LIN匯流排基礎知識（一）

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LIN匯流排是目前常見的一種A類網路協議。LIN的全稱為Local Interconnect Network。LIN主要功能是為CAN匯流排網路提供輔助功能，應用場合有智能感測節點、自動車窗節點等。目前最新的LIN協議是LIN2.2，制定於2010年。LIN的一大優點是成本低，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OSI參考模型，LIN匯流排僅規範了數據鏈路層和物理層。

LIN的特點如下：

1.採用單主多從的組網方式，無CAN匯流排那樣的仲裁機制，最多可連接16個節點（1主15從）。

2.對硬體要求簡單，僅需UART/SCI 介面，輔以簡單驅動程序便可實現 LIN 協議。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、從節點的同步，硬體成本大幅降低。

4.僅使用一根信號線便可完成信息的傳輸，即所謂的單匯流排設備。

5.傳輸速率最高可達20Kbps，符合A類網路標準，滿足車身控制需要。

6.LIN 網路中新節點的加入，對網路中其他原有節點的軟硬體設計不會造成影響。

LIN網路主從節點的功能

LIN網路中的節點任務分為主機任務和從機任務兩類。其中，主機任務只在主機節點上運行，而從機任務在主機節點和從機節點上均可運行。也就是說，主機節點可以實現主機任務和從機任務。

A.主機任務主要執行以下功能：

1.定義匯流排上的通信速率。（同步場？待考）

2.發送報文幀頭，包含同步間隔場、同步場和標識符場三個部分。

3.監控匯流排通信，通過校驗和確定數據正確性與否。

4.使從機進入喚醒或睡眠狀態，並響應從機的喚醒要求。

B.從機任務既可運行於主機又可運行於從機，它主要完成以下功能：

1.等待主機任務發送的同步間隔，使從機與主機於同步場中獲得同步。

2.分析標識符場，若與自己相關，則接收或發送數據，若與自己無關則什麼都不做。

3.檢查和發送校驗和。

4.接受主機任務的喚醒和睡眠請求。

綜上，主機報文的標識符能觸發與之對應的不同從機之間的通信。

LIN報文的幀結構

LIN 匯流排上具有「顯性」和「隱性」兩種互補的邏輯電平。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在匯流排上以具有固定格式的報文進行傳遞，但是這種報文數據段的長度是可以調整的。LIN網路中的所有節點（包括主機節點）都具有從機任務，當接到主機任務的報文信息時，它們中的某一個要對報文做出響應。

LIN匯流排的一幀主要由兩部分組成，即報文頭（Header）和報文響應（Response）。其中，報文頭是由一個主機節點的主機任務發出的，而報文響應（以下簡稱響應）是由一個主機節點或從機節點的從機任務發出的。其中報文頭由同步間隔場（最小13個顯性位）、同步場（1個位元組，數據不變，0x55）、和PID場（1個位元組）三部分組成；報文響應由2/4/8個位元組的數據場、校驗和場（1個位元組）所組成。報文頭和響應之間有一個幀內空間分隔，最小空間為0。

LIN 的位元組場格式就是通常的「SCI」或「UART」串列數據格式(N81編碼)。即每個位元組場的長度是10個位定時(BIT TIME)：1bit起始位＋8bits數據位＋1bit停止位。起始位(START BIT)是一個「顯性」位，它標誌著位元組場的開始。接著是8個數據位，首先發送最低位。停止位(STOP BIT)是一個「隱性」位，它標誌著位元組場的結束。LIN報文幀中的同步場、標識符場、數據場、校驗和場的格式都符合上述位元組場的格式。

下面對幾個重要的部分詳細說明。

LIN的被保護標識符場（PID場）

PID場定義了報文的內容和長度。如圖，PID場分為6個標識符位和2個ID奇偶校驗位。6個標識符位我們稱之為ID。如果加上2個奇偶校驗位就變成PID了，即Protected ID。6個標識符位中，標識符後兩位為數據長度控制位。總的來看，ID的範圍是0-0x3F。注意是ID，不是PID。要區分開。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為數據長度控制位（ID4是低位）。值為00或10時，數據長度為2個位元組。值為01時，數據長度為4個位元組。值為11時，數據長度為8個位元組。P0和P1為奇偶校驗位，演算法如下：

#include <stdio.h>#include <windows.h>int main(){ short p0=0,p1=0; short LIN_ID=0x22,PID=0x00; p0 = (LIN_ID & 0x01) ^ ((LIN_ID & 0x02) >> 1) ^ ((LIN_ID & 0x04) >> 2) ^ ((LIN_ID & 0x10) >> 4); //按位異或 p0 = p0 & 0x01; p1 = ~(((LIN_ID & 0x02) >> 1) ^ ((LIN_ID & 0x08) >> 3) ^ ((LIN_ID & 0x10) >> 4) ^ ((LIN_ID & 0x20) >> 5)); p1 = p1 & 0x01; PID = (p1 << 7) | (p0 << 6) | LIN_ID; printf("p0=%#x,p1=%#x,PID=%#X
",p0,p1,PID); system("pause"); return 0;}

