局域互聯(lián)網(wǎng)(LIN)是一種低成本的嵌入式網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，用于連接智能設(shè)備。LIN最常見于汽車工業(yè)。

1. LIN概述

? ? ? ?局域互聯(lián)網(wǎng)(LIN)總線是為汽車網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的一種低成本、低端多路復(fù)用通信標(biāo)準(zhǔn)。雖然控制器局域網(wǎng)(CAN)總線滿足了高帶寬、高級錯誤處理網(wǎng)絡(luò)的需求，但是實(shí)現(xiàn)CAN的軟硬件花費(fèi)使得低性能設(shè)備（如電動車窗和座椅控制器）無法采用該總線。若應(yīng)用程序無需CAN的帶寬及多用性，可采用LIN這種高性價比的通信方式。用戶可在最先進(jìn)的低價位8位微控制器中嵌入標(biāo)準(zhǔn)串行通用異步收發(fā)器(UART)，以相對廉價的方式實(shí)現(xiàn)LIN。

現(xiàn)代汽車網(wǎng)絡(luò)包含各類總線。例如，在主體電子設(shè)備的低成本應(yīng)用程序中使用LIN，在主流動力系統(tǒng)和車身通信中使用CAN，而在先進(jìn)系統(tǒng)（如主動懸掛）中的高速同步數(shù)據(jù)通信中使用新興的FlexRay總線。

LIN總線采用主/從方法，包含一個LIN主方和一個或多個LIN從方。

圖1. LIN消息幀

消息標(biāo)題包含一個中斷（用于標(biāo)記幀的開始）和一個同步字段（供從節(jié)點(diǎn)同步時鐘）。標(biāo)識符(ID)包含一個6位消息ID和一個2位校驗(yàn)字段。ID表示特定的消息地址，而非目標(biāo)。接收并解碼ID后，從方開始消息響應(yīng)，該消息響應(yīng)包含1至8字節(jié)的數(shù)據(jù)以及一個8位校驗(yàn)和。

主方控制消息幀的排序，該排序在調(diào)度中是固定的。用戶可按需改變該調(diào)度。

LIN標(biāo)準(zhǔn)更新過多個版本。1.3版本最終確定了字節(jié)層通信。2.0和2.1版本新增了更多消息規(guī)范和服務(wù)，但仍與LIN 1.3版本的字節(jié)層兼容。

?

API對該功能不提供原生支持，但用戶依然可實(shí)現(xiàn)該功能。?

? ? ? 表1. LIN 1.3、2.0及2.1版本對比

2. LIN幀格式

? ? ? ?LIN總線是一種輪詢總線，帶有一個主設(shè)備和一個或多個從設(shè)備。主設(shè)備同時包含一個主任務(wù)和一個從任務(wù)。每個從設(shè)備僅包含一個從任務(wù)。LIN總線上的通信完全由主設(shè)備上的主任務(wù)控制。LIN總線上傳輸?shù)幕締挝皇菐?，每幀又分為?biāo)題和響應(yīng)。標(biāo)題總是通過主節(jié)點(diǎn)傳輸，包含3個不同的字段：中斷、同步(sync)及標(biāo)識符(ID)。響應(yīng)通過從任務(wù)傳輸，可位于主節(jié)點(diǎn)或從節(jié)點(diǎn)中，包含一個數(shù)據(jù)載荷及一個校驗(yàn)和。

通常，主任務(wù)通過傳輸標(biāo)題，在循環(huán)中輪詢每個從任務(wù)。該標(biāo)題包含一個中斷-同步-ID序列。啟動LIN之前，每個從任務(wù)被配置為根據(jù)接收到的標(biāo)題ID向總線發(fā)布數(shù)據(jù)或從總線訂閱數(shù)據(jù)。一旦收到標(biāo)題，每個從任務(wù)將驗(yàn)證ID校驗(yàn)，并檢查ID，以決定選擇發(fā)布或訂閱。若從任務(wù)需要發(fā)布響應(yīng)，將向總線傳輸1至8數(shù)據(jù)字節(jié)，后接1個校驗(yàn)和字節(jié)。若從任務(wù)需要訂閱，將從總線讀取數(shù)據(jù)載荷和校驗(yàn)和字節(jié)，并采取適當(dāng)?shù)膬?nèi)部動作。

