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      侵權投訴

      初學者如何快速學習LIN 總線(應用/分類/LIN報文/幀結構)

      39度創意研究所 ? 2020-10-22 12:21 ? 次閱讀

      LIN總線是目前常見的一種A類網絡協議。LIN的全稱為Local Interconnect Network。LIN主要功能是為CAN總線網絡提供輔助功能,應用場合有智能傳感節點、自動車窗節點等。目前最新的LIN協議是LIN2.2,制定于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總線僅規范了數據鏈路層和物理層。

      LIN的部分應用LIN的特點如下:

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

      2.對硬件要求簡單,僅需UART/SCI 接口,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,硬件成本大幅降低。

      4.僅使用一根信號線便可完成信息的傳輸,即所謂的單總線設備。

      5.傳輸速率最高可達20Kbps,符合A類網絡標準,滿足車身控制需要。

      6.LIN 網絡中新節點的加入,對網絡中其他原有節點的軟硬件設計不會造成影響。

      LIN網絡主從節點的功能

      LIN網絡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.定義總線上的通信速率。(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.監控總線通信,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,并響應從機的喚醒要求。

      B.從機任務既可運行于主機又可運行于從機,它主要完成以下功能:

      1.等待主機任務發送的同步間隔,使從機與主機于同步場中獲得同步。

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

      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 總線上具有“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在總線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網絡中的所有節點(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。

      報文頭僅可以由主機節點發出

      LIN總線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個字節,數據不變,0x55)、和PID場(1個字節)三部分組成;報文響應由2/4/8個字節的數據場、校驗和場(1個字節)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的幀結構(英文版)

      LIN的幀結構(彩圖版)

      LIN的幀結構

      示波器采出來的LIN波形,能看出0x00和0x55

      LIN 的字節場格式就是通常的“SCI”或“UART”串行數據格式(N81編碼)。即每個字節場的長度是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,它標志著字節場的開始。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,它標志著字節場的結束。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字節場的格式。

      下面對幾個重要的部分詳細說明。

      同步間隔場

      間隔場是唯一一個不符合字節場格式的場。從節點需要檢測到至少連續11個顯性位才認為是間隔信號。

      同步場

      一個字節,即0x55。

      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,標識符后兩位為數據長度控制位。總的來看,ID的范圍是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個字節。值為01時,數據長度為4個字節。值為11時,數據長度為8個字節。在實際應用中,我并沒有發現ID4和ID5與真實的數據長度有什么關系。接觸到的LIN報文均為8個字節的數據。

      P0和P1為奇偶校驗位,算法如下:

      #include #include 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\n",p0,p1,PID);? ? ? ? system("pause");? ? ? ? return 0;}

      所謂奇偶校驗就是在發送的每一個字節后都加上一位,使得每個字節中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字節先傳輸的是最低位。即如果某一信號長度超過1個字節,采用低位在前的方式發送(小端)。

      校驗和場(checksum)

      校驗和場是數據場所有字節的和的反碼。所有數據字節的和的補碼,與校驗和字節相加所得的和必須是0xFF。

      算法(Classical):累加所有字節。對每次加和進行判斷,如果和大于0xFF,那么就把高八位的1,與低八位相加,其實就是低八位加1(翻轉八位和)。得到最后的結果后,取其反碼,我們就得到了最后的校驗和。參照下圖理解一下。

      如何算出LIN的校驗和場

      講解一下上面的圖,0x4A+0x55 = 0x9F這個沒有疑問,再加0x93 = 0x132,很明顯,超過了0xFF,分解為0x1和0x32,突出的高8位刪除,加到低8位中,0x1+0x32=0x33。再加0xE5 = 0x118,又超了,0x1+0x18=0x19。取反(Not),0xE6。

      練習:下圖是一些LIN總線數據,以最后一組為例,2個0xFF之和為0x1FE,處理后仍然為0xFF。故8個0xFF加和之后仍為0xFF,取反碼為0x00。

      一組LIN報文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 checksum(LIN 1.3),一種是enhanced checksum(LIN 2.0及以上)。上文講到的校驗和場算法實際上是classic的,即只對Data(數據場)進行校驗和的計算。Enhanced Checksum在計算時需要把PID也加入到計算隊列中。

      9600波特率下,ChecksumType為classic

      下圖是CST(校驗和類型)為Enhanced時的報文形態。此時校驗和的計算需要包含前面的PID字節。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。

      PLIN-USB收到的LIN報文,很詳細

      這里有個知識點一定要注意:標識符為0x3C和0x3D的幀只能使用經典校驗,這兩組幀是LIN的診斷幀。即LIN 2.0及以上才有的診斷幀,需要使用經典校驗,不能將PID也加入到校驗計算序列。自己寫LIN驅動的小伙伴要格外注意。

