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LIN(Local Interconnect Network的簡稱,中譯是區域互聯網路),是應用在汽車內零組件之間通訊的串列网络传输协议。由於汽車上的技術及設備漸漸增加,需要低價的串列網路,而控制器區域網路(CAN)的成本太高,無法在車上的每一個設備中都裝設。歐洲汽車製造商開始使用不同的串列通訊技術,因此出現彼此無法相容的問題。
在1990年代末期,由BMW、大众集团、奥迪、富豪汽車及梅賽德斯-賓士這五家車廠開始了LIN Consortium,也有從Volcano汽車集團及摩托罗拉而來的軟體及硬體協助。第一個完全實現的新LIN協定(LIN version 1.3)是在2002年11月發佈。在2003年9月發佈了2.0版,增加了額外的診斷功能。若是配合特製的LIN over DC power line(DC-LIN)收發器,LIN也可以用在汽車車池的電力線通信。
LIN是廣播串行網路,其中包括16個設備(一台主站,15台從站)[2][3][4][5]
所有的訊息都是由主站開始,最多會有一台從站回覆有特定識別碼的訊息。主站節點也可能當作一個從站,回應自己發出的訊息。
因為所有的通訊都是由主站開始,不需要有碰撞偵測的方案[6]。
主站和從站一般都是用单片机實現,不過為了節省成本、空間或是電源,也可以用特殊的硬體或是特殊應用積體電路來實現。
目前的應用會結合低價的LIN網路及小型感測器來建構小型網路。這些子系統之間可以用骨幹網路連接(在汽車中可能是CAN)[7]。
LIN是低成本的串列通訊協定,可以有效支援車內網路的遠程應用。
LIN特別適用在分散在汽車不同位置的機械式節點,也適用於工業應用。
LIN設計時是和CAN網路互補,組成車內的階層式網路。
LIN Consortium是在1990代末期組成的,組成成員是五家歐洲車廠,以及明導國際(以前的Volcano車輛集團)及飞思卡尔(之前的摩托罗拉,現在已併入恩智浦半导体)。
新的LIN規範中,第一個完全實現的版本是在2002年11月發佈的LIN 1.3版。在2003年9月提出了2.0版,擴充了組態能力,以及額外的診斷機能以及工具介面。
協定的主要特點如下:
資料是透過可變長度,固定格式的訊息來在網路上傳播。
主站會送出標頭(header)資料,其中包括同步間隔(Synchronization break)信號,之後是同步欄位以及識別符(ID)欄位。從站回應資料頁框(frame),其中包括2個、4個或8個位元組的資料,再加上3個位元組的控制資訊[9]。
訊息包括以下的欄位[9]:
LIN規範就是為了設計在網路中很低價的硬體節點所開發。LIN設備是以ISO 9191為基礎的低成本、單線網路[12]。
以現今的汽車網架構來看,會使用有UART能力,或是有專門LIN硬體的微控制器。
微控制器會產生通訊協定、同位元等LIN通訊需要的所有資料,透過LIN收发器(可能只是電壓轉換,再加上一些機能)
LIN的從站節點越便宜越好,因此其時脈可能不是用石英晶体谐振器或陶瓷谐振器,而是用RC振盪器產生時脈。為了確保LIN頁框內波特率的穩定性,頁框中會有SYNC(同步)的欄位。
LIN主站會依照一個或是幾個事先定義的排程表,在LIN網路上開始傳送或是接收訊息。排程表中至少會包括各訊息開始發送的相對時序。 LIN頁面由兩部份組成:標頭(header)及回應(response)。標頭是由LIN主站送出,回應可能由特定的LIN從站送出,或是由LIN主站本身送出。
LIN是用串列的方式傳送資料,一個位元組中有八個位元,一個起始位元,一個結束位元,無同位元檢查(break欄位沒有起始位元及停止位元)。位元率的範圍最慢到1 kbit/s,最快到20 kbit/s。 在網路上的資料可以分為隱性(recessive,邏輯上的高準位)及顯性(dominant,邏輯上的低準位) 其時間基礎是由LIN主站的穩定時脈來源來決定,最小的單位是1位元時間(52 µs @ 19.2 kbit/s)。
LIN協定上,有列出兩種網路上的狀態:睡眠狀態及活躍狀態。在LIN網路上有資料時,所有的LIN節點都進入活躍狀態。在一定時間的逾時時間後,節點會進入睡眠狀態,若有喚醒頁框(WAKEUP frame)時才會回到活躍狀態。 喚醒頁框可以由網路上任何一個節點發起,可以是LIN主站依照其內部時程發起。也可以是LIN從站由其韌體所產生。 在所有節點都活躍之後,主站會繼續下一個識別符的排程。
包括五部份:
回應是由LIN從站任務產生(可能是從站,也可能是主站的從站任務)[13],分為資料及校验和[9]。
從站節點位置偵測試(Slave node position detection, SNPD)或自動定址(autoaddressing)的技術可以偵測LIN網路上各從站節點的位置順序,並給予節點不重覆的節點位址(unique node address、NAD)[15],好處是可以讓同一類或是類似的設備可以直接連接到網路,不需要另外修改程式
限制:
SNPD方法 | SNPD方法ID | 公司 |
---|---|---|
外部接線菊花鏈(Extra wire daisy chain) | 0x01 | 恩智浦半导体(以前的菲利浦) |
總線分流法(Bus shunt method) | 0x02 | Elmos Semiconductor |
保留 | 0x03 | 還不確定 |
保留 | 0x04 | 還不確定 |
保留 | 0xFF | 還不確定 |
外部接線菊花鏈(Extra wire daisy chain,XWDC)的方案中,每一個從站設備需要多提供一個輸入腳D1,以及一個輸出腳D2。
每一個組態腳Dx(x=1-2)有以下額外的機能來進行位置偵測:
總線分流法(Bus shunt method,BSM)的從站設備中,有二個LIN節點
每一個節點需增加以下電路,進行位置偵測的機能。
在EP 1490772 B1及US 7091876的專利中,有提到BSM的自動定址技術。
LIN的目的不是為了完全取代CAN網路。不過若價格是主要考量,較沒有速度及頻寬上的需求時,LIN是很適合的替代方案。一般來說,LIN會用在車輛中對性能或安全性較不要求的子系統,以下是一些例子。
應用場合 | LIN應用的例子 |
---|---|
車頂 | 感測器、光感測器、光線控制、天窗 |
方向盤 | 巡航控制、刮水器、方向燈、溫濕度控制、收音機,方向盤鎖 |
座椅 | 座椅調整馬達、乘員感測器、控制面板 |
引擎 | 感測器、小馬達、冷卻風扇馬達 |
溫濕度 | 小型馬達、控制面板 |
門 | 後視鏡、中控ECU、後視鏡開關、車窗升降器、座椅控制開關、門鎖 |
照明 | 窗台板的RGB LED照明 |
LIN網路中的位址是透過NAD(Node ADdress、節點位址)來實現,NAD是PID(protected identifier、受保護識別碼[11])的一部份。NAD的值有7位元,其範圍從1到127 (0x7F)
在開發LIN網路或是除錯時,硬體訊號的檢查格外的重要。逻辑分析仪及通訊分析儀可以搜集、分析、解碼通訊訊號並加以儲存,方便開發及除錯使用。
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