LIN總線是目前常見的一種A類網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。LIN的全稱為Local Interconnect Network。LIN主要功能是為CAN總線網(wǎng)絡(luò)提供輔助功能，應(yīng)用場合有智能傳感節(jié)點(diǎn)、自動車窗節(jié)點(diǎn)等。目前最新的LIN協(xié)議是LIN2.2，制定于2010年。LIN的一大優(yōu)點(diǎn)是成本低，但其最大傳輸速率為20Kbps。建議的通信速率如下，低速2400bps，中速9600bps，高速19200bps。根據(jù)OSI參考模型，LIN總線僅規(guī)范了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。

LIN的部分應(yīng)用LIN的特點(diǎn)如下：

1.采用單主多從的組網(wǎng)方式，無CAN總線那樣的仲裁機(jī)制，最多可連接16個(gè)節(jié)點(diǎn)（1主15從）。

2.對硬件要求簡單，僅需UART/SCI 接口，輔以簡單驅(qū)動程序便可實(shí)現(xiàn) LIN 協(xié)議。故幾乎所有的MCU均支持LIN。

3.不需要單獨(dú)的晶振，便能完成主、從節(jié)點(diǎn)的同步，硬件成本大幅降低。

4.僅使用一根信號線便可完成信息的傳輸，即所謂的單總線設(shè)備。

5.傳輸速率最高可達(dá)20Kbps，符合A類網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，滿足車身控制需要。

6.LIN 網(wǎng)絡(luò)中新節(jié)點(diǎn)的加入，對網(wǎng)絡(luò)中其他原有節(jié)點(diǎn)的軟硬件設(shè)計(jì)不會造成影響。

LIN網(wǎng)絡(luò)主從節(jié)點(diǎn)的功能

LIN網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)任務(wù)分為主機(jī)任務(wù)和從機(jī)任務(wù)兩類。其中，主機(jī)任務(wù)只在主機(jī)節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行，而從機(jī)任務(wù)在主機(jī)節(jié)點(diǎn)和從機(jī)節(jié)點(diǎn)上均可運(yùn)行。也就是說，主機(jī)節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)主機(jī)任務(wù)和從機(jī)任務(wù)。

A.主機(jī)任務(wù)主要執(zhí)行以下功能：

1.定義總線上的通信速率。（同步場？待考）

2.發(fā)送報(bào)文幀頭，包含同步間隔場、同步場和標(biāo)識符場三個(gè)部分。

3.監(jiān)控總線通信，通過校驗(yàn)和確定數(shù)據(jù)正確性與否。

4.使從機(jī)進(jìn)入喚醒或睡眠狀態(tài)，并響應(yīng)從機(jī)的喚醒要求。

B.從機(jī)任務(wù)既可運(yùn)行于主機(jī)又可運(yùn)行于從機(jī)，它主要完成以下功能：

1.等待主機(jī)任務(wù)發(fā)送的同步間隔，使從機(jī)與主機(jī)于同步場中獲得同步。

2.分析標(biāo)識符場，若與自己相關(guān)，則接收或發(fā)送數(shù)據(jù)，若與自己無關(guān)則什么都不做。

3.檢查和發(fā)送校驗(yàn)和。

4.接受主機(jī)任務(wù)的喚醒和睡眠請求。

綜上，主機(jī)報(bào)文的標(biāo)識符能觸發(fā)與之對應(yīng)的不同從機(jī)之間的通信。

LIN報(bào)文的幀結(jié)構(gòu)

LIN 總線上具有“顯性”和“隱性”兩種互補(bǔ)的邏輯電平。其中，顯性電平（參考地電壓）是邏輯 0，隱性電平（電源電壓）是邏輯1。

LIN在總線上以具有固定格式的報(bào)文進(jìn)行傳遞，但是這種報(bào)文數(shù)據(jù)段的長度是可以調(diào)整的。LIN網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)（包括主機(jī)節(jié)點(diǎn)）都具有從機(jī)任務(wù)，當(dāng)接到主機(jī)任務(wù)的報(bào)文信息時(shí)，它們中的某一個(gè)要對報(bào)文做出響應(yīng)。

報(bào)文頭僅可以由主機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)出

LIN總線的一幀主要由兩部分組成，即報(bào)文頭（Header）和報(bào)文響應(yīng)（Response）。其中，報(bào)文頭是由一個(gè)主機(jī)節(jié)點(diǎn)的主機(jī)任務(wù)發(fā)出的，而報(bào)文響應(yīng)（以下簡稱響應(yīng)）是由一個(gè)主機(jī)節(jié)點(diǎn)或從機(jī)節(jié)點(diǎn)的從機(jī)任務(wù)發(fā)出的。其中報(bào)文頭由同步間隔場（最小13個(gè)顯性位）、同步場（1個(gè)字節(jié)，數(shù)據(jù)不變，0x55）、和PID場（1個(gè)字節(jié)）三部分組成；報(bào)文響應(yīng)由2/4/8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)場、校驗(yàn)和場（1個(gè)字節(jié)）所組成。報(bào)文頭和響應(yīng)之間有一個(gè)幀內(nèi)空間分隔，最小空間為0。