      用Kvaser收到的第一個LIN報文

      LIN總線的布線組網

      LIN網絡的節點數量不應超過16個,否則節點增加將減少網絡阻抗,會導致環境條件變差,從而不能進行正常的無錯誤通訊。BOSCH汽車電氣與電子中這樣描述,“LIN總線規范中沒有規定總線允許的最大節點數。......但實際應用中,為了保證數據傳輸的可靠性,總線允許的最大節點數為16個。“

      實驗證明(該實驗需要考證),每增加一個節點,就會減少約3%的阻抗;網絡中的通訊導線長度應小于或等于40m;主機節點的總線端電阻典型值是1k?,從機節點是30 k?。

      LIN總線的應用

      LIN總線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里面完成的。數據場的判讀取決于數據場本身以及通訊節點的狀態。

      LIN具有調度表機制。調度表負責調度網絡各報文發送的順序。調度表在網絡系統設計階段確定。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,并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字節等于標識符,即響應最多可以傳輸7個字節的數據;如果沒有幀響應,幀頭被忽略。幀響應可由多個節點發送,發生沖突時切換到“沖突解決調度表”,之后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個字節數據。0x3C為主請求幀,0x3D為從響應幀(注意校驗方式是classic!)。診斷響應基于ISO15765-2傳輸層和ISO14229應用層。

      診斷幀

      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。

      關于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。

      關于睡眠

      主節點可以發送一幀ID為0x3c,第一個字節為零的主請求幀來使處于工作狀態的從節點進入睡眠。這幀報文稱為睡眠指令。

      從節點在接到睡眠指令之后,也可以選擇不進入睡眠狀態而繼續工作,這根據應用層協議而定。

      當總線空閑4到10秒的時候,所有從節點必須進入睡眠狀態。(注:空閑的定義是沒有顯性位和隱性位之間的轉換。)

      關于喚醒

      在一個處于睡眠狀態的LIN網絡中,任何一個節點都可以發送喚醒信號。

      喚醒信號是一個250us到5ms的顯性電平。

      問題:這里的喚醒信號可否按照恒潤的教程理解為在20Kbit/s波特率下的0x0F,或在1Kbit/s波特率下的0x0F?

      當從節點發出喚醒信號之后150ms,主節點仍未發送報頭時,從節點可以再次發送喚醒信號。當連續發送了3次喚醒信號之后如果主節點仍未發送報頭,從節點要等待1.5秒以后才可以再次發送喚醒信號。

      關于LIN的基礎知識先介紹到這里。推薦一個帖子:《白話LIN總線》,很生動形象!

      白話 LIN總線, 晚會開始啦 - 汽車電子 - 電子工程世界-論壇

      www.LIN-SUBBUS.org上的消息顯示稱,LIN2.2A為最后一版非ISO的LIN總線標準。

      LIN總線最新的specification(規范)將會是ISO 17987 Part 1-7 中的一部分。
      編輯:hfy

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      現場can總線的認識

      CAN 是Controller Area Network 的縮寫,是ISO國際標準化的串行通信協議。....
      發表于 04-20 15:51 ? 91次 閱讀

      CAN總線的8個特點

      CAN總線的8個特點介紹說明。
      發表于 04-20 13:58 ? 123次 閱讀

      CAN總線及其在PLC上的應用

      CAN總線及其在PLC上的應用說明。
      發表于 04-20 13:56 ? 164次 閱讀

      CAN總線技術及其系統實現

      隨著工業現場控制和生產自動化領域中技術的不斷進步, 傳統的 R S- 232 和 CC IT TV.....
      發表于 04-20 11:17 ? 111次 閱讀

      CAN總線的應用研究

      現場總線是安裝在生產現場裝置與控制室內自動控制裝置之間的數字式、串行、多點通訊雙向傳輸的數據總線…。....
      發表于 04-20 11:14 ? 85次 閱讀

      CAN總線協議及CAN在工業控制中的應用

      CAN總線協議及CAN在工業控制中的應用說明。
      發表于 04-20 11:14 ? 167次 閱讀

      CAN總線接口模塊

      麥可科技研發的CAN總線接口模塊、擁有2/4路獨立CAN通道。 板載的120歐姆終端電阻,用戶可以根....
      發表于 04-20 10:32 ? 175次 閱讀

      CAN總線的軟件描述

      Softing成立于1979年,目前擁有140多名員工。 主要的業務領域圍繞工業自動化和汽車業電子產....
      發表于 04-20 10:32 ? 94次 閱讀

