瑞萨资料:Lin总线入门.pdf

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书资料大小：1.67M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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概要

使用注意事项

1. LIN是什么?

1.1 LIN子网(Cluster)与节点(Node)

1.2 主/从机节点与主/从机任务

2. LIN的特点

3. LIN协议层

3.1 帧的结构

3.1.1 同步间隔段(Break Field)

3.1.2 同步段(Sync Byte Field)

3.1.3 受保护ID段(Protected Identifier Field)

3.1.4 数据段(Data Field)

3.1.5 校验和段(Checksum Field)

3.1.6 帧传输时间的计算

3.1.7 帧在总线上的传输波形

3.2 帧的类型

3.2.1 无条件帧(Unconditional Frame)

3.2.2 事件触发帧(Event Triggered Frame)

3.2.3 偶发帧(Sporadic Frame)

3.2.4 诊断帧(Diagnostic Frame)

3.2.5 保留帧(Reserved Frame)

3.3 进度表(Schedule)

3.4 状态机(State Machine)实现

3.4.1 主机任务的状态机

3.4.2 从机任务的状态机

3.5 网络管理

3.5.1 唤醒

3.5.2 休眠

3.6 状态管理

3.6.1 网络报告

3.6.2 节点内部报告

4. 帧收发的硬件实现

4.1 组成

4.2 LIN的硬件特点

4.3 协议控制器

4.3.1 实现方案

4.4 总线收发器

4.4.1 实现方案

4.5 LIN总线

4.6 时钟源

4.7 EMI及其控制

4.8 设计电路时的注意事项

4.8.1 工作环境对时钟的影响

4.8.2 端接阻抗和总线负载

4.8.3 ESD防护

4.8.4 兼容性

4.9 参考资料

5. 信号处理、配置、识别和诊断

5.1 传输层

5.1.1 PDU结构

5.1.2 传输层通信

5.2 LIN应用层

5.2.1 概述

5.2.2 信号处理功能

5.2.3 配置功能

5.2.4 识别功能

5.2.5 诊断功能

5.3 参考资料

6. LIN的API

6.1 什么是API？

6.2 LIN的API

6.3 核心API

6.4 传输层API

6.5 配置与识别API

6.6 注意事项

6.6.1 兼容性

6.6.2 开发工具

6.7 API使用示例

6.7.1 从机节点初始化

6.7.2 从机节点主程序

6.8 参考资料

7. 工作流

7.1 节点性能文件

7.1.1 节点性能文件举例说明

7.2 LIN描述文件

7.2.1 LIN描述文件举例说明

公司主页和咨询窗口

修订记录

LIN 入门概要本资料面向 LIN 总线初学者，对什么是 LIN，LIN 的特征，物理层、协议层及应用层相关规定进行说明。本资料主要是针对 LIN2.1 讲解。使用注意事项本资料对 LIN 协会所提出的 LIN 总线的概要及协议进行了归纳，可作为实际应用的参考资料，对于具有 LIN 功能的产品不负任何责任。 R01AN0348CC0100_AUTOMOTIVE Rev.1.00 2010.10.25 Page 1 of 76

LIN 入门目录概要.......................................................................................................................................................... 1 使用注意事项............................................................................................................................................. 1 1. LIN是什么? ......................................................................................................................................... 4 1.1 LIN子网(Cluster)与节点(Node) ............................................................................................................ 5 1.2 主/从机节点与主/从机任务.................................................................................................................. 7 2. LIN的特点 ............................................................................................................................................. 8 3. LIN协议层 ............................................................................................................................................. 9 3.1 帧的结构 ............................................................................................................................................. 9 3.1.1 同步间隔段(Break Field) ................................................................................................................... 9 3.1.2 同步段(Sync Byte Field) .................................................................................................................. 10 3.1.3 受保护ID段(Protected Identifier Field).............................................................................................. 11 3.1.4 数据段(Data Field)........................................................................................................................... 12 3.1.5 校验和段(Checksum Field) .............................................................................................................. 13 3.1.6 帧传输时间的计算.......................................................................................................................... 14 3.1.7 帧在总线上的传输波形................................................................................................................... 15 3.2 帧的类型 ........................................................................................................................................... 16 3.2.1 无条件帧(Unconditional Frame) ....................................................................................................... 16 3.2.2 事件触发帧(Event Triggered Frame)................................................................................................. 16 3.2.3 偶发帧(Sporadic Frame)................................................................................................................... 17 3.2.4 诊断帧(Diagnostic Frame)................................................................................................................ 18 3.2.5 保留帧(Reserved Frame) .................................................................................................................. 18 3.3 进度表(Schedule)............................................................................................................................... 19 3.4 状态机(State Machine)实现 ................................................................................................................ 21 3.4.1 主机任务的状态机.......................................................................................................................... 21 3.4.2 从机任务的状态机.......................................................................................................................... 21 3.5 网络管理 ........................................................................................................................................... 23 3.5.1 唤醒................................................................................................................................................ 23 3.5.2 休眠................................................................................................................................................ 24 3.6 状态管理 ........................................................................................................................................... 25 3.6.1 网络报告 ........................................................................................................................................ 25 3.6.2 节点内部报告 ................................................................................................................................. 25 4. 帧收发的硬件实现 ............................................................................................................................... 26 4.1 组成 .................................................................................................................................................. 26 4.2 LIN的硬件特点 ................................................................................................................................. 27 4.3 协议控制器 ....................................................................................................................................... 28 4.3.1 实现方案 ........................................................................................................................................ 28 4.4 总线收发器 ....................................................................................................................................... 29 4.4.1 实现方案 ........................................................................................................................................ 29 4.5 LIN总线 ............................................................................................................................................ 30 4.6 时钟源............................................................................................................................................... 31 4.7 EMI及其控制 .................................................................................................................................... 32 4.8 设计电路时的注意事项 ..................................................................................................................... 33 4.8.1 工作环境对时钟的影响................................................................................................................... 33 R01AN0348CC0100_AUTOMOTIVE Rev.1.00 2010.10.25 Page 2 of 76

