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LIN初了解【小白入门】

时间:2023-06-26 12:07:00 继电器3e4cf7自启动继电器cr表示继电器

提示:本文档帮助小白LIN初步了解通信方式

文章目录

  • 一、LIN是什么?
  • 二、LIN的特点
  • 三、LIN 协议层和帧结构
    • 1.LIN的帧结构
    • 2.帧的类型
    • 3.传输层
    • 4.PDU结构
    • 5.传输层通信
    • 6.LIN的应用层
    • 7.信号处理功能
    • 8.配置功能
    • 9.识别和诊断功能
  • 四、线性总线结构
    • 1.主从方式
    • 2.时刻表
    • 3.同步方法
  • 总结


一、LIN是什么?

LIN 是 Local Interconnect Network 以缩写为基础 UART/SCI(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter / Serial Communication Interface,低成本串行通信协议,通用异步收发器/串行通信接口)。可用于汽车、家电、办公设备等领域。可用于汽车、家电、办公设备等领域。 LIN 应用于分布式汽车电子网络系统。
1996 年,Volvo和Volcano通讯(VCT)为Volvo S80 基于系列开发UART/SCI的协议,即Volcano Lite。1997 年,Motorola与Volvo和VCT帮助他们改进合作Volcano Lite协议满足各种需求(如无
晶体振动的自动同步),并制定支持各种半导体产品的开放标准。1998 年 12 月,Audi、BMW、Daimler Chrysler和Volkswagen也加入了,形成了LIN协会(http://www.lin-subbus.org)。开发LIN标准的目的是满足低端车内网络的需求(速度和可靠性要求低、成本低)。

二、LIN的特点

LIN 具有以下特点:
(1) 该网络由一个主机节点和多个从机节点组成。
(2) 使用 LIN 以下几个方面可以大大降低成本:
● 开放式规范规范可免费从官网获取。
● 降低硬件成本:基于普通 UART/SCI 无需单独的硬件模块支持,实现接口的低成本硬件;从机节点不需要
自同步可以在高精度时钟内完成;总线电缆。
● 降低装配成本:LIN 采用工作流(Work Flow)和现成节点(Off-the-shelf Node)网络装配标准的概念
并且可以通过 LIN 再配置传输层。
● 缩短软件开发周期:LIN 协议将 API(Application Programming Interface,标准化应用编程接口)。
(3) 信号传输是确定的,传输时间可以提前计算。
(4) LIN 可预测 EMC(ElectroMagnetic Compatibility,电磁兼容性)性能。
EMI(ElectroMagnetic Interference,电磁干扰)强度,LIN 协议规定最大位速率为 20kbps。
(5) LIN 提供四个功能:信号处理、配置、识别和诊断。

三、LIN 协议层和帧结构

1.LIN的帧结构

帧(Frame)包含帧头(Header)和应答(Response)两部分。主机任务负责发送帧头;从机任务接收帧头,分析帧头中包含的信息,然后决定是发送响应,还是接收响应,任何响应。帧在总线上的传输如图所示 3.1所示。
在这里插入图片描述
帧头包括同步间隔段、同步段和PID(Protected Identifier,受保护ID)应答包括数据段和校准段,如图所示 3.2 显示值0为显性电平(Dominant),值1为隐性电平(Recessive),线-和在总线上实施:当总线上有大于或等于一个节点发送显性电平时,总线为显性电平;当所有节点发送隐性电平或不发送信息(总线默认为隐性电平)时,总线为隐性电平,即显性电平起主导作用。图中帧间隔为帧间隔;响应间隔为帧头与响应间隔;字节间隔包括同步段和受保护ID段之间的间隔,数据段各字节之间的间隔,以及数据段最后一个字节和验证段之间的间隔。图中帧间隔为帧之间的间隔;应答间隔为帧头和应答之间的间隔;字节间间隔包括同步段和受保护ID段之间的间隔,数据段字节之间的间隔,以及数据段最后一个字节和验证段之间的间隔。以下是帧头和响应的详细描述。