對于標(biāo)準(zhǔn)從至主通信，主方廣播標(biāo)識符至網(wǎng)絡(luò)，僅有一個從方響應(yīng)數(shù)據(jù)載荷。

主至從通信伴隨著一個主節(jié)點(diǎn)中的獨(dú)立從任務(wù)。該任務(wù)自我接收發(fā)布至總線的全部數(shù)據(jù)，并以獨(dú)立從節(jié)點(diǎn)的方式響應(yīng)。為了傳輸數(shù)據(jù)字節(jié)，主方必須首先根據(jù)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)值，升級其內(nèi)部從任務(wù)的響應(yīng)。接著，主方將發(fā)布合適的幀標(biāo)題，內(nèi)部從任務(wù)傳輸其數(shù)據(jù)載荷至總線。

圖2. LIN消息幀

1. 中斷

每個LIN幀都以中斷作為開始，包含13個顯性位（額定），后接一個1位（額定）隱性中斷分隔符。中斷的作用是將幀的開始通知給總線上的所有節(jié)點(diǎn)。

2. 同步

同步字段是主任務(wù)在標(biāo)題中傳輸?shù)牡诙€字段。同步被定義為字符x55。同步字段允許進(jìn)行自動波特率檢測的從設(shè)備測量波特率周期，并調(diào)節(jié)其內(nèi)部波特率，與總線進(jìn)行同步。

3. ID

ID字段是主任務(wù)在標(biāo)題中傳輸?shù)淖詈笠粋€字段。該字段識別網(wǎng)絡(luò)上的每條消息，并最終決定由網(wǎng)絡(luò)中的哪些節(jié)點(diǎn)接收或響應(yīng)每個傳輸。所有從任務(wù)連續(xù)監(jiān)聽ID字段、驗(yàn)證其校驗(yàn)，并決定其是否是該特定標(biāo)識符的發(fā)布者或訂閱者。LIN總線一共能提供64個ID。ID 0～59用于信號攜帶（數(shù)據(jù)）幀，60和61用于攜帶診斷數(shù)據(jù)，62預(yù)留給用戶自定義擴(kuò)展，63預(yù)留給未來協(xié)議升級。ID作為一個受保護(hù)的ID字節(jié)通過總線傳輸，低6位包含原始ID，高2位包含校驗(yàn)。

?

表2. 校驗(yàn)計(jì)算方法

4. 數(shù)據(jù)字節(jié)

從任務(wù)在響應(yīng)中傳輸數(shù)據(jù)字節(jié)字段。該字段包含1至8字節(jié)的載荷數(shù)據(jù)字節(jié)。

5. 校驗(yàn)和

從任務(wù)在響應(yīng)中傳輸校驗(yàn)和字段。LIN總線采用2個校驗(yàn)和算法之一，以計(jì)算8位校驗(yàn)和字段中的值。經(jīng)典校驗(yàn)和的計(jì)算方法是單獨(dú)累加數(shù)據(jù)字節(jié)，而增強(qiáng)校驗(yàn)和的計(jì)算方法則是累加數(shù)據(jù)字節(jié)及受保護(hù)的ID。

LIN 2.0規(guī)范將校驗(yàn)和的計(jì)算過程定義為：累加所有值，且當(dāng)總和大于等于256時減去255（與modulo-255或modulo-256不同）。根據(jù)LIN 2.0標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)典校驗(yàn)和用于LIN 1.3從節(jié)點(diǎn)，而增強(qiáng)校驗(yàn)和用于LIN 2.0從節(jié)點(diǎn)。該規(guī)范進(jìn)一步規(guī)定，ID 60～63應(yīng)該總是使用經(jīng)典校驗(yàn)和。NI LIN接口允許設(shè)置校驗(yàn)和類型為經(jīng)典或增強(qiáng)。默認(rèn)設(shè)置為經(jīng)典。根據(jù)LIN 2.0規(guī)范，無論如何設(shè)置校驗(yàn)和屬性，ID 60～63總是使用經(jīng)典校驗(yàn)和。