LIN 入门 4.8.2 端接阻抗和总线负载 ...................................................................................................................... 33 4.8.3 ESD防护......................................................................................................................................... 34 4.8.4 兼容性 ............................................................................................................................................ 34 4.9 参考资料 ........................................................................................................................................... 35 5. 信号处理、配置、识别和诊断 ............................................................................................................. 36 5.1 传输层............................................................................................................................................... 36 5.1.1 PDU结构 ........................................................................................................................................ 36 5.1.2 传输层通信..................................................................................................................................... 38 5.2 LIN应用层......................................................................................................................................... 39 5.2.1 概述................................................................................................................................................ 39 5.2.2 信号处理功能 ................................................................................................................................. 40 5.2.3 配置功能 ........................................................................................................................................ 40 5.2.4 识别功能 ........................................................................................................................................ 44 5.2.5 诊断功能 ........................................................................................................................................ 45 5.3 参考资料 ........................................................................................................................................... 48 6. LIN的API............................................................................................................................................. 49 6.1 什么是API？ ..................................................................................................................................... 49 6.2 LIN的API .......................................................................................................................................... 50 6.3 核心API ............................................................................................................................................ 51 6.4 传输层API......................................................................................................................................... 52 6.5 配置与识别API.................................................................................................................................. 53 6.6 注意事项 ........................................................................................................................................... 54 6.6.1 兼容性 ............................................................................................................................................ 54 6.6.2 开发工具 ........................................................................................................................................ 54 6.7 API使用示例 ..................................................................................................................................... 56 6.7.1 从机节点初始化.............................................................................................................................. 56 6.7.2 从机节点主程序.............................................................................................................................. 57 6.8 参考资料 ........................................................................................................................................... 60 7. 工作流 ................................................................................................................................................. 61 7.1 节点性能文件.................................................................................................................................... 62 7.1.1 节点性能文件举例说明................................................................................................................... 63 7.2 LIN描述文件 ..................................................................................................................................... 65 7.2.1 LIN描述文件举例说明.................................................................................................................... 67 公司主页和咨询窗口 ................................................................................................................................ 75 修订记录 .................................................................................................................................................. 76 R01AN0348CC0100_AUTOMOTIVE Rev.1.00 2010.10.25 Page 3 of 76

LIN 入门 1. LIN 是什么? LIN 是 Local Interconnect Network 的缩写，是基于 UART/SCI(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter / Serial Communication Interface，通用异步收发器/串行通信接口)的低成本串行通信协议。可用于汽车、家电、办公设备等多种领域。本文主要针对 LIN 在分布式的汽车电子网络系统中的应用。 1996 年，Volvo和Volcano通讯(VCT)为Volvo S80 系列开发了一种基于UART/SCI的协议，即Volcano Lite。 1997 年，Motorola与Volvo和VCT合作，帮助它们改进Volcano Lite协议以满足各种不同需求(比如无需晶振的从机设备自动同步)，并制定可以支持各种半导体产品的开放标准。1998 年 12 月，Audi、BMW、Daimler Chrysler 和Volkswagen也加入进来，由此形成了LIN协会(http://www.lin-subbus.org)。开发LIN标准的目的在于适应分层次车内网络在低端(速度和可靠性要求不高、低成本的场合)的需求。LIN经历了几个版本的发布和更新，如表 1.1 所示。表 1.1 LIN 协议历史发布时间 1999/07 2000/03 2000/11 2002/12 2003/09 2006/11 版本 1.0 版发布。 1.1 版发布。 1.2 版发布。 1.3 版发布，主要对物理层进行修改，提高了节点之间的兼容性。 2.0 版发布，支持配置和诊断的标准化，规定了节点性能文件等。 2.1 版发布，澄清了部分内容，修正了配置部分，将传输层和诊断部分独立成章。图 1.1 为 LIN 在汽车中的应用，主要用于车身系统。图 1.1 LIN 在汽车中的应用 R01AN0348CC0100_AUTOMOTIVE Rev.1.00 2010.10.25 Page 4 of 76

