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[摘 要] LIN(Local Interconnect Network)是一种低成本的串行通讯网络，用于分布式通信系统控制。LIN总线是一种辅助的总线网络，在不需要CAN总线的带宽和多功能的场合，比如智能信号装置之间的通讯使用LIN总线可大大节省成本。LIN技术规范中除定义了基本协议和物理层外还定义了开发工具和应用软件接口。本文基于此，对LIN总线协议在低速电子通信网络中的应用进行了初步探讨。
[关键词] LIN；总线协议；通信网络；网络拓扑结构
1 引言
本地互联网络LIN总线是一种结构简单、配置灵活的新型串行通信网络，从2003年开始投入使用。LIN总线使用串行通信协议，它有下面的特性:单主机多从机组织(即无需总线仲裁)；基于普通UART/SCI接口的低成本硬件实现，低成本软件或作为纯状态机；从机节点不需要谐振器即可以实现自同步；保证信号传输的延迟时间；低成本的单线通信介质，通信速率最大可达20kb/s。一个LIN网络由1个主节点、最多不超过15个从节点组成。所有节点都有一个从机任务，从机任务分为接收任务和发送任务，主节点还有一个主机任务。LIN网络上的通信总是由主机任务所发起，主机任务传输报文帧头，报文帧头包括同步间隔场、同步场和标志符场；从机任务作出报文响应，报文响应包括2、4或8字节的数据场和校验场，报文帧头和报文响应组成完整的报文帧[1]。
2 LIN协议
LIN的通讯规则可以用多种方式来交换数据：由主节点到一个或多个从节点、由一个从节点到主节点或其他的从节点。通讯信号可以在从节点之间传播而不经过主节点，或者主节点广播消息到网络中的所有节点。报文帧的时序由主控制器控制。LIN总线作为CAN总线的补充，通常将模拟信号量用数字信号量所替换，这将使总线性能得到优化。[2]
2.1 LIN总线网络结构
LIN采用单主/多从的网络拓扑结构，不需要总线仲裁，由主节点来控制总线的访问。一个LIN网络由一个主节点和若干个从节点组成。受总线物理特性影响，总线最多允许挂16个通信节点，最大通信速率20kbps,传输距离在40M以内。[3]每个LIN节点由收发器、微处理器和传感/执行装置组成。LIN网络基本结构图如图1所示：
图1 LIN总线网络拓扑结构图
LIN总线主节点包含主任务和从任务，从节点只包含从任务。主任务决定何时传输以及传输哪个报文，从任务做出帧响应，主任务和从任务都将对帧进行处理。一旦同步字段传送完毕，便送出识别字段，它包括识别位和两个奇偶校验位。奇偶校验位告诉你，数据与那个从属节点有关，并且告诉你对这个数据做什么。在传送识别字段之后，或者是收信的从属节点对这个消息作出响应，或者是主节点继续传送数据。可以使用一定顺序的识别位来接收来自从属节点，而其它的识别位则表示数据流的类型。检查和（checksum）表示数据帧结束，检查和是通过计算数据的全部字节而得到的（不包括识别字节及同步字段）。
2.2 帧的结构
LIN协议的帧由帧头和响应部分构成，如表1所示：
帧头由主节点发出，用于从节点同步和信息。
同步间隔场用于使节点识别报文帧的开始。它由两部分组成，第一部分由至少13位的显性电平(‘0’)构成，第二部分由最少1位隐性电平(‘1’)成。
同步场包含时钟同步信息，用来使从节点的位速率和主节点同步。同步场格式是0x55，8位中有5个下降沿。
标识符场为一个字节，其中0～3位表示信息类别，4～5位表示信息长度，7～8位是奇偶校验位。
从任务响应有3～9个字节组成：2、4、8字节的数据场和1字节校验场。
