LIN總線作為一種輔助的總線網(wǎng)絡(luò)也是存在同步機(jī)制的，但是LIN在作為接收節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)時(shí)是有自動修正總線上通訊的波特率偏差的能力的。那這是怎么做到的呢？本文將與大家深入探討。

LIN(Local Interconnect Network)是一種低成本的串行通訊網(wǎng)絡(luò)，用于實(shí)現(xiàn)汽車中的分布式電子系統(tǒng)控制。LIN的目標(biāo)是為現(xiàn)有汽車網(wǎng)絡(luò)(例如CAN總線)提供輔助功能，因此LIN總線是一種輔助的總線網(wǎng)絡(luò)。在不需要CAN總線的帶寬和多功能的場合，比如智能傳感器和制動裝置之間的通訊使用LIN總線可大大節(jié)省成本。LIN 通訊是基于SCI(UART)數(shù)據(jù)格式，采用單主控制器/多從設(shè)備的模式。僅使用一根12V信號總線和一個(gè)無固定時(shí)間基準(zhǔn)的節(jié)點(diǎn)同步時(shí)鐘線。

LIN幀結(jié)構(gòu)

LIN幀(frame)包含幀頭(Header)和應(yīng)答(Response)兩部分。幀頭包括同步間隔段、同步段以及PID(Protected Identifier，受保護(hù)ID)段，應(yīng)答包括數(shù)據(jù)段和校驗(yàn)和段，如圖1所示，其中值“0”為顯性電平(Dominant)，值“1”為隱性電平(Recessive)。

圖1 LIN幀結(jié)構(gòu)

UART的基本時(shí)序

再介紹LIN同步機(jī)制之前，我們需要介紹一下UART的基本時(shí)序，了解一下底層信號是怎么傳送的。

以波特率9600為例，可以理解為將1s分解為9600等份，對于發(fā)送端來說，每bit電平的維持時(shí)間是1/9600s，對于接收端來說，在1/9600s內(nèi)要完成數(shù)據(jù)的采樣。因此對于不同時(shí)間源的設(shè)備，如何實(shí)現(xiàn)這個(gè)發(fā)送“節(jié)拍”以及設(shè)置接收采樣頻率非常重要。

圖2 波特率示意圖

UART的基本時(shí)序：

發(fā)送端:

圖3 發(fā)送端

接收端:

圖4 接收端

UART的每一幀數(shù)據(jù)一般有10位，分別為初始位、8位數(shù)據(jù)和結(jié)束位。對于發(fā)送端，將待發(fā)送的數(shù)據(jù)存入發(fā)送寄存器，產(chǎn)生起始位，即將電平拉低，隨后每1/9600s將寄存器中的數(shù)據(jù)一位一位的發(fā)送出去。當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，將電平拉高等待下一次的發(fā)送。對于接收端來說首先要檢測是否有數(shù)據(jù)來，它采用下降沿檢測的方式來檢測起始位。對于數(shù)據(jù)位的采樣，選取數(shù)據(jù)位的中點(diǎn)位置的電平作為采樣數(shù)據(jù)，因?yàn)橹悬c(diǎn)位置的電平較為穩(wěn)定。假設(shè)采樣間隔為N，那么當(dāng)采樣8N后，就可以停止采樣了。

LIN同步機(jī)制

LIN總線協(xié)議規(guī)定，LIN網(wǎng)絡(luò)主機(jī)節(jié)點(diǎn)必須采用較高精度時(shí)鐘，作為LIN網(wǎng)絡(luò)時(shí)間基準(zhǔn)，保證位速率的準(zhǔn)確性，而從機(jī)節(jié)點(diǎn)可以使用較低精度時(shí)鐘，所以主從節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘就會有頻率偏差，需要進(jìn)行調(diào)整同步，否則難以保證數(shù)據(jù)的正確收發(fā)。若不進(jìn)行LIN同步會有多大的影響呢？我們可通過控制器對同步間隔段識別的閾值來量化。