圖3顯示了主任務(wù)標(biāo)題和從任務(wù)響應(yīng)如何組合成一個完整的LIN幀。

圖3. 創(chuàng)建LIN幀

3. LIN總線定時

? ? ? ?由于LIN總線是輪詢總線，處理每幀分配的額定時間槽如下：

? ? ? ?THeader_Nominal = 34 * TBit
? ? ? ?TResponse_Nominal = 10 * (NData + 1) * TBit
? ? ? ?TFrame_Nominal = THeader_Nominal + TResponse_Nominal

處理每幀分配的最大時間槽如下：

? ? ? ?THeader_Maximum = 14 * THeader_Nominal
? ? ? ?TResponse_Maximum = 1.4 * TResponse_Nominal
? ? ? ?TFrame_Maximum = THeader_Maximum + TResponse_Maximum

4. LIN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及行為

? ? ? ?LIN總線連接一個主設(shè)備（節(jié)點(diǎn)）和一個或多個從設(shè)備（節(jié)點(diǎn)），成為一個LIN簇。對應(yīng)的功能文件描述了該節(jié)點(diǎn)的行為。節(jié)點(diǎn)功能文件輸入系統(tǒng)定義工具，生成LIN描述文件(LDF)，描述整個簇的行為。系統(tǒng)生成器解析LDF，自動生成目標(biāo)節(jié)點(diǎn)中的特定行為。此時，按照LDF中指定的方式，主節(jié)點(diǎn)主任務(wù)開始在總線上傳輸標(biāo)題，簇中的所有從任務(wù)（包括主節(jié)點(diǎn)自己的從任務(wù)）開始響應(yīng)。

總體來說，LDF用于配置及創(chuàng)建LIN簇的調(diào)度行為。例如，LDF定義了波特率、主任務(wù)傳輸標(biāo)題時的順序及時間延遲，以及響應(yīng)時每個從任務(wù)的行為。NI LIN硬件及用于LIN的NI-CAN幀API無法為LDF提供原生的完整支持，即用戶無法下載調(diào)度行為至硬件。但是，硬件提供了訪問總線的底層支持（寫入標(biāo)題及發(fā)布或訂閱作為響應(yīng)），用戶可在應(yīng)用程序?qū)觿?chuàng)建調(diào)度行為。正如在NI LIN響應(yīng)輸入幀類型的描述中所說，NI LIN硬件采用響應(yīng)隊(duì)列存儲從任務(wù)響應(yīng)。響應(yīng)隊(duì)列保留64個響應(yīng)，與每個為LIN指定的（最多64個）ID一一對應(yīng)。這將確保LIN接口的從任務(wù)可在LIN規(guī)范規(guī)定的響應(yīng)時間內(nèi)響應(yīng)標(biāo)題。

用于LIN的NI-CAN幀API可通過一種穩(wěn)健的方式完成與LIN總線的底層交互。終端用戶可使用基本功能，開發(fā)復(fù)雜應(yīng)用程序，包括分析及原型化LIN網(wǎng)絡(luò)。用于LIN的NI-CAN幀API無法為LIN診斷或配置、LDF或調(diào)度表提供原生支持。但是，用戶可在采用用于LIN的NI-CAN幀API的應(yīng)用程序中實(shí)現(xiàn)這些任務(wù)。

5. LIN錯誤檢測及限制

? ? ? ?LIN 2.0規(guī)范聲明，應(yīng)當(dāng)由從任務(wù)處理錯誤檢測，且主任務(wù)的錯誤監(jiān)控不是必需的。LIN 2.0規(guī)范不要求在一個LIN幀中處理多個錯誤，也不要求使用錯誤計(jì)數(shù)器。一旦在幀內(nèi)遇到第一個錯誤，從任務(wù)將中止幀處理，直到檢測到下一個中斷-同步序列（在主任務(wù)傳輸?shù)南乱粋€標(biāo)題中）。若記錄總線錯誤屬性設(shè)置為true，那么總線錯誤幀將記錄至讀取隊(duì)列。若記錄總線錯誤屬性設(shè)置為false，ncWriteNet或ncWriteNetMult將返回錯誤。

