LIN接口

最新推荐文章于 2025-05-08 14:45:35 发布

FPGA的花路

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分类专栏：接口协议 # 车载通信接口文章标签： fpga开发 LIN接口车载通信接口

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前言

本文参考标准《LIN Specification Package-Revision 2.2A》。

LIN接口

简介

LIN是一种基于UART/SCI传输协议的总线标准，作为一种串行通信协议，其具有低成本的特点，常用于传输速度要求不高的场合中。

LIN总线的主要特点如下：

LIN总线的工作模式为单主多从模式，工作时无需仲栽机制；
LIN 协议基于UART/SCI接口标准，兼容多数微控制器，具有成本低的特点；
为单总线结构，物理层建设成本极低，符合ISO9141国际标准；
总线电平分为显性和隐性，其中‘0’为显性电平，“1’为隐性电平；
总线最大的传送速率为20Kbps。

帧格式

LIN总线上的电平分为显性和隐形，显性表示为‘0’，隐性表示为‘1’，信号在总线上传输的过程中进行“线与”逻辑，即只要有节点发送显性电平，总线电平就表现为显性；只有当所有节点均不发送信息或者均发送隐性电平时，总线才表现为隐性。

一个完整的帧包括同步间隔段、同步段、受保护的ID段、数据段和校验和段五部分。其中，同步间隔段、同步段和受保护的ID段共同构成了帧头，数据段和校验和段构成了应答。完整的帧结构如图1所示，其中，在帧与帧之间以及帧内部分布的空闲隐性电平称为帧间隔、应答间隔、字节间间隔。

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同步间隔段 (Break Field)

同步间隔段是由连续的至少13位显性电平构成的同步间隔和至少为1位隐性的同步间隔间隔段组成。由于总线空闲期间和帧中的所有间隔均为隐性电平，帧的其他段中不会发送出超过连续的9个显性电平，所以当出现连续13位的显性电平即标志帧的传输开始。

同步段 (Sync Byte Field)

除同步间隔段以外，帧中其他段都是以字节域的形式进行传输的。一个字节域包括显性的起始位、8位数据位和隐性的停止位。在数据位的传输过程中，都是先发送最低有效位（LSB），最后发送最高有效位（MSB）。

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LIN的同步段的内容是固定的字节0x55，即二进制01010101。自同步功能在同步段中实现。

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在LIN通信中，传输波特率由主机节点进行控制，因此从机节点不需要采用高精度的时钟，可大幅降低组网成本。主机节点和从机节点存在的时钟偏差可由同步段来进行调整，具体方式为以主机节点为基准，从机节点调整自身的时钟分频值。调整方法为，从机节点接收到主机节点发送的同步段之后，通过计算主机节点传输1位比特所需的时间调整自身位速率。计算公式如下：
1位时间 - (第7位的下降时刻起始位的下降时刻) / 8
通过计算，可得出主机节点传输1位比特所需的时间，即位速率。

受保护ID段 (Protected Identifier Field)

受保护的I段由6位帧ID和2位奇偶校验位组成，ID0~ID5为帧ID，ID6和ID7为奇偶校验位。

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帧ID共6位，所以帧ID的个数为2^6=64，其地址范围为0x00~0x3F。帧的类别和接收目标都是在帧ID中规定的。从机任务只有对帧头中的I进行判断后才能决定下一步是接收帧响应还是发送帧响应，亦或者是忽略帧头不作响应。奇偶校验位是通过6位用户配置的帧ID计算出来的，计算方法如下所示:

P0 = ID0 ^ ID1 ^ ID2 ^ ID4

P1=~ (ID1 ^ ID3 ^ ID4 ^ ID5)

其中ID0~ID3表示节点的地址，所有LIN 网络中最多含有2^4=16个节点。ID4 和ID5用于控制数据的字节数，数据长度和ID4、ID5的对应关系如下表所示：

ID5	ID4	数据长度/字节
0	0	2
0	1	2
1	0	4
1	1	8

ID0~ID3表示帧类型，帧类型详细说明见帧类型章节。

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数据段 (Data Field)

数据段一般包括2、4、8三种字节长度，最先发送的字节为 data0，后发送字节编号依次递加。数据字节之间具有一定长度的时间间隔。

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校验和段 (Checksum Field)

在 LIN 协议中，校验和分为标准型校验（LIN1.x版本）和增强型校验和（LIN2.x版本）。

标准型校验和只校验数据段各字节;
增强型校验和校验数据段的字节和受保护的ID段。

校验和的原理是发送方将各字节进行二进制累加运算，累加和始终为8位二进制数，若有进位，则将进位加至最低位，然后再进行下一字节的累加，最后将累加和按位取反作为校验和。
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校验和计算方法举例：

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帧在总线上的传输波形

帧在总线上的传输分为两种情况：

主机节点作为发布节点，发送帧头和帧响应；
从机节点作为发布节点，即帧头由主机节点发送，帧响应由从机节点发送。

两种传输方式下总线上的传输波形如下图所示。

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帧类型

LIN协议中规定了以下几种帧类型：

无条件帧（Unconditional Frame）
事件触发帧（Event Triggered Frame）
偶发帧（Sporadic Frame）
诊断帧（Diagnostic Frame）
保留帧（Reserved Frame）

无条件帧

无条件帧的特点是发布节点的帧头发送出去后，无论接收帧头的节点自身状态是否发生变化，必须无条件的对帧头发送应答。无条件帧的ID范围为0x00~0x3B。下图演示了一种无条件帧的传输过程。图中举例所用的ID是随机的，协议中并没有强制的要求。

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ID=0x30：从节点1向主节点发布信息，常用于从节点向主节点报告自身状态。
ID=0x31：主节点向从节点1和2发布信息，常用于主节点向从节点广播。
ID=0x32：从节点2向从节点1发布信息，常用于从节点间的通信。

事件触发帧

事件触发帧用于主机节点查询从机节点的状态是否发生变化，当多个从机发生变化需要发布信息时，需要通过进度表来进行仲裁。

当主机任务频繁的去轮询各从机节点时，会占用较大的带宽，所以引入了事件触发帧的概念。事件触发帧允许只有帧头而没有帧响应，也就是无从机任务进行响应；同时也允许多个节点对帧头作出响应，这种情况不应视为错误，此时主机节点需要重新进行轮询。典型的引用是用于检测车门的开关状态。下图描述了事件触发帧的几种情况。

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偶发帧

偶发帧是主节点处理“时间”信息的一种方法，偶发帧的帧响应只能够由主机节点发送。主机节点是否发送偶发帧是根据与之关联的无条件帧的状态决定的：当所有的帧信号都没有变化时，则在该帧时隙内无响应；当主机节点探测到某一个帧内的信号发生了变化，则主机节点发送偶发帧；当多个帧中的数据发生了改变，则根据事先规定好的优先级进行仲裁后依次发送偶发帧。偶发帧大大增加了通信的灵活性。

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