1、LIN 2.1规范LIN(Local Interconnect Network)Specification 2.1大纲概述概述协议规范协议规范物理层规范物理层规范概述概述Overview概述p 功能简单，实时性低p 成本低p 传感器/执行器级的总线p 与主干网(back-bone BUS)之间需要网关p LIN总线是一个SUB-BUS子网(SUB-BUS)的概念概述典型车载网络分布概述车用总线分级概述LIN(Local Interconnect Network)协会成立于协会成立于1998年年成立时的主要成员：成立时的主要成员：p 5家整车厂：Audi,BMW,DaimlerChrysler,
2、Volvo,VWp 1家半导体制造商：Motorola目前的主要成员：目前的主要成员：p 5家整车厂：Audi,BMW,Daimler,Volvo,VWp 1家半导体制造商：Freescale主要目的：主要目的：p LIN总线的主要目的在于提供一种低成本的车用总线，从而形成对CAN总线的补充。p LIN总线已经广泛地被世界上的大多数汽车公司以及零配件厂商所接受，有望成为公认的A类网络标准。LIN总线的起源概述LIN 1.1 p 1999年，底特律SAE大会p 包括3部分p协议规范协议规范p配置语言规范配置语言规范pAPI规范规范LIN 1.2p 2000年11月LIN 1.3p 2002年11
3、月p 增加了物理层规范物理层规范LIN协议版本(1/2)LIN 1.1LIN 1.2LIN 1.3概述LIN 2.0 p 2003年9月p 适应当代和未来汽车工业发展趋势p 为了实现节点的“即插即用”p 增加了诊断规范诊断规范和节点能力语言规范节点能力语言规范LIN 2.1p 2006年11月p 目标是改进LIN 2.0规范的理解力p 增加了传输层规范传输层规范和节点配置规范节点配置规范p 形成了8个子规范LIN 1.1LIN 1.2LIN 1.3LIN 2.0LIN 2.1LIN协议版本(2/2)概述子规范子规范内容内容物理层规范物理层规范(Physical Layer Specificat
4、ion)物理层兼容性物理层兼容性 波特率误差波特率误差 时间要求时间要求 LIN Driver/Receiver协议规范协议规范(Protocol Specification)信号管理信号管理 帧传输帧传输 调度表调度表 任务行为模型任务行为模型 网络管理网络管理 状态管理状态管理传输层规范传输层规范(Transport Layer Specification)PDU规范规范 通信通信 错误处理错误处理 规定的请求规定的请求 时间约束时间约束LIN规范组成(1/2)概述子规范子规范内容内容节点配置和标识规范节点配置和标识规范(Node Configuration and Identificat
5、ionSpecification)LIN产品标识产品标识 从节点模型从节点模型 PDU结构结构 节点配置服务节点配置服务 标识标识诊断规范诊断规范(Diagnostic Specification)诊断级别诊断级别 基于信号的诊断基于信号的诊断 传输协议处理传输协议处理 从节点发送句柄从节点发送句柄 从节点诊断时间要求从节点诊断时间要求应用程序接口规范应用程序接口规范(API Specification)主要主要API 节点配置和标识节点配置和标识 传输层传输层节点能力语言规范节点能力语言规范(Node Capability Language Specification)文件定义文件定义 语法
6、语法配置语言规范配置语言规范(Configuration Language Specification)文件定义文件定义 语法语法LIN规范组成(2/2)概述p串行通信串行通信p线间干扰小，节省线束，传输距离长线间干扰小，节省线束，传输距离长p单线传输单线传输p增强的增强的ISO 9141,总线电压基于总线电压基于VBATp最高速率最高速率20Kbit/sp满足车身上大部分的应用需求满足车身上大部分的应用需求p单主多从结构单主多从结构p无需仲裁无需仲裁p基于通用基于通用UART/SCI的低成本接口硬件的低成本接口硬件p几乎所有几乎所有MCU有具备有具备LIN总线的硬件基础总线的硬件基础p从节点