2.帧的类型

无条件帧(Unconditional Frame)
无条件帧是一个单一的发布节点,无论信号是否发生变化,帧头都是无条件响应的帧。

事件触发帧(Event Triggered Frame)
事件触发帧是主机节点在帧间隙中查询从机节点信号是否变化时使用的帧。当有多个发布节点时,冲突通过冲突解决进度表来解决。
当从机节点信号变化频率较低时,主机任务会一次又一次地查询每个信号,占用一定的带宽。为了减少带宽的占用,引入了事件触发帧的概念。

偶发帧(Sporadic Frame)
偶发帧是当主机节点在同一帧间隙中自身信号发生变化时发送到总线的帧。当有多个相关的响应信号发生变化时,应通过预设的优先级进行仲裁。

诊断帧(Diagnostic Frame)
诊断帧包括主机请求帧和从机应答帧,主要用于配置、识别和诊断。主机请求帧(Master Request Frame,MRF),帧 ID = 0x3C,响应部分的发布节点为主机节点;从机响应帧(Slave Response Frame,SRF),帧 ID = 0x3D,应答部分的发布节点为从机节点。数据段规定为 8 所有字节均采用标准验证和。

保留帧(Reserved Frame)
保留帧的帧 ID 为 0x3E 和 0x3F,未来扩展使用。

信号处理、配置、识别和诊断

3.传输层

传输层的任务单一,就是充当翻译,把诊断服务的消息发出来(Message)翻译可以在协议层处理PDU (Packet Data Unit,分组数据单元),或反过来,协议层收到 PDU翻译成为诊断服务所需的信息。消息到 PDU 转换过程称为拆分(Packing),PDU 从新闻到新闻的转换过程称为重组(Unpacking)。PDU 对应帧结构的数据段,并通过诊断帧发送或接收。

4.PDU结构

为满足汽车行业的要求,LIN 传输层 PDU 的格式与 ISO 制定的基于 CAN 网络诊断标准(参考资料[9])非常相似(是的 ISO 标准子集)。这种兼容性大大降低了 CAN 和 LIN 转换数据格式的工作量降低了节点计算能力的要求。
从发送格式,PDU 单元可分为单帧(Single Frame,SF)、首帧(First Frame,FF)和续帧(Consecutive Frames,CF)三种。主机从发送源发送请求 PDU,从机发送响应 PDU。

5.传输层通信

如果应用层发出的信息长度不超过单帧容量,传输层将以单帧格式发送给协议层。传输层收到的单帧也将直接作为消息发送到应用层;如果消息长度超过单帧容量,传输层应将消息分成第一帧和续订,然后交给协议层。另一方面,传输层应根据接收顺序将协议层收到的第一帧和续帧重组为新闻,最后移交给应用层。
LIN 传输层只能按顺序接收续帧。
LIN 传输层具有错误重传功能。

6.LIN的应用层

概述
LIN 应用层提供四个功能:信号处理、配置、识别和诊断。配置、识别和诊断功能还包括多个项目,称为服务(Service)。为了区分,每个服务都有固定和唯一的服务代码(Service ID,SID)。

① 通过信号携带帧通信信号
② 配置服务通过传输层以单帧形式通信
③ 识别服务通过传输层以单帧的形式通信
④ 基于信号的诊断服务
⑤ 诊断传输层,通过传输层通信,需要复帧通信
⑥ 用户
自定义诊断
为了便于理解本图,详细描述了每个功能,并提出了工作模型的概念。LIN 应用层的配置、识别和诊断都是针对逻辑节点(Logical Node)的。逻辑节点是一够响应主机节点和/或诊断设备的服务要求的功能实体。为了区分不同的逻辑节点,LIN 定义了 NAD(Node Address for Diagnose,诊断地址)。第 1 章节介绍了物理节点(Physical Node)、从机任务和接口(Interface)的概念。对于一个物理节点来说,从机任务和接口对应着实现帧收发的软件和硬件实体,而逻辑节点则代表了配置、识别和诊断方面的能力。物理节点、从机任务和接口是一一对应的,但物理节点可以包括在内 1 一个或多个逻辑节点。

