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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、自動車窗節(jié)點等。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個節(jié)點（1主15從）。 2.對硬件要求簡單，僅需UART/SCI 接口，輔以簡單驅(qū)動程序便可實現(xiàn) LIN 協(xié)議。故幾乎所有的MCU均支持LIN。 3.不需要單獨的晶振，便能完成主、從節(jié)點的同步，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)點的加入，對網(wǎng)絡(luò)中其他原有節(jié)點的軟硬件設(shè)計不會造成影響。
LIN網(wǎng)絡(luò)主從節(jié)點的功能
LIN網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點任務(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)點上運行，而從機(jī)任務(wù)在主機(jī)節(jié)點和從機(jī)節(jié)點上均可運行。也就是說，主機(jī)節(jié)點可以實現(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)送報文幀頭，包含同步間隔場、同步場和標(biāo)識符場三個部分。 3.監(jiān)控總線通信，通過校驗和確定數(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)既可運行于主機(jī)又可運行于從機(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)送校驗和。 4.接受主機(jī)任務(wù)的喚醒和睡眠請求。 綜上，主機(jī)報文的標(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文進(jìn)行傳遞，但是這種報文數(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（包括主機(jī)節(jié)點）都具有從機(jī)任務(wù)，當(dāng)接到主機(jī)任務(wù)的報文信息時，它們中的某一個要對報文做出響應(yīng)。
報文頭僅可以由主機(jī)節(jié)點發(fā)出 LIN總線的一幀主要由兩部分組成，即報文頭（Header）和報文響應(yīng)（Response）。其中，報文頭是由一個主機(jī)節(jié)點的主機(jī)任務(wù)發(fā)出的，而報文響應(yīng)（以下簡稱響應(yīng)）是由一個主機(jī)節(jié)點或從機(jī)節(jié)點的從機(jī)任務(wù)發(fā)出的。其中報文頭由同步間隔場（最小13個顯性位）、同步場（1個字節(jié)，數(shù)據(jù)不變，0x55）、和PID場（1個字節(jié)）三部分組成；報文響應(yīng)由2/4/8個字節(jié)的數(shù)據(jù)場、校驗和場（1個字節(jié)）所組成。報文頭和響應(yīng)之間有一個幀內(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)。即每個字節(jié)場的長度是10個位定時(BIT TIME)：1bit起始位＋8bits數(shù)據(jù)位＋1bit停止位。 起始位(START BIT)是一個“顯性”位，它標(biāo)志著字節(jié)場的開始。接著是8個數(shù)據(jù)位，首先發(fā)送最低位。停止位(STOP BIT)是一個“隱性”位，它標(biāo)志著字節(jié)場的結(jié)束。LIN報文幀中的同步場、標(biāo)識符場、數(shù)據(jù)場、校驗和場的格式都符合上述字節(jié)場的格式。 下面對幾個重要的部分詳細(xì)說明。
同步間隔場
間隔場是唯一一個不符合字節(jié)場格式的場。從節(jié)點需要檢測到至少連續(xù)11個顯性位才認(rèn)為是間隔信號。
同步場
一個字節(jié)，即0x55。
LIN的被保護(hù)標(biāo)識符場（PID場）
PID場定義了報文的內(nèi)容和長度。如圖，PID場分為6個標(biāo)識符位和2個ID奇偶校驗位。6個標(biāo)識符位我們稱之為ID。如果加上2個奇偶校驗位就變成PID了，即Protected ID。6個標(biāo)識符位中，標(biāo)識符后兩位為數(shù)據(jù)長度控制位。總的來看，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，數(shù)據(jù)長度為2個字節(jié)。值為01時，數(shù)據(jù)長度為4個字節(jié)。值為11時，數(shù)據(jù)長度為8個字節(jié)。在實際應(yīng)用中，我并沒有發(fā)現(xiàn)ID4和ID5與真實的數(shù)據(jù)長度有什么關(guān)系。接觸到的LIN報文均為8個字節(jié)的數(shù)據(jù)。 P0和P1為奇偶校驗位，算法如下：
?