7、无须晶振或陶瓷震荡器就可以实现同步从节点无须晶振或陶瓷震荡器就可以实现同步p大幅度降低成本大幅度降低成本LIN总线的特点(1/2)概述LIN总线的特点(2/2)p 可计算的信号传输的延迟时间可计算的信号传输的延迟时间p网络通信可预期性网络通信可预期性p 可灵活的增加或减少从节点可灵活的增加或减少从节点p无需改变其他节点的硬件电路无需改变其他节点的硬件电路p 一条总线最多可连接一条总线最多可连接16个节点个节点p由总线电气特性决定由总线电气特性决定p 支持多包报文传输支持多包报文传输p基于基于ISO15765-2的传输层规范的传输层规范p 支持诊断功能支持诊断功能p支持基于支持基于ISO1422
8、9-1的诊断服务的诊断服务概述p LIN Node Capability Language(*.ncf)p 对单个节点的描述p LIN Configuration Language(*.ldf)p 在增加/减少从节点的情况下保证总线的安全p 起到LIN总线的数据库的作用，方便LIN总线的仿真和测试。p LIN总线开发流程构架旨在实现开发设计工具之间的无缝衔接，提高开发的效率和可靠性LIN总线开发流程构架概述p一个节点可以分为应用部分和通信部分p报文不会以帧的结构到达应用部分p在应用部分与通信部分之间加入一个基于信号的交互层p传输层中进行长报文的处理LIN节点模型应用部分应用部分通信部分通信部分
9、概述应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层n 应用功能接口应用功能接口n 报文内容报文内容n 数据范围数据范围/可信度检查可信度检查n 错误处理错误处理n 网络状态网络状态n 状态切换状态切换n 收发策略收发策略n 报文格式报文格式n 容错策略容错策略n 网关网关/路由路由n 总线负载总线负载n 优先等级优先等级n 传输鲁棒性传输鲁棒性n 位定时位定时n 中断中断n 拓扑结构拓扑结构n 传输介质传输介质n 接口电路接口电路n电磁兼容性电磁兼容性LIN和OSI模型LIN2.1概述p帧p总线上传输的实体，是作为一个完整单元传输的数据。p帧的数据
10、场中包含一个或多个信号p注意：一帧并不代表只能由单一节点发送p信号p信号一般是反映真实世界的物理量或逻辑量，如发动机转速、电机的状态等p信号由帧来传输，一个帧可以包含一个或多个信号p每个信号由固定的节点产生，但可以由不同的节点接收p信号的大小从一个位到多个字节帧与信号概述LIN网络拓扑结构p 一个主任务，多个从任务p 主节点同时包含主任务和从任务p 从节点只包含从任务p 主任务负责决定总线上的报文，从任务负责发送数据概述p通信原理：p 主任务发送报头，从任务用响应来补充报头形成完整的报文。p系统灵活性：p 可以自由地增减从节点，而不需要改变其它从节点的软件和硬件p报文传输：p 报文的内容由ID
11、来定义p广播：p 所有节点都能够接受总线上的帧LIN帧概述pLIN总线上可以传输的两类数据p信号报文p信号位于帧的数据场中，以数字或数组的形式出现p同一种信号在相同ID的报文中的位置总是固定的p诊断报文p诊断报文由两个保留ID来传输，用来传输节点的诊断信息数据传输概述p 负责调度网络各报文发送的顺序p为每帧报文分配发送时隙（slot）p发送时隙：报文可以被发送的时间p不同报文的发送时隙可能不同p 调度表在网络系统设计阶段确定p 调度表使得LIN通信具有可预测性调度表概述p主任务可以拥有多个调度表，并在不同的调度表之间切换p增加通信的灵活性切换调度表决策决策大纲概述概述协议规范协议规范物理层规范
