什么是LIN總線？ CAN和LIN的區(qū)別

什么是LIN總線？

有了CAN為什么還會有LIN，CAN和LIN的區(qū)別，LIN的優(yōu)勢在哪？

一些關(guān)于LIN總線基礎(chǔ)的內(nèi)容，把其中的關(guān)鍵點提取了出來，在這里分享給大家。在這里你可能要問“不都有CAN總線了嗎？這個LIN總線又是從哪里來的？”其實理由很簡單，就是CAN總線太貴啦！處處都用CAN總線的話，那整車的總線架構(gòu)成本將會變得很高！在一些比如車身電子配件的地方（如車窗、后視鏡、大燈、車鎖等），我們不需要報文像CAN總線上傳輸?shù)哪菢印案咚佟?！各大廠商一拍腦門就研究了這個LIN總線！本文關(guān)注點：有了CAN為什么還會有LIN，CAN和LIN的區(qū)別，LIN的優(yōu)勢在哪？

1. 什么是LIN總線？LIN（Local Interconnect Network）總線是基于UART/SCI（通用異步收發(fā)器/串行接口）的低成本串行通訊協(xié)議。其目標(biāo)定位于車身網(wǎng)絡(luò)模塊節(jié)點間的低端通信，主要用于智能傳感器和執(zhí)行器的串行通信，而這正是CAN總線的帶寬和功能所不要求的部分。

2. CAN/LIN總線區(qū)別由于LIN網(wǎng)絡(luò)在汽車中一般不獨立存在，通常會與上層CAN網(wǎng)絡(luò)相連，形成CAN-LIN網(wǎng)關(guān)節(jié)點。

2.1.LIN總線的主從關(guān)系LIN總線采用的是單線傳輸形式，應(yīng)用了單主機多從機（有無主動上報的支持？）的概念，總線電平一般為12V，傳輸速率最高限制為20kbps。由于物理層的限制，一個LIN網(wǎng)絡(luò)最多可以連接16個節(jié)點。

總線任務(wù)負責(zé)：

調(diào)度總線上幀的傳輸次序

監(jiān)測數(shù)據(jù)，處理錯誤

作為標(biāo)準時鐘參考（不是異步通信？）

接收從機節(jié)點發(fā)出的總線喚醒命令

從機任務(wù)不能直接向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，需要接受到主節(jié)點發(fā)送的幀頭后，根據(jù)幀頭所包含的信息來判斷：

發(fā)送應(yīng)答

接收應(yīng)答

既不接收也不應(yīng)答

LIN的特點

網(wǎng)絡(luò)由一個主節(jié)點與若干個從節(jié)點構(gòu)成

使用LIN總線可以大幅度削減成本（CAN和Lin都需要收發(fā)器，但是Lin屬于單線制在線束上節(jié)?。?/p>

傳輸具有確定性，傳播時間可以提前計算

LIN具有可預(yù)測的EMC（電磁兼容性）性能，為了限制EMC的強度，LIN協(xié)議規(guī)定最大傳輸速率為20kbps

LIN總線提供信號的配置、處理、識別和診斷功能（這些都是UART不具備的，可LIN是怎么實現(xiàn)的呢？）

3.LIN報文幀結(jié)構(gòu)LIN報文幀包括幀頭（hearder）與應(yīng)答（response）兩部分。主機負責(zé)發(fā)送至幀頭;從機負責(zé)接收幀頭并作出解析，然后決定是發(fā)送應(yīng)答，還是接收應(yīng)答或不回復(fù)。

（主機）幀頭結(jié)構(gòu)包括同步間隔段、同步段、PID段（受保護ID）段，應(yīng)答部分包括數(shù)據(jù)段與效驗和段。其中值“0”為顯性電平、“1”為隱性電平，這點與CAN總線相類似。在總線上實行“線-與”：當(dāng)總線有至少一個節(jié)點發(fā)送顯性電平時，總線呈現(xiàn)顯性電平;所有節(jié)點均發(fā)送隱性電平或者不發(fā)送信息時，總線呈隱性電平，即顯性電平起著主導(dǎo)作用。