圖5 同步間隔段

同步間隔段由同步間隔(Break)和同步間隔段間隔符(Break Delimiter)構(gòu)成，如圖5所示。同步間隔是至少持續(xù)13位(以主機(jī)節(jié)點(diǎn)的位速率為準(zhǔn))的顯性電平，由于幀中的所有間隔或總線空閑時(shí)都應(yīng)保持隱性電平，并且?guī)械娜魏纹渌侄味疾粫l(fā)出大于9位的顯性電平（LIN報(bào)文以字節(jié)域格式通訊），因此13位的同步間隔可以標(biāo)志一個(gè)幀的開始，而能否識別這13位的同步間隔段就顯得尤為重要，這完全依賴于節(jié)點(diǎn)的一個(gè)參數(shù)-識別閾值，其計(jì)算方法如下：

假設(shè)從機(jī)節(jié)點(diǎn)所選擇的時(shí)鐘（精度不高的時(shí)鐘）精度為±14%時(shí)，（13–11.18）/13 = 14%，即是說當(dāng)精度為±14%時(shí)，主機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送13個(gè)位數(shù)據(jù)，從機(jī)節(jié)點(diǎn)最差只能接收到11.18位（此值為上限），因此，只有當(dāng)識別閾值設(shè)置為小于11.18時(shí)，才能識別到同步間隔，若識別閾值高于11.18位，就會出現(xiàn)主機(jī)發(fā)送同步間隔，而從機(jī)檢測不到的情況。由于在除同步間隔段以外，幀中任何其余部分都不會發(fā)送超過9位的顯性電平，(10.26 - 9) / 9 = 14%，即是說主機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送9個(gè)位數(shù)據(jù)時(shí)，從機(jī)節(jié)點(diǎn)可能最多收到10.26位（此值為下限），因此，為了避免將其他字段識別為同步間隔，判斷閾值必須大于10.26位，綜上，識別閾值可設(shè)為11。

假設(shè)從機(jī)節(jié)點(diǎn)選擇的時(shí)鐘(精度較高的時(shí)鐘)在容限范圍內(nèi)(±1. 5%)時(shí)，按照上面的計(jì)算方法，識別閾值應(yīng)設(shè)在9.135位(由(9.135 - 9) / 9 = 1.5%計(jì)算而來)到12.805 位(由(13–12.805) / 13 =1.5%計(jì)算而來)之間。具體設(shè)定閾值會隨著所選時(shí)鐘的精度，取值范圍在9.135位到12.805位之間浮動。

LIN同步是以幀為單位，每幀進(jìn)行一次同步。LIN接收節(jié)點(diǎn)在接收數(shù)據(jù)時(shí)，可以自動修正總線上通訊的波特率偏差，因?yàn)閰f(xié)議中帶有一個(gè)字節(jié)域的同步段（如圖6所示），采用固定的字節(jié)055(轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制為01010101b)，會自動根據(jù)同步段計(jì)算主機(jī)節(jié)點(diǎn)的波特率來調(diào)整自身的時(shí)鐘，達(dá)到同步的效果。

圖6 LIN同步段

主機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送位速率計(jì)算公式如下：

通過計(jì)算，可以得到主機(jī)節(jié)點(diǎn)實(shí)際傳輸1位所用的時(shí)間，即位速率。

當(dāng)計(jì)算出位速率之后，就可以使用這個(gè)速率，基于UART采集原理，獲取到LIN的報(bào)文數(shù)據(jù)。

總結(jié)

其實(shí)LIN的本質(zhì)就是基于串口的通訊，常規(guī)串口需要知道波特率，但是在LIN通訊中，只有主機(jī)能夠設(shè)置通訊波特率，從機(jī)需要解析報(bào)文得到波特率，所以，LIN的同步其實(shí)就是解析波特率的過程。

CANDTU系列車載CAN-bus數(shù)據(jù)記錄儀，集成了1-2路符合ISO11898標(biāo)準(zhǔn)的獨(dú)立CAN-bus通道，可以長時(shí)間記錄CAN2.0A或CAN2.0B格式的CAN報(bào)文信息。另外，設(shè)備集成1路LIN總線接口，可支持LIN總線的數(shù)據(jù)收發(fā)測試。