7.信号处理功能

信号处理功能是指应用层可以直接从协议层获取或修改网络中的信号,而无需传输层。这些信号是由NCF(Node Capability File,节点性能文件的定义可以是工作参数(如温度和压力的测量值)电器的开合状态等),也可以是状态标志(例如某信号携带帧的收发状态)。

8.配置功能

LIN 规范规定,每个逻辑节点都应该有 NAD。在网络运行期间,任意两个逻辑节点的 NAD 都必须不同,否则就会产生冲突。此外,每个逻辑节点都要能处理带有某些 PID 的帧。由此可见,NAD 和 PID 分别与逻辑节点建立了一种映射关系,LIN 规范把 NAD 和 PID 的这样一种组合称为逻辑节点的配置项(Configuration)。一个逻辑节点可以有一个以上的配置项,但在网络运行期间,每个逻辑节点只能有一个配置项有效。
配置功能是指 LIN 的主机节点能自动地给所有逻辑节点选择配置项,消除 NAD 和 PID 分配中存在的冲突,使网络正常工作。配置功能是确保各节点协调运作的内部功能,包含分配 NAD、分配 PID 等服务。配置功能通过传输层完成配置服务。

9.识别功能及诊断功能

识别功能
识别功能是指主机节点能够获取逻辑节点的信息,例如产品代号等。借助识别功能,主机节点和逻辑节点还可以实现一些自定义的操作。

诊断功能
诊断功能是指 LIN 网络之外的诊断设备可以直接连接 LIN 的主机节点,或者通过外部的其它网络(例如ISO11898 定义的 CAN 网络,参照参考资料[8])连接主机节点,连接后,诊断设备可以按规定的诊断协议(例如ISO15765 规范,参照参考资料[9])与 LIN 的逻辑节点通讯。与配置功能相比,诊断功能是 LIN 网络作为一个整体对外呈现的可配置、可访问的属性。

四、线性总线构造

LIN的网络拓扑为线形构造。一根LIN总线上会有一个主节点以及复数个从节点。LIN网络推荐的最大节点个数为16,最长总线长度为40米。

1.主从方式

刚刚已经说过LIN通信的方式是主从方式。即,主节点控制整个网络的通信,从节点按照主节点的调度进行通信。
对于LIN节点任务来说,可分为“主任务”和“从任务”两种。
主任务:只有主节点才有的任务,按照事先决定的时刻在网络中发送令牌,从而实现网络的传输时刻管理。
从任务:主节点和从节点双方都有的任务,数据的传输,即,监视的主任务中发送的令牌,在主节点的令牌后发送数据。只要没收到令牌,绝不发送数据。
一个令牌和一条数据构成一条LIN报文。
在LIN的标准中,令牌被称为“header”,数据被称为“response”,报文被称为“Frame”。在“header”中含有表示报文身份的“ID”,各个节点根据“ID”决定是否发送“Response”。同时,LIN报文是地址寻址方式,总线上的所有节点都能收到报文。

2.时刻表

主任务发送“header”的时刻由事先定义好的时刻表决定。LIN的时刻表中定义了包括ID、传送的顺序、以及传送的间隔等信息。主节点根据此时刻表控制整个LIN网络的通信。
另外,LIN的时刻表可以定义多个,比如“启动时的初始化模式”、“通常模式”、“诊断模式”等,根据车辆的状态切换时刻表,可以改变数据传送的周期和内容等。

3.同步方法

LIN出于对成本削减的考虑没有专门布置用于时钟同步的配线,同时,对于LIN的从节点,同样出于对成本削减的考虑一般采用误差较大的CR时钟。这样如果什么都不做的话,LIN的各个节点间容易产生误差。
通过搭载高精度
晶振的主节点,将同步信号在总线上发送给各个从节点,各个从节点再根据此信号进行误差补正,从而达到信号同步的目的。
这里提一下,LIN协议中对误差的要求是±14%,而一般高精度晶振的误差为±1.5%。


总结

对LIN通信方式有了初步了解。

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