，在汽車應用中怎么應用LIN呢？我們在前面的介紹中提到，LIN是作為CAN的補充，而不是徹底替換CAN。圖3是CAN/LIN混合網絡的解決方案：
如前所述，通常BCM和四個車門通過一個CAN網絡連接。這是目前大量生產商采用的典型方案。這時，每個車門內的高性能控制器（MCU），如常見的飛思卡爾HC908AZ60A, 直接控制車窗和車鏡。
采用LIN結構實現車門功能，就可以選擇規格更小的MCU（如HC908GZ16），它除了能為BCM通信提供必要的CAN接口，還有足夠的資源去控制單個LIN網絡。在本例中，駕駛員車門MCU除了是BCM 的CAN 接口，還是控制后視鏡、鍵盤、鎖和車窗升降等操作的LIN網絡的主節點。
這樣做雖然會增加車門內的MCU，但如果對MCU和LIN狀態機進行合適的選擇，就可以獲得功能更強大、更靈活的分布式系統。
4. 車門控制
前面的例子介紹了車門內部的典型LIN網絡，同時還針對上面提及的局限性提出了解決方法。但是，現在車門網絡仍然存在幾個問題，特別是功能失效和安全問題。車鏡是系統中最容易被破壞的部件，在市區駕駛時經常被人取走，從而造成網絡中斷，甚至給部分生產商帶來無法承受的風險。在安全方面，大量罪犯可以輕松取走車鏡，從而獲得駕駛員車門MCU的直接接入。這又是一個重大風險。
有幾種方法可以減少這種風險。方法之一如圖4所示。
在本例中，車門內部有兩個LIN網絡。從圖4可以看到，車鏡與系統其它部分有效地隔離開，大大降低車鏡被取走而帶來的危害。任何罪犯行為只能訪問駕駛員車門MCU，但無法接入關鍵組件，如門鎖等。
還有一種方法通過LIN子節點控制車鏡。在本例中，安全和可靠性問題都能夠有效解決。車鏡由鍵盤MCU或LIN節點直接控制。兩種方法都是合適的系統設計。
典型的LIN節點
上面介紹了車門內部的LIN網絡。下面是車內常見LIN節點的例子。
1. 駕駛員車門模塊
在上面的系統中，該模塊是車門網絡的主節點，提供車門內部LIN網絡的控制和定時功能。它能控制車門內所有LIN 節點，同時也充當車身控制模塊（BCM）和本地LIN 網絡之間的網關。
2. 后視鏡模塊
典型的新型后視鏡鏡通常能夠支持X、Y方向和折疊功能。車鏡模塊還保存車鏡位置等詳細信息，有時駕駛員或乘客車鏡還安裝溫度感應器來持續監控外界環境。該信息一般被用作駕駛員信息，也可以作為復雜的發動機管理系統信息。車鏡模塊通常是LIN從節點。
3. 車窗升降模塊
電子車窗包括升、降和防夾控制。車窗升降節點一般是LIN 從節點，有時前車窗模塊同時充當BCM的LIN從節點和后車門的主節點。
4. 門鎖模塊
鎖定功能包括“標準鎖”和“童鎖”。車門內部的LIN直接與模塊連接，這也是實現童鎖功能的前提條件，這樣司機才能取消特定的門鎖功能。門鎖模塊一般是LIN 從節點。
5. 前開關面板
汽車舒適性控制的大量功能（如鎖門、車窗升降和車鏡控制的開關）有時集成到單個模塊中，作為LIN網絡的從節點。
通信方法
如前所述，LIN網絡的數據通信主要包括兩種不同方法：主-從數據傳輸或從-從數據傳輸。兩種方法都由主節點控制，有各自的優勢和劣勢。
1. 主-從通信
主節點傳輸信息ID，進而發送數據傳輸命令。網上所有LIN節點將該信息進行轉換，然后再進行相應的操作。
根據該主-從通信模式，主節點內部有一個從節點正在運行。它對正確的ID進行響應，然后將規定的比特傳輸到LIN總線。不同LIN節點在網絡中都擁有完整的LIN幀，同時還按照各自的不同應用提供主節點數據和流程。
例如，主節點可能希望所有門鎖都打開，這樣每個門鎖節點被設定為對單個信息進行響應，然后完成開鎖；或者主節點可能傳輸四條不同信息，然后選擇性地打開門鎖。
主-從通信模式將大部分調度操作轉移到主節點上，從而簡化其它節點操作。因此，LIN從節點硬件大幅減少，甚至可能減少為單個狀態設備。另一個優勢是，由于主節點能夠同時與所有節點通信，已信息和要求的ID數量都大大減少。
主節點將所有數據通信發送到全部節點（然后在所有數據傳輸到其它設備之前從節點上接收該數據），這樣可以檢查傳輸數據的有效性。該操作允許主節點對所有通信進行監測，減少或消除潛在錯誤。
但是，這種通信方法速度緩慢。這時，LIN節點很難及時地接收和處理數據，并選擇性地將它傳輸給其它節點。
2. 從-從通信
主節點同樣發送信息幀頭。但是，在從-從通信模式下，響應“從任務”的是遠程節點，如鍵盤。當鍵盤“填滿”信息幀數據字節時，網上所有節點都能看到整個傳輸過程，并響應相應的操作。本例中，車窗LIN 從節點響應鍵盤LIN節點數據。
與主-從通信相比，從-從通信方法更迅捷。各個信息幀上的節點共用信息，從而極大地提高響應速度。單個信息可以打開兩扇車窗，關閉一個車門，打開三個車門或者移動車窗。這樣就可以明顯減少網上的數據流量。
但是，從-從通信方法也有不足：首先，各個從節點的時鐘源未知，因此從節點將數據傳輸到網絡時（根據主節點請求），數據可能發生漂移。主節點有一個精確度很高的時鐘，因此針對數據漂移得有很高級別的容差范圍，但另一個接受數據的LIN 從節點卻沒有這么高，這會導致數據誤譯。其次，這種情況下，主節點不顯示“從-從”通信已經失效。
信息幀傳輸持續時間
下表介紹了2、4、8字節信息在傳輸速率為600bit/sec 和19200bit/sec時的最長持續時間。本協議專用于1kbps和 20kbps之間的運行，建議在LIN技術規范中也使用這些傳輸速率。如表1所示。
這些數據可能看起來速率很慢（特別是與CAN 比較時），但這樣規定有多方面的原因，兩大主要原因是最大限度地降低EMC輻射和簡化從節點。
本文小結
隨著汽車的一些智能控制功能轉移到最小節點中，對于能滿足這樣要求的小而可靠的微處理器的需求不斷增加。LIN網絡方案使大量節點之間的互連變得簡單、經濟高效，因此是理想的解決方案。不過系統設計人員在設計時仍應考慮其它因素。
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