3.1.1.同步間隔段同步間隔段至少是由13位的顯性電平組成，由于幀中的所有間隙或者總線空閑時總線均保持隱性電平狀態(tài)。所以同步間隔段可以標(biāo)志一個幀的開始。其中同步間隔段的間隔符至少為1位隱性電平。

3.1.2.同步段LIN同步以下降沿為判斷標(biāo)志，采用字節(jié)0x55（01010101b）進行同步。在從機節(jié)點上可以不采用高精度的時鐘，由此帶來的偏差，需要通過同步段來進行調(diào)整。

3.1.3.PID段受保護的ID的前6位叫做幀ID，加上兩個奇偶效驗碼后稱作受保護的ID。幀ID的取值范圍為0x00~0x3f總共64個，幀ID標(biāo)識了幀的類別和目的地。從機任務(wù)會根據(jù)幀頭ID作出反應(yīng)（接收/發(fā)送/忽略應(yīng)答）。其中P0與P1效驗如下：

LIN總線根據(jù)幀ID號的不同，把報文分為信號攜帶幀、診斷幀、保留幀。

PS：從機應(yīng)答幀是一個完整的幀，與（主節(jié)點）幀結(jié)構(gòu)中的“應(yīng)答”不同！

3.1.4.數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)段可以包含1-8個字節(jié)，其中包含有兩種數(shù)據(jù)類型，信號（singal）和診斷消息（diagnostic messages）。信號由信號攜帶幀傳遞，診斷消息由診斷幀傳遞。

協(xié)議中并沒有規(guī)定哪一部分顯示數(shù)據(jù)長度碼的信息（這點與CAN總線不同），數(shù)據(jù)的內(nèi)容與長度均是由系統(tǒng)設(shè)計者根據(jù)幀ID事先約定好的。

總線上的數(shù)據(jù)是以廣播形式發(fā)出，任何節(jié)點均可以收到，但并非對每個節(jié)點有用（與CAN相同）。具體到發(fā)布與接聽是由哪個節(jié)點進行完成這個取決于應(yīng)用層的軟件配置，一般情況下，對于一個幀中的應(yīng)答，總線上只存在一個發(fā)布節(jié)點，否則就會出現(xiàn)錯誤。事件觸發(fā)幀例外，可能出現(xiàn)0，1，多個發(fā)布節(jié)點。

3.1.5.效驗和段

效驗和段是為了對幀傳輸內(nèi)容進行效驗。效驗分為標(biāo)準型效驗與增強型效驗。采用標(biāo)準型還是增強型是由主機節(jié)點管理，發(fā)布節(jié)點和收聽節(jié)點根據(jù)幀ID來判斷采用哪種效驗和。

4.LIN總線波形

5.LIN總線的通訊上圖展示的是LIN總線的通訊方式，可以看出無論什么時候幀頭總是由主機節(jié)點發(fā)布，當(dāng)主機節(jié)點想發(fā)布數(shù)據(jù)時，整個幀全部由主機節(jié)點發(fā)送。當(dāng)從機節(jié)點想發(fā)布數(shù)據(jù)時，幀頭部分由主機節(jié)點發(fā)布，應(yīng)答部分由從機節(jié)點發(fā)布（主機怎么知道從機節(jié)點想發(fā)布數(shù)據(jù)，那肯定是主機節(jié)點無數(shù)據(jù)可發(fā)，故只發(fā)了幀頭？），這樣其余節(jié)點都能收到一個完整的報文幀?？梢院苤苯拥挠^察到，LIN總線的通訊都是由主機節(jié)點發(fā)起的，只要合理的規(guī)定要每個節(jié)點的配置，這樣就不會存在總線沖突的情況（事件觸發(fā)幀沖突時采用采用沖突解決進度表）。