LIN還可向網(wǎng)絡(luò)提供錯誤報告。LIN 2.0規(guī)范定義了一個Response_Error狀態(tài)位，其中，從設(shè)備需在其傳輸?shù)囊粠邢蛑髟O(shè)備報告。當(dāng)從節(jié)點(diǎn)接收或傳輸?shù)膸捻憫?yīng)字段中包含錯誤，該位設(shè)置完畢。通過從任務(wù)的已發(fā)布響應(yīng)中傳輸后，該狀態(tài)位就被清空。用于LIN的NI-CAN幀API無法對Response_Error狀態(tài)位提供原生支持，但終端用戶可在應(yīng)用程序?qū)虞p松實(shí)現(xiàn)該功能。該過程將記錄總線錯誤屬性設(shè)置為1，允許在讀取隊(duì)列中記錄總線錯誤幀。錯誤代碼代表響應(yīng)中的錯誤，應(yīng)用程序可通過該代碼，監(jiān)控總線錯誤幀的讀取。這時，應(yīng)用程序?qū)⒃诰植孔兞恐性O(shè)置一個Response_Error狀態(tài)位。應(yīng)用程序可使用NI LIN響應(yīng)輸入幀類型，更新從響應(yīng)隊(duì)列中包含Response_Error狀態(tài)字段的數(shù)據(jù)，并清空局部變量中的字段。

6. LIN睡眠和喚醒

? ? ? ?LIN的特色是允許設(shè)備進(jìn)入睡眠狀態(tài)并節(jié)約用電。根據(jù)LIN 2.0規(guī)范，當(dāng)主任務(wù)發(fā)送的診斷主要求幀(ID=60)首個數(shù)據(jù)字節(jié)等于0時，所有從任務(wù)必須進(jìn)入睡眠模式。該特殊幀稱為睡眠命令。若LIN的非活動時間大于4秒，從任務(wù)也將自動進(jìn)入睡眠模式。用于LIN的NI-CAN幀API允許用戶在應(yīng)用程序?qū)訉IN接口設(shè)置為睡眠模式，提供了極大的便利性。一旦接收到包含睡眠請求信息的完整幀，或表明總線非活動時間超過4秒的總線非活動幀，用戶可設(shè)置LIN Sleep屬性為TRUE，讓LIN接口進(jìn)入睡眠模式。

LIN還可喚醒總線上的設(shè)備。總線上的任何節(jié)點(diǎn)都可發(fā)起喚醒任務(wù)（不論是從節(jié)點(diǎn)還是主節(jié)點(diǎn)）。根據(jù)LIN 2.0規(guī)范，強(qiáng)制總線顯性時間持續(xù)250 μs至5 ms可觸發(fā)喚醒請求。每個從節(jié)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)檢測喚醒請求，并在100 ms內(nèi)準(zhǔn)備好處理標(biāo)題。主節(jié)點(diǎn)也應(yīng)當(dāng)檢測喚醒請求，并在從節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)備完畢時開始發(fā)送標(biāo)題（在接收到喚醒請求的100 ms至150 ms內(nèi)）。若主節(jié)點(diǎn)未在接收首個喚醒請求后的150 ms內(nèi)發(fā)送標(biāo)題，請求喚醒的從節(jié)點(diǎn)可能發(fā)起第二次喚醒請求（并再次等待150 ms）。若主節(jié)點(diǎn)仍無響應(yīng)，從節(jié)點(diǎn)將發(fā)起第三次喚醒請求，并再次等待150 ms。若仍然無響應(yīng)，從節(jié)點(diǎn)必須等待1.5秒，才可發(fā)起第四次喚醒請求。根據(jù)LIN 2.0規(guī)范，用于LIN的NI-CAN幀API允許執(zhí)行喚醒，無論LIN接口作為主設(shè)備還是從設(shè)備運(yùn)行。