通过主任务的帧头，从任务中发送任何的数据都可以被发送到其他从任务。这样使主节点控制整个网络通信，从而不需要总线仲裁。主节点保存整个网络的配置信息，从节点可以自由的连接或断开网络而不对其他节点产生任何影响。主节点传送信号到从属节点，而从属节点只在主节点询问时才传送信号。从属节点仅在需要发出唤醒信号的时候才主动地发送信号。从属节点是通过识别位来识别信息，识别位表示几个节点可以收到同样的消息。标准数据帧的通信过程是从一个同步停止信号开始，下面接著的是一个在时间上占1至4位的同步定界符。在送出同步定界符之后，传送同步字段（synchronization field），从属节点利用同步字段把它的波特速率调整到被传送信号的波特速率。LIN总线主节点发出的另一个帧是睡眠帧，它的作用是让总线和节点进入低功耗状态。睡眠帧的识别字段包含数值 0x80之外，除此之外，睡眠帧与数据帧是相似的。在识别字段后面传送数据，或者不传送数据，可以由系统设人员选择。当收到唤醒信号时，总线睡眠状态便中止。 主节点或者从属节点都可以发送唤醒信号。
2.3错误管理
LIN协议根据报文错误类型产生的不同定义了6种错误类型：
1）位错误。节点在向总线发送数据时也接受总线的数据，当发送和接受的数据不同时，产生位错误。
2）校验和错误。数据字节的和的补码与校验字节之和不是Oxff，产生校验和错误。
3）标识符奇偶错误。
4）从机任务响应错误。任何从任务没在最大长度时间内完成报文帧的发送，产生从机任务响应错误。
5）同步错误。当同步场时间间隔不符合定义要求时产生同步错误。
6）总线空闲错误。在规定时间内没有检测到总线活动。
3 LIN总线在低速电子通信网络系统中的应用
LIN是一种低成本低性能的通信协议，应用在一些不需要CAN的速度和带宽的低速通信系统， LIN总线最初设计的目标是作为CAN的下层网络，同CAN总线结合使用构成分层网络结构，整个通信系统的主体网络由CAN来构架，而LIN主要用于完成局部通信。
如图2所示，低速电子通信网络总控制节点通过接受外部传来的控制命令，并分析这些命令。生成报文控制各个节点。然后将报文信息发送给CAN/LIN网关，CAN/LIN网关接受完毕后读取CAN报文内容比转化为LIN报文，发送给对应的LIN子控制节点。LIN子控制节点收到报文帧之后根据报文内容通过控制模块实现相关功能，并采集控制模块电位得到电子通信网络当前状态，然后将电子通信网络状态信息发回给CAN/LIN网关，CAN/LIN网关将报文转化为CAN报文之后，再通过CAN总线将信息发送给总控制节点，从而实现低速电子通信网络的信息共享。
网关连接电子通信网络的所有节点，包括4个子节点和一个总控制节点。根据网关的功能，电路包括以下几个部分：电源模块，CAN模块，LIN模块，输入控制模块。当主节点或者从属节点需要发送唤醒信号时，它送出数值0x80，后面跟著的是4至64位的唤醒定界符。然后，主节点送出数据帧。如果经过相当于128位的时间后，主节点没有送出同步停止命令，便送出新的唤醒信号。这个步骤只重复三次。
网关的单片机选用Infineon XC866，它带有与通信控制标准8051处理器兼容的XC800内核。CAN模块部分包括CAN控制器以及CAN收发器。其中CAN控制器选用Philips公司的SJA1000，CAN收发器选用Philips公司的TJA1050。LIN模块选用Philips公司的收发器TJA1020，它包含了LIN的控制模块。网关节点的功能框图如下：
4 结论
随着信息技术的不断发展，低速电子通信网络的应用越来越多。现场总线以其简洁，可维护性好等特点代替了繁琐的现场连线。而LIN总线的使用能大大降低了电子通信网络总线的成本。LIN总线的成本只是CAN总线的30%～50%，在低速电子通信网络中会有很大的使用空间，而同时在一些不是特别复杂的通信指挥现场总线中，也会有比较大的空间。
参考文献
[1]罗峰，苏剑，袁大宏. 低速电子通信网络与总线标准[J].通信工程，2003,25（4）：372-376.