幀類型

5.1.無條件幀無條件幀是具有單一發(fā)布節(jié)點的，無論信號是否發(fā)生變化，幀頭均會被無條件應(yīng)答的幀。

如上圖中幀ID=0x30應(yīng)答部分的發(fā)布節(jié)點為從機節(jié)點1，收聽節(jié)點為主機節(jié)點，應(yīng)用在從機節(jié)點向主機節(jié)點報告自身狀態(tài);幀ID=0x31中，應(yīng)答部分為主機節(jié)點，收聽部分為從機節(jié)點，應(yīng)用在主機節(jié)點向從機節(jié)點發(fā)送消息;幀ID=0x32中應(yīng)答部分的發(fā)送節(jié)點為從機節(jié)點2，收聽節(jié)點為從機節(jié)點1，應(yīng)用與從機節(jié)點之間的通信。

5.2.事件觸發(fā)幀事件觸發(fā)幀是主機節(jié)點在一個幀間隙中查詢各從機節(jié)點的信號是否發(fā)生變化時使用的幀。當(dāng)存在多個發(fā)布節(jié)點時，通過沖突解決進度表來解決沖突。

當(dāng)從機節(jié)點信號發(fā)生變化的頻率較低的時候，主機任務(wù)一次次地查詢各個節(jié)點信息會占用一定的帶寬。為了減小帶寬的占用，引入了事件觸發(fā)幀的概念。其主要原理就是：當(dāng)從機節(jié)點信息狀態(tài)沒有發(fā)生變化的時候，從機節(jié)點可以不應(yīng)答主機發(fā)出的幀頭;當(dāng)有多個節(jié)點信息同時發(fā)生變化的時候，同時應(yīng)答事件觸發(fā)幀頭會造成總線的沖突。當(dāng)主機節(jié)點檢測到?jīng)_突時，便會查詢沖突解決進度表來依次向各個節(jié)點發(fā)送無條件幀（無條件幀只有能1個節(jié)點應(yīng)答）來確定從機節(jié)點的信息狀態(tài)。

與事件觸發(fā)幀關(guān)聯(lián)的多個無條件幀需要滿足以下5個條件：

數(shù)據(jù)段所包含的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)等長 使用相同的效驗與類型 數(shù)據(jù)段的第一個字節(jié)為該無條件幀的受保護ID，這樣才能夠知道應(yīng)答是哪個關(guān)聯(lián)的無條件幀發(fā)送出來的 由不同的從機節(jié)點發(fā)布 不能與時間觸發(fā)幀處于同一個進度表中

5.2.1.偶發(fā)幀偶發(fā)幀是主機節(jié)點在同一幀時隙中當(dāng)自身信號發(fā)生變化時向總線啟動發(fā)送的幀。當(dāng)存在多個關(guān)聯(lián)的應(yīng)答信號變化時，通過預(yù)先設(shè)定的的優(yōu)先級來仲裁。與事件觸發(fā)幀類似，偶發(fā)幀也定義了一組無條件幀。規(guī)定偶發(fā)幀只有由主機節(jié)點發(fā)布。

偶發(fā)幀的傳輸可能出現(xiàn)三種情況：

當(dāng)關(guān)聯(lián)的無條件幀沒有信號發(fā)生變化，這是主機連幀頭也不需要發(fā)送。

當(dāng)關(guān)聯(lián)的一個無條件幀信號發(fā)生變化則發(fā)送該幀。

當(dāng)有多個無條件幀發(fā)生信號變化時，則按照事先規(guī)定要的優(yōu)先級依次發(fā)送。

5.2.2.診斷幀診斷幀包括主機請求幀和從機應(yīng)答幀，主要用于配置、識別和診斷。主機請求幀ID=0x3c，應(yīng)答部分的發(fā)布節(jié)點為主機節(jié)點;從機應(yīng)答幀ID=0x3d，應(yīng)答部分的發(fā)布節(jié)點為從機節(jié)點。數(shù)據(jù)段規(guī)定為8個字節(jié)，一律采用標(biāo)準效驗和。