LIN的幀結(jié)構(gòu)（英文版）

LIN的幀結(jié)構(gòu)（彩圖版）

LIN的幀結(jié)構(gòu)

示波器采出來的LIN波形，能看出0x00和0x55

LIN 的字節(jié)場格式就是通常的“SCI”或“UART”串行數(shù)據(jù)格式(N81編碼)。即每個(gè)字節(jié)場的長度是10個(gè)位定時(shí)(BIT TIME)：1bit起始位＋8bits數(shù)據(jù)位＋1bit停止位。

起始位(START BIT)是一個(gè)“顯性”位，它標(biāo)志著字節(jié)場的開始。接著是8個(gè)數(shù)據(jù)位，首先發(fā)送最低位。停止位(STOP BIT)是一個(gè)“隱性”位，它標(biāo)志著字節(jié)場的結(jié)束。LIN報(bào)文幀中的同步場、標(biāo)識符場、數(shù)據(jù)場、校驗(yàn)和場的格式都符合上述字節(jié)場的格式。

下面對幾個(gè)重要的部分詳細(xì)說明。

同步間隔場

間隔場是唯一一個(gè)不符合字節(jié)場格式的場。從節(jié)點(diǎn)需要檢測到至少連續(xù)11個(gè)顯性位才認(rèn)為是間隔信號。

同步場

一個(gè)字節(jié)，即0x55。

LIN的被保護(hù)標(biāo)識符場（PID場）

PID場定義了報(bào)文的內(nèi)容和長度。如圖，PID場分為6個(gè)標(biāo)識符位和2個(gè)ID奇偶校驗(yàn)位。6個(gè)標(biāo)識符位我們稱之為ID。如果加上2個(gè)奇偶校驗(yàn)位就變成PID了，即Protected ID。6個(gè)標(biāo)識符位中，標(biāo)識符后兩位為數(shù)據(jù)長度控制位?？偟膩砜?，ID的范圍是0-0x3F。注意是ID，不是PID。要區(qū)分開。這一段要講的是我們需要將LIN的ID與PID分清楚，不能混淆。

上圖中的ID4和ID5為數(shù)據(jù)長度控制位（ID4是低位）。值為00或10時(shí)，數(shù)據(jù)長度為2個(gè)字節(jié)。值為01時(shí)，數(shù)據(jù)長度為4個(gè)字節(jié)。值為11時(shí)，數(shù)據(jù)長度為8個(gè)字節(jié)。在實(shí)際應(yīng)用中，我并沒有發(fā)現(xiàn)ID4和ID5與真實(shí)的數(shù)據(jù)長度有什么關(guān)系。接觸到的LIN報(bào)文均為8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。

P0和P1為奇偶校驗(yàn)位，算法如下：

#include #include int main(){ short p0=0,p1=0; short LIN_ID=0x22,PID=0x00; p0 = (LIN_ID & 0x01) ^ ((LIN_ID & 0x02) >> 1) ^ ((LIN_ID & 0x04) >> 2) ^ ((LIN_ID & 0x10) >> 4); //按位異或 p0 = p0 & 0x01; p1 = ~(((LIN_ID & 0x02) >> 1) ^ ((LIN_ID & 0x08) >> 3) ^ ((LIN_ID & 0x10) >> 4) ^ ((LIN_ID & 0x20) >> 5)); p1 = p1 & 0x01; PID = (p1 << 7) | (p0 << 6) | LIN_ID;? ? ? ? printf("p0=%#x,p1=%#x,PID=%#X\n",p0,p1,PID);? ? ? ? system("pause");? ? ? ? return 0;}

所謂奇偶校驗(yàn)就是在發(fā)送的每一個(gè)字節(jié)后都加上一位，使得每個(gè)字節(jié)中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)個(gè)或偶數(shù)個(gè)。接收方通過計(jì)算數(shù)據(jù)中1的個(gè)數(shù)是否滿足奇偶性來確定數(shù)據(jù)是否有錯(cuò)。這個(gè)不用背，用的時(shí)候可以查表。

數(shù)據(jù)場

數(shù)據(jù)場主要需注意每個(gè)字節(jié)先傳輸?shù)氖亲畹臀?。即如果某一信號長度超過1個(gè)字節(jié)，采用低位在前的方式發(fā)送（小端）。