LIN 入门 1.1 LIN 子网(Cluster)与节点(Node) 图 1.2 LIN 的典型应用示例图 1.2 为一典型的车载 LIN 通信子网(注 1)，黄色方块为 LIN 的从机节点，蓝色方块为 LIN 的主机节点，一个节点即一个 LIN 接口(注 2)。LIN 网络与主干线 CAN(Controller Area Network，控制器局域网)总线相连时，需要加入 CAN-LIN 网关，一般由主机节点来充当。LIN 与上层网络相连时的示意图参照图 1.3。注：1. 由于 LIN 网络在汽车中一般不独立存在，经常与上层网络(如 CAN)相连，因此子网的概念是相对于上层网络而言。在不强调与上层网络相连的情况下，后面也称作 LIN 网络。 2. 一个节点不一定对应一个 ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)，因为一个 ECU 可能提供多个 LIN 接口，并且这些接口可能连接到不同的 LIN 通信子网中。 CAN总线 CAN-LIN网关 (一般由主机节点充当) LIN总线从机节点1 从机节点2 从机节点3 图 1.3 LIN 与上层网络连接示意图节点可以抽象为如图 1.4 所示。 R01AN0348CC0100_AUTOMOTIVE Rev.1.00 2010.10.25 Page 5 of 76

LIN 入门 API 协议层物理层节点应用程序传输层信号处理帧处理 LIN总线图 1.4 LIN 节点的构成节点应用层向下层传输信号和消息。信号和消息位于帧中的数据段，是节点向其他节点传达的实质信息。它们之间的区别在于信号封装于信号携带帧 (帧 ID 范围在 0x00～0x3B 之间，参照 3.1.3 节表 3.1)中，用于在运行状态传递上层发生的事件，如温度传感器的测量结果等。消息封装于诊断帧(帧 ID 为 0x3C 或 0x3D，参照 3.1.3 节表 3.1)中，是有固定格式、最大长度不超过 4095 字节的信息，例如第 5 章介绍的服务请求。应用程序通过信号处理实现信号的传递，通过传输层实现消息的传递。 R01AN0348CC0100_AUTOMOTIVE Rev.1.00 2010.10.25 Page 6 of 76

LIN 入门 1.2 主/从机节点与主/从机任务 LIN 的拓扑结构为单线总线，应用了单一主机多从机的概念。总线电平为 12V，传输位速率(Bitrate)最高为 20kbps。由于物理层限制，一个 LIN 网络最多可以连接 16 个节点，典型应用一般都在 12 个节点以下，主机节点有且只有一个，从机节点有 1 到 15 个。主机节点(Master Node)包含主机任务(Master Task)和从机任务(Slave Task)，从机节点(Slave Node)只包含从机任务，如图 1.5 所示。主机节点主机任务从机任务从机节点从机节点从机节点从机任务从机任务 … 从机任务 1~15个从机节点图 1.5 LIN 总线拓扑图主机任务负责： (1) 调度总线上帧的传输次序； (2) 监测数据，处理错误； (3) 作为标准时钟参考； (4) 接收从机节点发出的总线唤醒命令。从机任务不能够主动发送数据，需要接收主机发送的帧头(帧的起始部分，参照 3.1 节的图 3.1)，根据帧头所包含的信息(这里指帧 ID，详细内容参照 3.1.3 节)判断： (1) 发送应答(帧中除帧头外剩下的部分，参照 3.1 节的图 3.1)； (2) 接收应答； (3) 既不接收也不发送应答。 R01AN0348CC0100_AUTOMOTIVE Rev.1.00 2010.10.25 Page 7 of 76

LIN 入门 2. LIN 的特点 LIN 具有以下特点： (1) 网络由一个主机节点和多个从机节点构成。 (2) 使用 LIN 可以大幅度的削减成本，表现在以下方面： ● 开放型规范：规范可以免费从官方网站获得。 ● 硬件成本削减：基于普通 UART/SCI 接口的低成本硬件实现，无需单独的硬件模块支持；从机节点无需高精度时钟就可以完成自同步；总线为一根单线电缆。 ● 装配成本削减：LIN 采用了工作流(Work Flow)和现成节点(Off-the-shelf Node)的概念，将网络装配标准化，并可通过 LIN 传输层进行再配置。 ● 缩短软件开发周期：LIN 协议将 API(Application Programming Interface，应用编程接口)标准化。 (3) 信号传输具有确定性，传播时间可以提前计算出，参照 3.1.6 节。 (4) LIN 具有可预测的 EMC(ElectroMagnetic Compatibility，电磁兼容性)性能，参照 4.7 节。为了限制 EMI(ElectroMagnetic Interference，电磁干扰)强度，LIN 协议规定最大位速率为 20kbps。 (5) LIN 提供信号处理、配置、识别和诊断四项功能，参照 5.2.1 节的图 5.2。 R01AN0348CC0100_AUTOMOTIVE Rev.1.00 2010.10.25 Page 8 of 76

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