      基于S3C2410的CAN總線通訊設計與開發

      基于S3C2410的CAN總線通訊設計與開發說明。
      發表于 04-20 10:28 ? 125次 閱讀

      CAN總線的雙絞線及光纖傳輸

      在分析CAN總線雙絞線和光纖傳輸特點的基礎上,提出一種基于光纖收發一體模塊及CAN總線控制器SJAl....
      發表于 04-20 10:24 ? 236次 閱讀

      CAN總線詳細教程手冊

      CAN總線詳細教程手冊說明。
      發表于 04-20 10:23 ? 243次 閱讀

      汽車驅動系統的CAN總線設計

      汽車驅動系統的CAN總線設計說明。
      發表于 04-20 09:48 ? 199次 閱讀

      汽車CAN總線,由誰主刀

      CAN是一個系統,應用在了汽車上(不限于),由≥2個模塊組成,俗稱拓譜網絡;模塊的核心是單片機、電腦....
      發表于 04-20 09:46 ? 79次 閱讀

      采用USB和CAN總線的電力監控數據采集系統

      采用USB和CAN總線的電力監控數據采集系統。
      發表于 04-20 09:43 ? 122次 閱讀

      插頭連接CAN總線

      所有控制儀表的相關 CAN 總線,例如:舒適系統數據總線,都圍繞在中心點。 插頭連接 CAN 總線中....
      發表于 04-20 09:36 ? 263次 閱讀

      基于WINCE的CAN總線設備驅動研究

      基于WINCE的CAN總線設備驅動研究說明。
      發表于 04-20 09:36 ? 86次 閱讀

      變頻器中CAN總線設計

      變頻器中CAN總線設計說明。
      發表于 04-19 17:35 ? 107次 閱讀

      檢驗CAN總線信號

      檢驗CAN總線信號方法說明。
      發表于 04-19 17:32 ? 138次 閱讀

      淺談CAN總線系統

      結合汽車技術發展對傳統布線方法中存在的問題和CAN總線系統的使用進行了介紹,總結了CAN總線系統的優....
      發表于 04-19 17:31 ? 163次 閱讀

      CAN總線Kvaser Leaf Pro產品詳解

      帶MagiSync技術的Kvaser Leaf Professional是一個單通道USB接口,用于....
      發表于 04-19 17:20 ? 86次 閱讀

      CAN總線網關的設計與實現

      為了解決車載總線網絡間的通信問題, 基于 CAN ( Contro ller Area Netw o....
      發表于 04-19 17:18 ? 171次 閱讀

      CAN總線在COD檢測中的應用

      CAN總線在COD檢測中的應用說明。
      發表于 04-19 17:17 ? 108次 閱讀

      CAN總線的基礎知識

      CAN總線最初由德國Bosch公司為汽車檢測、控制系統而設計的。1993年CAN成為國際標準iso1....
      發表于 04-19 17:14 ? 124次 閱讀

      can總線的數據交換

      CAN總線的通信也是通過一種類似于“會議”的機制實現的,只不過會議的過程并不是由一方(節點)主導,而....
      發表于 04-19 17:11 ? 83次 閱讀

      NUP3125 SC-70的32V雙線CAN總線保護器(SOT-323)

      UP3125旨在保護商用車輛中常見的24 V設計中的CAN收發器免受ESD和其他有害浪涌保護事件的影響。該器件采用單個緊湊型SC-70(SOT-323)封裝,為每條數據線提供雙向保護,為系統設計人員提供了低成本選擇,可提高系統可靠性并滿足嚴格的EMI要求。 特性 優勢 每線120 W峰值功耗(8 /20μs波形) 確保高器件級浪涌可生存性 10 pF二極管電容匹配的總體電容 幫助維持CAN-FD的數據線信號完整性 低反向漏電流(...
      發表于 08-05 08:02 ? 360次 閱讀

      NUP3105L 采用SOT-23封裝的32V雙線CAN總線保護器

      UP3105旨在保護商用車輛中常見的24 V設計中的CAN收發器免受ESD和其他有害浪涌保護事件的影響。該器件采用單個SOT-23封裝,為每條數據線提供雙向保護,為系統設計人員提供了低成本選擇,可提高系統可靠性并滿足嚴格的EMI要求。 特性 優勢 350 W峰值功率每行耗散(8 /20μs波形) 確保高器件級浪涌可生存性 低反向漏電流(
      發表于 08-05 07:02 ? 419次 閱讀

      NUP2105 CAN總線保護器 雙線

      雙向雙向設計適用于需要電壓保護功能的應用。它適用于過壓和ESD敏感設備。該器件采用雙結共陰極配置,旨在保護兩條獨立的線路。 特性 SOT-23 pacakage允許兩個單獨的雙向配置 每行350 W峰值功耗(8x20 us波形) 低反向漏電流(
      發表于 08-05 05:02 ? 437次 閱讀
      NUP2105 CAN總線保護器 雙線
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