校驗(yàn)和場（checksum）

校驗(yàn)和場是數(shù)據(jù)場所有字節(jié)的和的反碼。所有數(shù)據(jù)字節(jié)的和的補(bǔ)碼，與校驗(yàn)和字節(jié)相加所得的和必須是0xFF。

算法（Classical）：累加所有字節(jié)。對每次加和進(jìn)行判斷，如果和大于0xFF，那么就把高八位的1，與低八位相加，其實(shí)就是低八位加1（翻轉(zhuǎn)八位和）。得到最后的結(jié)果后，取其反碼，我們就得到了最后的校驗(yàn)和。參照下圖理解一下。

如何算出LIN的校驗(yàn)和場

講解一下上面的圖，0x4A+0x55 = 0x9F這個(gè)沒有疑問，再加0x93 = 0x132，很明顯，超過了0xFF，分解為0x1和0x32，突出的高8位刪除，加到低8位中，0x1+0x32=0x33。再加0xE5 = 0x118，又超了，0x1+0x18=0x19。取反（Not），0xE6。

練習(xí)：下圖是一些LIN總線數(shù)據(jù)，以最后一組為例，2個(gè)0xFF之和為0x1FE，處理后仍然為0xFF。故8個(gè)0xFF加和之后仍為0xFF，取反碼為0x00。

一組LIN報(bào)文校驗(yàn)和場的兩種類型

校驗(yàn)和場通常會有兩種不同的類型，英文簡稱為CST（Checksum Type）。一種是classic checksum（LIN 1.3），一種是enhanced checksum(LIN 2.0及以上)。上文講到的校驗(yàn)和場算法實(shí)際上是classic的，即只對Data（數(shù)據(jù)場）進(jìn)行校驗(yàn)和的計(jì)算。Enhanced Checksum在計(jì)算時(shí)需要把PID也加入到計(jì)算隊(duì)列中。

9600波特率下，ChecksumType為classic

下圖是CST(校驗(yàn)和類型)為Enhanced時(shí)的報(bào)文形態(tài)。此時(shí)校驗(yàn)和的計(jì)算需要包含前面的PID字節(jié)。舉例，下圖中第一幀報(bào)文，ID為0x02，PID通過查表（參考文獻(xiàn)5）可得到對應(yīng)的PID是0x42，0x42的反碼是0xBD。原理上一樣，只不過計(jì)算校驗(yàn)和的時(shí)候，需要把PID也放進(jìn)去。

PLIN-USB收到的LIN報(bào)文，很詳細(xì)

這里有個(gè)知識點(diǎn)一定要注意：標(biāo)識符為0x3C和0x3D的幀只能使用經(jīng)典校驗(yàn)，這兩組幀是LIN的診斷幀。即LIN 2.0及以上才有的診斷幀，需要使用經(jīng)典校驗(yàn)，不能將PID也加入到校驗(yàn)計(jì)算序列。自己寫LIN驅(qū)動的小伙伴要格外注意。

用Kvaser收到的第一個(gè)LIN報(bào)文

LIN總線的布線組網(wǎng)

LIN網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量不應(yīng)超過16個(gè)，否則節(jié)點(diǎn)增加將減少網(wǎng)絡(luò)阻抗，會導(dǎo)致環(huán)境條件變差，從而不能進(jìn)行正常的無錯(cuò)誤通訊。BOSCH汽車電氣與電子中這樣描述，“LIN總線規(guī)范中沒有規(guī)定總線允許的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)。......但實(shí)際應(yīng)用中，為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，總線允許的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)為16個(gè)。“

實(shí)驗(yàn)證明（該實(shí)驗(yàn)需要考證），每增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)，就會減少約3％的阻抗；網(wǎng)絡(luò)中的通訊導(dǎo)線長度應(yīng)小于或等于40m；主機(jī)節(jié)點(diǎn)的總線端電阻典型值是1k?，從機(jī)節(jié)點(diǎn)是30 k?。

LIN總線的應(yīng)用

LIN總線上可以傳輸?shù)膬深悢?shù)據(jù)，信號報(bào)文和診斷報(bào)文。

診斷報(bào)文的輸送是在具有兩個(gè)保留標(biāo)識符的幀里面完成的。數(shù)據(jù)場的判讀取決于數(shù)據(jù)場本身以及通訊節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。

LIN具有調(diào)度表機(jī)制。調(diào)度表負(fù)責(zé)調(diào)度網(wǎng)絡(luò)各報(bào)文發(fā)送的順序。調(diào)度表在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段確定。調(diào)度表使得LIN通信具有可預(yù)測性。主任務(wù)可以擁有多個(gè)調(diào)度表，并在不同的調(diào)度表之間切換。