[2]汪淼，周国详，常安云.基于LIN总线的控制系统设计[J].合肥工业大学学报,2009,1（32）：93-96.
[3]田亮,乔弘.LIN总线协议分析[J].中国仪器仪,2004.3:28-2.■
[关键词] LIN；总线协议；通信网络；网络拓扑结构
1 引言
本地互联网络LIN总线是一种结构简单、配置灵活的新型串行通信网络，从2003年开始投入使用。LIN总线使用串行通信协议，它有下面的特性:单主机多从机组织(即无需总线仲裁)；基于普通UART/SCI接口的低成本硬件实现，低成本软件或作为纯状态机；从机节点不需要谐振器即可以实现自同步；保证信号传输的延迟时间；低成本的单线通信介质，通信速率最大可达20kb/s。一个LIN网络由1个主节点、最多不超过15个从节点组成。所有节点都有一个从机任务，从机任务分为接收任务和发送任务，主节点还有一个主机任务。LIN网络上的通信总是由主机任务所发起，主机任务传输报文帧头，报文帧头包括同步间隔场、同步场和标志符场；从机任务作出报文响应，报文响应包括2、4或8字节的数据场和校验场，报文帧头和报文响应组成完整的报文帧[1]。
2 LIN协议
LIN的通讯规则可以用多种方式来交换数据：由主节点到一个或多个从节点、由一个从节点到主节点或其他的从节点。通讯信号可以在从节点之间传播而不经过主节点，或者主节点广播消息到网络中的所有节点。报文帧的时序由主控制器控制。LIN总线作为CAN总线的补充，通常将模拟信号量用数字信号量所替换，这将使总线性能得到优化。[2]
2.1 LIN总线网络结构
LIN采用单主/多从的网络拓扑结构，不需要总线仲裁，由主节点来控制总线的访问。一个LIN网络由一个主节点和若干个从节点组成。受总线物理特性影响，总线最多允许挂16个通信节点，最大通信速率20kbps,传输距离在40M以内。[3]每个LIN节点由收发器、微处理器和传感/执行装置组成。LIN网络基本结构图如图1所示：
图1 LIN总线网络拓扑结构图
LIN总线主节点包含主任务和从任务，从节点只包含从任务。主任务决定何时传输以及传输哪个报文，从任务做出帧响应，主任务和从任务都将对帧进行处理。一旦同步字段传送完毕，便送出识别字段，它包括识别位和两个奇偶校验位。奇偶校验位告诉你，数据与那个从属节点有关，并且告诉你对这个数据做什么。在传送识别字段之后，或者是收信的从属节点对这个消息作出响应，或者是主节点继续传送数据。可以使用一定顺序的识别位来接收来自从属节点，而其它的识别位则表示数据流的类型。检查和（checksum）表示数据帧结束，检查和是通过计算数据的全部字节而得到的（不包括识别字节及同步字段）。
2.2 帧的结构
LIN协议的帧由帧头和响应部分构成，如表1所示：
帧头由主节点发出，用于从节点同步和信息。
同步间隔场用于使节点识别报文帧的开始。它由两部分组成，第一部分由至少13位的显性电平(‘0’)构成，第二部分由最少1位隐性电平(‘1’)成。
同步场包含时钟同步信息，用来使从节点的位速率和主节点同步。同步场格式是0x55，8位中有5个下降沿。
标识符场为一个字节，其中0～3位表示信息类别，4～5位表示信息长度，7～8位是奇偶校验位。
从任务响应有3～9个字节组成：2、4、8字节的数据场和1字节校验场。