7. 高級幀類型

? ? ? ?LIN 2.0規(guī)范進(jìn)一步將LIN幀分為6種類型：

1、無條件型
2、事件觸發(fā)型
3、偶發(fā)型
4、診斷型
5、用戶定義型
6、預(yù)留型

值得指出的是，不同幀類型之間的區(qū)別在于其傳輸方式的定時，或數(shù)據(jù)字節(jié)的內(nèi)容。不論屬于哪種類型，一個完整的LIN幀總是包含一個由主任務(wù)傳輸?shù)臉?biāo)題和一個由從任務(wù)傳輸?shù)捻憫?yīng)。用于LIN的NI-CAN幀API可處理各種LIN指定幀類型。無條件幀類型最為常用。無條件幀可攜帶信號（數(shù)據(jù)），標(biāo)識符位于0～59的區(qū)間內(nèi)。

事件觸發(fā)幀類型試嘗試預(yù)留總線帶寬，方法是在一個幀槽時間內(nèi)從多個從節(jié)點(diǎn)請求一個無條件幀響應(yīng)。

事件觸發(fā)幀的ID位于0～59的范圍內(nèi)。若主節(jié)點(diǎn)從無條件幀對其發(fā)起查詢，每個可能響應(yīng)事件觸發(fā)型標(biāo)題ID的從節(jié)點(diǎn)將在首個數(shù)據(jù)字段載入其需要響應(yīng)的受保護(hù)ID。事件觸發(fā)幀的工作原理如下。主方在標(biāo)題中寫入一個事件觸發(fā)ID。從方在數(shù)據(jù)更新時，只響應(yīng)事件觸發(fā)ID。

若僅有一個從方發(fā)布響應(yīng)，主方將接受該響應(yīng)，并在讀取第一個數(shù)據(jù)字段后了解哪個從方（根據(jù)受保護(hù)的ID）發(fā)布了該響應(yīng)。若有多個從方發(fā)布響應(yīng)，將發(fā)生碰撞，主設(shè)備的從任務(wù)將報告總線錯誤。主設(shè)備將通過無條件幀從每個從方查詢響應(yīng)。

偶發(fā)幀嘗試向LIN提供一些動態(tài)行為。偶發(fā)幀總是攜帶信號（數(shù)據(jù)），ID范圍為0～59。當(dāng)主任務(wù)知道幀內(nèi)數(shù)據(jù)值（信號）已更新時，偶發(fā)幀的標(biāo)題應(yīng)當(dāng)僅在其幀槽內(nèi)發(fā)送。該要求使主設(shè)備的從任務(wù)成為偶發(fā)幀響應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布者。

診斷幀的長度總是8數(shù)據(jù)字段，攜帶診斷或配置數(shù)據(jù)。對于主請求幀，其ID為60；對于從請求幀，其ID為61。用戶定義幀的ID為62，可攜帶任意類型的信息。保留幀的ID為63，且必須在LIN 2.0簇內(nèi)使用。

8. 推薦的PC LIN接口

NI-XNET LIN
NI-XNET產(chǎn)品線包括加速的CAN、LIN以及FlexRay接口；優(yōu)化的驅(qū)動；易用的API；以及配置和調(diào)試工具。通過NI-XNET接口，用戶可在NI LabVIEW、LabVIEW Real-Time和C/C++中更加快捷簡單地開發(fā)應(yīng)用程序，用于原型設(shè)計(jì)、仿真和測試CAN、LIN以及FlexRay網(wǎng)絡(luò)。

NI-XNET PCI/PXI及C系列LIN接口還具備集成式LDF支持、硬件定時調(diào)度主任務(wù)以及幀和信號通信。

圖4. 用于CAN、LIN和FlexRay的NI-XNET平臺

NI USB LIN

圖5. NI USB-8476 LIN接口

用戶還可通過NI?USB-8476 LIN接口與LIN設(shè)備進(jìn)行通信。這是一種廉價、可移動的與LIN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的方法。??