面向未来汽车应用的LIN总线系统

发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:346

传统的汽车电气系统设计利用一捆电缆来连接车灯、电动机、电磁阀、加热器、空调等设备。现在，车辆中电子器件的数量急剧增加，汽车的电气系统变得越来越复杂。一些统计数据显示，汽车中电子器件所占的比例将达到40%到50%。因此，汽车中电缆的数量会越来越多，电缆的重量也越来越大。此外，汽车的电接线变得越来越复杂，这给汽车制造商和汽车维修厂的装配工作造成更多的麻烦。

在十几年前，博世公司为汽车应用引入了can总线系统，其目的是将本地网络的概念应用到汽车系统内，就像办公室和家中的lan网络一样。然而，can针对高达1mbps的高速数据传输设计，对于普通的汽车应用来说，can模块的成本比较高，它更适合于引擎ecu和abs的互连。

在1999年引入了针对汽车应用的lin 1.0(本地互连网络)总线系统，它的目标是低成本应用，如电动门、电动窗、侧镜、雨刮器、座椅安全带报警、外部照明等。lin总线的传输速度最大为20kbps，而且它在单通道总线环路中最多能支持16个节点，总线电缆的长度最多可以扩展到40米。

图1：lin总线api到物理层的结构

随着lin总线系统在汽车行业的普及应用，电子控制器件将会采用模块的形式，可以方便地插入到lin总线网络，并与位于仪表板或驾驶室附近的主控制器单元连接在一起。

lin总线

lin是一种低成本的汽车网络，它是现有的汽车多元网络的补充。

lin总线的主要特征是：一个主节点、多个从节点的概念；低成本：基于普通uart/sci接口硬件、相同的软件或作为纯状态机；自同步：在从节点中不用晶体振荡器或陶瓷振荡器时钟；确定性信号传输：信号传播时间预先可计算；低成本单线实现连接；速度高达20kbps；基于应用交互作用的信号。

lin总线的结构

使用一个帧收发器连接lin簇与物理总线，所有的应用不直接访问这些帧，在帧和应用之间加入了基于信号的交互作用层(interaction level)。此外，在应用和帧处理程序层之间存在诊断接口和信号交互作用层。

lin系统由一个主节点和多个从节点(最多16个节点)构成。主任务发送的帧由一个报头和不同从任务的一个响应消息构成。图2所示为由不同从任务响应的主任务报头。

图2：主节点和从节点的工作过程

图3所示为lin帧的结构，该帧由一个间隔(break)字段后跟4到11个字节的字段构成。每一个字节字段都以串行字节方式发送，起始字节的第一位编码为“0”，而终止位编码为“1”。

图3：lin帧结构

melexis lin总线解决方案

melexis是一家汽车半导体制造商，melexis从1989起开始提供混合信号ic解决方案。melexis专注于低成本的lin总线汽车市场，在他们的集成lin控制器中有4位mcu (mlx80103)和16位mcu，该控制器针对特定应用融合了数字ic(cpu)及模拟ic。图4所示为运行在melexis新型mlx16控制器上的lin协议的实例。

图4：低成本单封装集成lin总线解决方案的结构

mlx16具有双cpu，分别是运行协议处理程序的4位mcu mlx4和运行应用软件的16位mcu mlx16。melexis正在为基于mlx4的lin从节点开发一种可被用于每一个mlx4产品的lin软件套件，让客户可以专注于应用软件的开发。

新型的、具有16位cpu的集成lin控制器mlx81xxx，可用于在两芯片之间交换实时信息的内部高速通信接口。该应用可以很方便地用来扩展从模块的i/o能力。图5所示为两个具有高速通信接口的mlx81xxx的连接图。

图5：melexis的lin软件处理mlx4中的lin协议

melexis除了提供集成lin控制器解决方案，还为can总线、lin总线、k总线和gm-lan提供一些收发器。lin收发器系列包括th8080和th8082，系统基础ic包括th8062和th8065。th8065是新推出的lin总线收发器，它包含lin收发器(支持2.0和j2602)、电压调整器、模拟看门狗、复位输出和可编程por定时器。

设计工程师易于采用th8065与微控制器构成一个lin控制模块。典型的th8065电路与mcu的接口如图6所示。

图6：th8065电路与mcu的接口示意图

典型的lin总线系统应用

我们利用lin主节点和若干lin从节点构建了一套lin总线系统演示板。lin主节点采用一个usb接口，把它连接到pc上的专用软件，就可以作为用户控制lin系统的控制平台。