LIN的描述文件叫做LDF文件，可以設(shè)置報(bào)文幀，信號和調(diào)度表等。

LIN幀的分類

LIN幀按照幀類型來分類可以分為普通幀、事件觸發(fā)幀、零星幀、診斷幀、用戶自定義幀和保留幀。

普通幀的標(biāo)識符(ID)為0到0x3B。主任務(wù)發(fā)出報(bào)文頭，一個(gè)任務(wù)響應(yīng)，一個(gè)或多個(gè)任務(wù)接收。

事件觸發(fā)幀的標(biāo)識符為0到0x3B。事件觸發(fā)幀必須有一個(gè)獨(dú)立的ID，該ID可以與多個(gè)普通幀相關(guān)聯(lián)。在事件觸發(fā)幀時(shí)隙內(nèi)發(fā)送幀頭，只有當(dāng)相關(guān)聯(lián)的無條件幀內(nèi)有信號被更新時(shí)，才發(fā)送幀響應(yīng)。幀響應(yīng)的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)等于標(biāo)識符，即響應(yīng)最多可以傳輸7個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)；如果沒有幀響應(yīng)，幀頭被忽略。幀響應(yīng)可由多個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送，發(fā)生沖突時(shí)切換到“沖突解決調(diào)度表”，之后再切換回到原來的調(diào)度表。

零星幀表示共用一個(gè)時(shí)隙、在需要時(shí)才被發(fā)送的一組普通幀。標(biāo)識符為0到0x3B。

診斷幀用來傳輸診斷或配置信息，一般包含8個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。0x3C為主請求幀，0x3D為從響應(yīng)幀（注意校驗(yàn)方式是classic！）。診斷響應(yīng)基于ISO15765-2傳輸層和ISO14229應(yīng)用層。

診斷幀

用戶自定義幀標(biāo)識符為0x3E，可以傳輸任何用戶自定義的信息。

保留幀的標(biāo)識符為0x3F。略。

關(guān)于LIN的版本

LIN2.0新增加了下列屬性：“增強(qiáng)校驗(yàn)和（Enhanced）”、“重新配置和診斷”、“波特率自動探測”、“響應(yīng)錯(cuò)誤狀態(tài)監(jiān)控”。LIN2.0從機(jī)節(jié)點(diǎn)無法與LIN1.3主機(jī)節(jié)點(diǎn)操作。

關(guān)于睡眠

主節(jié)點(diǎn)可以發(fā)送一幀ID為0x3c，第一個(gè)字節(jié)為零的主請求幀來使處于工作狀態(tài)的從節(jié)點(diǎn)進(jìn)入睡眠。這幀報(bào)文稱為睡眠指令。

從節(jié)點(diǎn)在接到睡眠指令之后，也可以選擇不進(jìn)入睡眠狀態(tài)而繼續(xù)工作，這根據(jù)應(yīng)用層協(xié)議而定。

當(dāng)總線空閑4到10秒的時(shí)候，所有從節(jié)點(diǎn)必須進(jìn)入睡眠狀態(tài)。（注：空閑的定義是沒有顯性位和隱性位之間的轉(zhuǎn)換。）

關(guān)于喚醒

在一個(gè)處于睡眠狀態(tài)的LIN網(wǎng)絡(luò)中，任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送喚醒信號。

喚醒信號是一個(gè)250us到5ms的顯性電平。

問題：這里的喚醒信號可否按照恒潤的教程理解為在20Kbit/s波特率下的0x0F，或在1Kbit/s波特率下的0x0F？

當(dāng)從節(jié)點(diǎn)發(fā)出喚醒信號之后150ms，主節(jié)點(diǎn)仍未發(fā)送報(bào)頭時(shí)，從節(jié)點(diǎn)可以再次發(fā)送喚醒信號。當(dāng)連續(xù)發(fā)送了3次喚醒信號之后如果主節(jié)點(diǎn)仍未發(fā)送報(bào)頭，從節(jié)點(diǎn)要等待1.5秒以后才可以再次發(fā)送喚醒信號。

關(guān)于LIN的基礎(chǔ)知識先介紹到這里。推薦一個(gè)帖子：《白話LIN總線》，很生動形象！

白話 LIN總線， 晚會開始啦 - 汽車電子 - 電子工程世界-論壇

www.LIN-SUBBUS.org上的消息顯示稱，LIN2.2A為最后一版非ISO的LIN總線標(biāo)準(zhǔn)。

LIN總線最新的specification（規(guī)范）將會是ISO 17987 Part 1-7 中的一部分。
編輯：hfy