12、物理层规范协议规范协议规范Protocol Specification协议规范p字节间隔位于每个字节之间，响应间隔位于报头与响应之间p留给MCU足够的处理时间p帧长度可能增长显性间隔显性间隔同步场同步场响应间隔响应间隔标识符场标识符场数据场数据场校验和场校验和场报头（报头（Header）响应（响应（Response）间隔界定间隔界定间隔场间隔场字节间隔字节间隔D0D1Dn帧的结构(Frame Sturcture)协议规范字节场(Byte Field)报头（报头（Header）响应（响应（Response）D1DnD0起起始始位位结结束束位位07412356p基于SCI的通信格式p发送一个字节需
13、要10个位时间（TBIT）协议规范间隔场(Break Field)p表示一帧报文的起始，由主节点发出p间隔信号至少由13个显性位组成，间隔界定符至少由1个隐形位组成p间隔场是唯一一个不符合字节场格式的场p从节点需要检测到至少连续11个显性位才认为是间隔信号间隔信号间隔信号报头（报头（Header）响应（响应（Response）间隔界定符间隔界定符间隔场间隔场D0D1Dn协议规范同步场(Sync Break Field)同步场同步场报头（报头（Header）响应（响应（Response）D0D1Dn起起始始位位结结束束位位0 x5510101001p确保所有从节点使用与节点相同的波特率发送和接收
14、数据p一个字节，结构固定:0X55协议规范标识符场(Identifier Field)起始位起始位ID0ID1ID2ID3ID5P0P1ID4结束位结束位标识符标识符奇偶校验符奇偶校验符标识符场标识符场报头（报头（Header）响应（响应（Response）D0D1DnpID的范围从0到63(Ox3f)p奇偶校验符(Parity)P0,P1协议规范数据场(Data Field)报头（报头（Header）响应（响应（Response）D0D1Dn数据场数据场bit0bit7bit1bit2起始位起始位结束位结束位最低有效位先发送最低有效位先发送D0D1D2Dn(小于小于8)最低有效字节先发送最低
15、有效字节先发送p数据场长度1到8个字节p低字节先发，低位先发p如果某一信号长度超过1个字节，采用低位在前的方式发送（小端）协议规范校验和场(Checksum Field)(1/2)校验和场校验和场报头（报头（Header）响应（响应（Response）D0D1Dnp用于校验接收的数据是否正确p经典校验（Classic Checksum）p仅校验数据场(1.3)p增强校验（Enhance Checksum）p校验标识符场与数据场内容(2.0)p标识符为0 x3C和0 x3D的帧只能使用经典校验协议规范校验和场(Checksum Field)(2/2)p翻转八位和（inverted eight b
16、it sum）p例：Data=0 x4A,0 x55,0 x93,0 xE5pChecksum =0 xE6帧长度(Frame Length)最小帧长度最小帧长度THEADER_NOMINAL=34*TBITTRESPONSE_NOMINAL=10*(NDATA+1)*TBITTFRAME_NOMINAL=THEADER_NOMINAL+TRESPONSE_NOMINAL最大帧长度最大帧长度THEADER_MAX=1.4*THEADER_NOMINALTRESPONSE_MAX=1.4*TRESPONSE_NOMINALTFRAME_MAX=THEADER_MAX+TRESPONSE_MAX协
17、议规范协议规范帧类型(Frame Type)q无条件帧（Unconditional frame）q事件触发帧（Event triggered frame）q零星帧（Sporadic frame）q诊断帧（Diagnostic frame）q用户自定义帧（User-defined frame）q保留帧（Reserved frame）协议规范无条件帧(Unconditional Frame)p标识符(ID)为0到59(0 x3b)p主任务发出报头，一个任务响应，一个或多个任务接收p三种情况协议规范事件触发帧(Event Triggered Frame)(1/2)p目的:p增强LIN总线的响应能力，