通过主任务的帧头，从任务中发送任何的数据都可以被发送到其他从任务。这样使主节点控制整个网络通信，从而不需要总线仲裁。主节点保存整个网络的配置信息，从节点可以自由的连接或断开网络而不对其他节点产生任何影响。主节点传送信号到从属节点，而从属节点只在主节点询问时才传送信号。从属节点仅在需要发出唤醒信号的时候才主动地发送信号。从属节点是通过识别位来识别信息，识别位表示几个节点可以收到同样的消息。标准数据帧的通信过程是从一个同步停止信号开始，下面接著的是一个在时间上占1至4位的同步定界符。在送出同步定界符之后，传送同步字段（synchronization field），从属节点利用同步字段把它的波特速率调整到被传送信号的波特速率。LIN总线主节点发出的另一个帧是睡眠帧，它的作用是让总线和节点进入低功耗状态。睡眠帧的识别字段包含数值 0x80之外，除此之外，睡眠帧与数据帧是相似的。在识别字段后面传送数据，或者不传送数据，可以由系统设人员选择。当收到唤醒信号时，总线睡眠状态便中止。 主节点或者从属节点都可以发送唤醒信号。
2.3错误管理
LIN协议根据报文错误类型产生的不同定义了6种错误类型：
1）位错误。节点在向总线发送数据时也接受总线的数据，当发送和接受的数据不同时，产生位错误。
2）校验和错误。数据字节的和的补码与校验字节之和不是Oxff，产生校验和错误。
3）标识符奇偶错误。
4）从机任务响应错误。任何从任务没在最大长度时间内完成报文帧的发送，产生从机任务响应错误。
5）同步错误。当同步场时间间隔不符合定义要求时产生同步错误。
6）总线空闲错误。在规定时间内没有检测到总线活动。
3 LIN总线在低速电子通信网络系统中的应用
LIN是一种低成本低性能的通信协议，应用在一些不需要CAN的速度和带宽的低速通信系统， LIN总线最初设计的目标是作为CAN的下层网络，同CAN总线结合使用构成分层网络结构，整个通信系统的主体网络由CAN来构架，而LIN主要用于完成局部通信。
如图2所示，低速电子通信网络总控制节点通过接受外部传来的控制命令，并分析这些命令。生成报文控制各个节点。然后将报文信息发送给CAN/LIN网关，CAN/LIN网关接受完毕后读取CAN报文内容比转化为LIN报文，发送给对应的LIN子控制节点。LIN子控制节点收到报文帧之后根据报文内容通过控制模块实现相关功能，并采集控制模块电位得到电子通信网络当前状态，然后将电子通信网络状态信息发回给CAN/LIN网关，CAN/LIN网关将报文转化为CAN报文之后，再通过CAN总线将信息发送给总控制节点，从而实现低速电子通信网络的信息共享。
网关连接电子通信网络的所有节点，包括4个子节点和一个总控制节点。根据网关的功能，电路包括以下几个部分：电源模块，CAN模块，LIN模块，输入控制模块。当主节点或者从属节点需要发送唤醒信号时，它送出数值0x80，后面跟著的是4至64位的唤醒定界符。然后，主节点送出数据帧。如果经过相当于128位的时间后，主节点没有送出同步停止命令，便送出新的唤醒信号。这个步骤只重复三次。
网关的单片机选用Infineon XC866，它带有与通信控制标准8051处理器兼容的XC800内核。CAN模块部分包括CAN控制器以及CAN收发器。其中CAN控制器选用Philips公司的SJA1000，CAN收发器选用Philips公司的TJA1050。LIN模块选用Philips公司的收发器TJA1020，它包含了LIN的控制模块。网关节点的功能框图如下：
4 结论
随着信息技术的不断发展，低速电子通信网络的应用越来越多。现场总线以其简洁，可维护性好等特点代替了繁琐的现场连线。而LIN总线的使用能大大降低了电子通信网络总线的成本。LIN总线的成本只是CAN总线的30%～50%，在低速电子通信网络中会有很大的使用空间，而同时在一些不是特别复杂的通信指挥现场总线中，也会有比较大的空间。
参考文献
[1]罗峰，苏剑，袁大宏. 低速电子通信网络与总线标准[J].通信工程，2003,25（4）：372-376.
[2]汪淼，周国详，常安云.基于LIN总线的控制系统设计[J].合肥工业大学学报,2009,1（32）：93-96.
[3]田亮,乔弘.LIN总线协议分析[J].中国仪器仪,2004.3:28-2.■