#include
?
?
數(shù)據(jù)場
數(shù)據(jù)場主要需注意每個字節(jié)先傳輸?shù)氖亲畹臀弧＜慈绻骋恍盘栭L度超過1個字節(jié)，采用低位在前的方式發(fā)送（小端）。
校驗和場（checksum）
校驗和場是數(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和。參照下圖理解一下。
如何算出LIN的校驗和場 講解一下上面的圖，0x4A+0x55 = 0x9F這個沒有疑問，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0xFF之和為0x1FE，處理后仍然為0xFF。故8個0xFF加和之后仍為0xFF，取反碼為0x00。
一組LIN報文
校驗和場的兩種類型
校驗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)。上文講到的校驗和場算法實際上是classic的，即只對Data（數(shù)據(jù)場）進(jìn)行校驗和的計算。Enhanced Checksum在計算時需要把PID也加入到計算隊列中。
9600波特率下，ChecksumType為classic 下圖是CST(校驗和類型)為Enhanced時的報文形態(tài)。此時校驗和的計算需要包含前面的PID字節(jié)。舉例，下圖中第一幀報文，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，只不過計算校驗和的時候，需要把PID也放進(jìn)去。
PLIN-USB收到的LIN報文，很詳細(xì) 這里有個知識點一定要注意：標(biāo)識符為0x3C和0x3D的幀只能使用經(jīng)典校驗，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，不能將PID也加入到校驗計算序列。自己寫LIN驅(qū)動的小伙伴要格外注意。
用Kvaser收到的第一個LIN報文 LIN總線的布線組網(wǎng) LIN網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點數(shù)量不應(yīng)超過16個，否則節(jié)點增加將減少網(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)點數(shù)。......但實際應(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)點數(shù)為16個。“ 實驗證明（該實驗需要考證），每增加一個節(jié)點，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)點的總線端電阻典型值是1k?，從機(jī)節(jié)點是30 k?。
LIN總線的應(yīng)用
LIN總線上可以傳輸?shù)膬深悢?shù)據(jù)，信號報文和診斷報文。 診斷報文的輸送是在具有兩個保留標(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)各報文發(fā)送的順序。調(diào)度表在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計階段確定。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)出報文頭，一個任務(wù)響應(yīng)，一個或多個任務(wù)接收。 事件觸發(fā)幀的標(biāo)識符為0到0x3B。事件觸發(fā)幀必須有一個獨立的ID，該ID可以與多個普通幀相關(guān)聯(lián)。在事件觸發(fā)幀時隙內(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，才發(fā)送幀響應(yīng)。幀響應(yīng)的第一個數(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)可由多個節(jié)點發(fā)送，發(fā)生沖突時切換到“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時隙、在需要時才被發(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個字節(jié)數(shù)據(jù)。0x3C為主請求幀，0x3D為從響應(yīng)幀（注意校驗方式是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)校驗和（Enhanced）”、“重新配置和診斷”、“波特率自動探測”、“響應(yīng)錯誤狀態(tài)監(jiān)控”。LIN2.0從機(jī)節(jié)點無法與LIN1.3主機(jī)節(jié)點操作。 關(guān)于睡眠 主節(jié)點可以發(fā)送一幀ID為0x3c，第一個字節(jié)為零的主請求幀來使處于工作狀態(tài)的從節(jié)點進(jìn)入睡眠。這幀報文稱為睡眠指令。 從節(jié)點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秒的時候，所有從節(jié)點必須進(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 在一個處于睡眠狀態(tài)的LIN網(wǎng)絡(luò)中，任何一個節(jié)點都可以發(fā)送喚醒信號。 喚醒信號是一個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)點發(fā)出喚醒信號之后150ms，主節(jié)點仍未發(fā)送報頭時，從節(jié)點可以再次發(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)點仍未發(fā)送報頭，從節(jié)點要等待1.5秒以后才可以再次發(fā)送喚醒信號。
編輯：黃飛
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