18、避免为了很少发生的事件而对从节点进行轮询，从而浪费了大量的带宽p标识符：059(0 x3B)p事件触发帧必须有一个独立的ID，该ID可以与多个普通帧相关联p在事件触发帧时隙内发送帧头，只有当相关联的无条件帧内有信号被更新时才发送帧响应p帧响应的第一个数据字节等于标识符，即响应最多可以传输7个字节的数据p如果没有帧响应，帧头被忽略p帧响应可由多个节点发送，发生冲突时切换到“冲突解决调度表”，之后再切换回到原来的调度表协议规范事件触发帧(Event Triggered Frame)(2/2)r假设与事件触发帧0 x10相关联的两个普通帧r如果只有一个节点响应事件触发帧的报头r如果同时有多个节点响应
19、事件触发帧的报头总线产生冲突总线产生冲突r切换调度表，进行轮询协议规范零星帧(Sporadic Frame)p表示共用一个时隙、在需要时才被发送的一组无条件帧p目的p将动态行为和实时性添加到调度表中，同时不影响调度表其余部分的确定性p标识符：059(0 x3b)p零星帧的响应仅由主节点发送p若有无条件帧需要发送，则根据帧的优先级裁定发送顺序p若没有无条件帧需要发送，则时隙保持空白p诊断帧用来传输诊断或配置信息，一般包含8个字节数据。p标识符p60(0 x3c)：主请求帧p61(0 x3d)：从响应帧p诊断响应基于ISO15765-2传输层和ISO14229应用层p传输方式：协议规范诊断帧(Di
20、agnostic Frame)0 x3CSyncBreak诊断服务诊断服务0 x3DSyncBreak根据诊断服务的响应根据诊断服务的响应主节点主节点从节点从节点协议规范保留帧(Reserved Frame)p用户自定义帧(User-defined frame)p标识符：62(0 x3e)p可以传输任何信息(由用户自定义)p保留帧(Reserved frame)p标识符：63(0 x3f)p在LIN 2.1中未对保留帧进行定义协议规范调度表(Schedule Table)pLIN总线最小时间单位是时基(Tbase)。p调度表中用来发送一帧报文的时间称为帧时隙(Frame_Slot)，帧时隙必须
21、是时基的整数倍，调度表是由帧时隙组成的。pTFrame_Slot=Tbase*np偏移(jitter)是指一帧报文实际开始发送的时刻与帧时隙起点的时间差。pTFrame_Slot jitter+TFrame_Maximum协议规范任务行为模型(Task Behavior Model)(1/2)r主任务行为模型主任务行为模型协议规范任务行为模型(Task Behavior Model)(2/2)r从任务行为模型从任务行为模型协议规范网络管理(Network Management)初始化初始化睡眠模式睡眠模式工作模式工作模式初始化结束初始化结束(100ms)接收到睡眠命令接收到睡眠命令或或总线空闲
22、总线空闲410s接收到唤醒信号接收到唤醒信号或或内部唤醒请求内部唤醒请求Reset协议规范睡眠(Go To Sleep)r主节点可以发送一帧ID为0 x3c，第一个字节为零的主请求帧来使处于工作状态的从节点进入睡眠。这帧报文称为睡眠指令。r从节点在接到睡眠指令之后，也可以选择不进入睡眠状态而继续工作，这根据应用层协议而定。r当总线空闲4到10秒的时候，所有从节点必须进入睡眠状态。协议规范唤醒(Wake Up)(1/2)r在一个处于睡眠状态的LIN网络中，任何一个节点都可以发送唤醒信号r唤醒信号是一个250us(在20Kbit/s波特率下的0 xF0)到5ms(在1Kbit/s波特率下的0 xF
23、0)的显性电平r每一个从节点都需要做r 检测唤醒信号(持续150us以上的显性位)r 当检测到唤醒信号之后，在100ms以内完成初始化工作r当从节点发出唤醒信号之后150ms，主节点仍未发送报头时，从节点可以再次发送唤醒信号。当连续发送了3次唤醒信号之后如果主节点仍未发送报头，从节点要等待1.5秒以后才可以再次发送唤醒信号协议规范唤醒(Wake Up)(2/2)r发送节点发送的唤醒信号r接收节点检测的唤醒信号协议规范状态管理(Status Management)p状态管理的目的是来发现工作状态中总线上产生的错误p每个从节点将本地状态发送给主节点，由主节点来统一过滤/综合之后报告是否有节点出现错