所謂奇偶校驗就是在發送的每一個位元組後都加上一位，使得每個位元組中1的個數為奇數個或偶數個。接收方通過計算數據中1的個數是否滿足奇偶性來確定數據是否有錯。這個不用背，用的時候可以查表。

數據場

數據場主要需注意每個位元組先傳輸的是最低位。

校驗和場（checksum）

校驗和場是數據場所有位元組的和的反碼。所有數據位元組的和的補碼，與校驗和位元組相加所得的和必須是0xFF。

演算法：累加所有位元組。對和進行判斷，如果和大於0xFF，那麼去掉最高位的1，其餘部分加1（此說法可能有出入，需要考證）。得到最後的結果後，取其反碼，我們就得到了最後的校驗和。參照下圖理解一下。

練習：下圖是一些LIN匯流排數據，以最後一組為例，2個0xFF之和為0x1FE，處理後仍然為0xFF。故8個0xFF加和之後仍為0xFF，取反碼為0x00。

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，一種是Enhanced。上文講到的校驗和場演算法實際上是classic的，即只對Data（數據場）進行校驗和的計算。

下圖是CST為Enhanced時的報文形態。此時校驗和的計算需要包含前面的PID位元組。舉例，下圖中第一幀報文，ID為0x02，PID通過查表（參考文獻5）可得到對應的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也放進去。

LIN匯流排的布線組網

LIN網路的節點數量不應超過16個，否則節點增加將減少網路阻抗，會導致環境條件變差，從而不能進行正常的無錯誤通訊。實驗證明，每增加一個節點，就會減少約3％的阻抗；網路中的通訊導線長度應小於或等於40m；主機節點的匯流排端電阻典型值是1k?，從機節點是30 k?。

LIN匯流排的應用

LIN匯流排上可以傳輸的兩類數據，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識符的幀裡面完成的。數據場的判讀取決於數據場本身以及通訊節點的狀態。

LIN具有調度表機制。調度表負責調度網路各報文發送的順序。調度表在網路系統設計階段確定。調度表使得LIN通信具有可預測性。主任務可以擁有多個調度表，並在不同的調度表之間切換。

LIN的描述文件叫做LDF文件，可以設置報文幀，信號和調度表等。

LIN幀的分類

LIN幀按照幀類型來分類可以分為普通幀、事件觸發幀、零星幀、診斷幀、用戶自定義幀和保留幀。

普通幀的標識符(ID)為0到0x3B。主任務發出報文頭，一個任務響應，一個或多個任務接收。

事件觸發幀的標識符為0到0x3B。事件觸發幀必須有一個獨立的ID，該ID可以與多個普通幀相關聯。在事件觸發幀時隙內發送幀頭，只有當相關聯的無條件幀內有信號被更新時，才發送幀響應。幀響應的第一個數據位元組等於標識符，即響應最多可以傳輸7個位元組的數據；如果沒有幀響應，幀頭被忽略。幀響應可由多個節點發送，發生衝突時切換到「衝突解決調度表」，之後再切換回到原來的調度表。

零星幀表示共用一個時隙、在需要時才被發送的一組普通幀。標識符為0到0x3B。

診斷幀用來傳輸診斷或配置信息，一般包含8個位元組數據。0x3C為主請求幀，0x3D為從響應幀。

用戶自定義幀標識符為0x3E，可以傳輸任何用戶自定義的信息。

保留幀的標識符為0x3F。略。

關於LIN的版本

LIN2.0新增加了下列屬性：「增強校驗和（Enhanced）」、「重新配置和診斷」、「波特率自動探測」、「響應錯誤狀態監控」。LIN2.0從機節點無法與LIN1.3主機節點操作。

關於LIN的基礎知識先介紹到這裡。推薦一個帖子：《白話LIN匯流排》，很生動形象！

白話 LIN匯流排， 晚會開始啦 - 汽車電子 - 電子工程世界-論壇

思考題：

1.對於LIN而言，邏輯0時電平為多少，邏輯1時電平為多少？

2.LIN的報文頭由哪三個部分組成？

3.如何計算classic類型的校驗和場？

參考資料：

1.汽車協議LIN匯流排最新中文版_百度文庫

2.LIN匯流排基本知識及LIN匯流排分析控制工具_圖文_百度文庫

3.【圖文】LIN匯流排培訓_百度文庫

4.說一說LIN匯流排

5.http://www.microchip.com.cn/newcommunity/Uploads/Download/Library/00002059a_cn.pdf

6.Lin匯流排應用層代碼 - CSDN博客

7.LIN匯流排:汽車氛圍燈控制 - CSDN博客

8.LIN匯流排開發:STM32F0 TJA1020

9.lin介面_圖文_百度文庫

10.LIN 主節點用串口實現_圖文_百度文庫

11.【圖文】第11章LIN匯流排收發器TJA1020_百度文庫

12.【圖文】LIN匯流排技術原理基礎_百度文庫

13.【圖文】LIN2.1_快速入門_百度文庫

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