5.2.3.保留幀保留幀的ID=0x3e與0x3f，為將來擴張需求用。

5.3.進度表進度表是幀的調(diào)度表，規(guī)定了總線上幀的傳輸次序以及傳輸時間。進度表位于主機節(jié)點，主機任務(wù)根據(jù)應(yīng)用程需要進行調(diào)度。進度表可以有多個，一般情況下，輪到某個進度表執(zhí)行的時候，從該進度表的入口處開始執(zhí)行，到進度表的最后一個幀時，如果沒有新的進度表啟動則返回到當(dāng)前進度表的第一個幀開始執(zhí)行;也有可能在執(zhí)行到某個進度表時發(fā)生中斷，跳到另一個進度表后再返回，如事件觸發(fā)幀就是一個典型的例子。

6.狀態(tài)機的實現(xiàn)6.1.主機狀態(tài)機

6.2.從機狀態(tài)機從機任務(wù)負責(zé)發(fā)布或者接聽幀的應(yīng)答狀態(tài)，包括連兩個狀態(tài)機：同步間隔段與同步段檢查器、幀處理器。

6.3.從機任務(wù)狀態(tài)機

白話 LIN總線

總線原理：

物理上就一根線，關(guān)聯(lián)節(jié)點都接上，有且僅有一個主設(shè)備，N多從設(shè)備，每個節(jié)點要通信的內(nèi)容都事先編號號。

這就好比大家開晚會，話筒就一個，主持人一個，N個嘉賓，每人的話題都有一個編號。

表達順序是這樣的，

晚會開始前，大家睡覺的睡覺，閑的閑

1 主持人，把話筒對著大鼓，敲-停-， 敲-停-， … 敲-停-

這樣大家都被吵醒了，晚會開始了

晚會都是談話內(nèi)容，都是下面步驟的重復(fù)

t1 主持人把話筒同音閉了一會，－－LIN總線的Break

t2 主持人試了試話題，呼呼呼呼－－LIN總線的同期

t3 主持人說，下面是由 PID編號的人講話－－LIN總線的PID

t4 有PID的人，就開始說了 D0，D1，D2，D3，D4，D5，D6，D7 －－LIN總線的數(shù)據(jù)

t5 有PID的人，接著說了就這樣了－－LIN總線的 CRC

就這樣重復(fù)了多次之后，主持人

e1 主持人把話筒同音閉了一會，－－LIN總線的Break

e2 主持人試了試話題，呼呼呼呼－－LIN總線的同期

e3 主持人說，下面是由 PID編號是睡眠的人講話（就他自己）－－LIN總線的PID

e4 有PID的人，就開始說了 Go to sleep －－LIN總線的數(shù)據(jù)，最多8個Byte

e5 有PID的人，接著說了就這樣了－－LIN總線的 CRC

就這樣，晚會結(jié)束了，大家睡覺的睡覺 休息的休息

搞笑的結(jié)束了，稍微來點關(guān)鍵詞

。 物理上就一根線，多節(jié)點送信，又沒有沖突檢測，怎么辦，主設(shè)備調(diào)度啊

。 速度怎么樣，和CAN相比，十幾kbps不算高，不過連接上的設(shè)備就那么大信息量，正好啦

。 價額怎么樣，便宜啊，一個物理tranceiver，一個帶UART的CPU，再來的點軟件，搞定了

。 安全系數(shù)怎么樣，PID帶校驗，數(shù)據(jù)帶CRC校驗，能發(fā)現(xiàn)錯誤，報告

。 擴展性怎么樣，用兩個特定的PID，做數(shù)據(jù)鏈路層，創(chuàng)送上層的大包TP層，

TP層上面在支持個診斷功能，能做些其他事情了

。 各版本兼容性怎么樣，主設(shè)備版本高，就能管理協(xié)調(diào)好

反之，從設(shè)備版本高，有些浪費