24、误p通信错误报告：p每个从节点用Response_Error(1bit)来表示自身状态，这个位需要通过响应来发送response_error解析解析0通信正常通信正常1间歇性故障间歇性故障从节点未响应从节点未响应总线或主节点故障总线或主节点故障大纲概述概述协议规范协议规范物理层规范物理层规范物理层规范物理层规范Physical Layer Specification物理层规范位速率容差(Bit Rate Tolerance)节点类型节点类型符号符号F/FNOM主节点主节点FTOL_RES_MASTER0.5%不使用同步场同步的从节点不使用同步场同步的从节点FTOL_RES_SLAVE1.5%使
25、用同步场同步的从节点（在同步之前）使用同步场同步的从节点（在同步之前）FTOL_UNSYNC14%相对于标称位速率相对于标称位速率相对于主节点位速率相对于主节点位速率节点类型节点类型符号符号F/FMASTER同步后从节点同步后从节点FTOL_SYNC2%物理层规范位定时(Bit Timing)r所有从节点的位定时必须以主节点的位定时为参考r同步过程TBIT=(T1-T0)/8T0T1物理层规范位采样定时(Bit Sample Timing)rEBS=Early bit sample (前采样)rLBS=Lastest bit sample(后采样)rtEBS=7/16 TBIT rtLBS=1
26、0/16 TBIT tBFSr采样点在EBS和LBS之间物理层规范总线收发器(Line Driver/Reciever)rTx通过集电极开路电路连到总线，Rx与总线之间有施密特触发器r收发器内部有30K上拉电阻，如果作为主节点使用，必须外接1K上拉电阻r上拉电阻与电源之间有二极管保护，防止在电源掉电的情况下总线电平被拉低物理层规范收发器类型(Types of Transiver)Standard UARTSFPIDp 报头部分和响应部分的每个字节都单独处理p 以形式错误来判断SBFp 无法使用同步场同步LIN TransceiverSBFLIN HardwareLIN UARTSFPIDp 响
27、应部分的每个字节单独处理p 自动检测SBFp 使用同步场同步SBFLIN ControllerSF PIDp 报头部分和响应部分作为整体处理SBFCSCSCSLIN DriverLIN messagesSBFSynch Break FieldSFSynch FieldPIDProtected IdentifierCSChecksum物理层规范信号规范(Signal Specification)pVBAT:818VpVSUP=VBAT-Vdiodep显性位(dominant)p逻辑“0”p发送：总线电平20%VSUPp接收：总线电平80%VSUPp接收：总线电平60%VSUP20%80%物理层规
28、范总线特性(Line Characteristics)(1/2)物理层规范总线特性(Line Characteristics)(2/2)问题假设总线速率为20K，网络中有11个从节点，总线长度40米，主节点、从节点的电阻和电容均为标准值，总线的电容也为标准值。总线特性如何?解答CBUS=22011220 40100=6640pFRBUS=1 30 30 30=0.75K =CBUS RBUS=4.98 s经过计算总线的时间常数为 4.98 s 物理层规范p电源或地线断路p单个节点电源或地线断路，不影响剩余网络通信p排除故障后，节点可重新参与网络通信p总线与电源或地线短路p总线通信可能无法进行，但ECU不可被损坏p排除故障后，总线恢复正常通信容错性能(Performance During Fault Modes)谢谢！Q&A
