LIN2.1_快速入门解读课件.ppt

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1、LIN 2.1规范,LIN(Local Interconnect Network)Specification 2.1,大纲,概述协议规范物理层规范,概述,Overview,概述,功能简单，实时性低成本低传感器/执行器级的总线与主干网(back-bone BUS)之间需要网关LIN总线是一个SUB-BUS,子网(SUB-BUS)的概念,概述,典型车载网络分布,概述,车用总线分级,概述,LIN(Local Interconnect Network)协会成立于1998年成立时的主要成员：5家整车厂：Audi,BMW,DaimlerChrysler,Volvo,VW1家半导体制造商：Motorola目

2、前的主要成员：5家整车厂：Audi,BMW,Daimler,Volvo,VW1家半导体制造商：Freescale主要目的：LIN总线的主要目的在于提供一种低成本的车用总线，从而形成对CAN总线的补充。LIN总线已经广泛地被世界上的大多数汽车公司以及零配件厂商所接受，有望成为公认的A类网络标准。,LIN总线的起源,概述,LIN 1.1 1999年，底特律SAE大会包括3部分协议规范配置语言规范API规范LIN 1.22000年11月LIN 1.32002年11月增加了物理层规范,LIN协议版本(1/2),LIN 1.2,LIN 1.3,概述,LIN 2.0 2003年9月适应当代和未来汽车工业发

3、展趋势为了实现节点的“即插即用”增加了诊断规范和节点能力语言规范LIN 2.12006年11月目标是改进LIN 2.0规范的理解力增加了传输层规范和节点配置规范形成了8个子规范,LIN 1.1,LIN 1.2,LIN 1.3,LIN 2.0,LIN 2.1,LIN协议版本(2/2),概述,LIN规范组成(1/2),概述,LIN规范组成(2/2),概述,串行通信线间干扰小，节省线束，传输距离长单线传输增强的ISO 9141,总线电压基于VBAT最高速率20Kbit/s满足车身上大部分的应用需求单主多从结构无需仲裁基于通用UART/SCI的低成本接口硬件几乎所有MCU有具备LIN总线的硬件基础从节

4、点无须晶振或陶瓷震荡器就可以实现同步大幅度降低成本,LIN总线的特点(1/2),概述,LIN总线的特点(2/2),可计算的信号传输的延迟时间网络通信可预期性 可灵活的增加或减少从节点无需改变其他节点的硬件电路 一条总线最多可连接16个节点由总线电气特性决定 支持多包报文传输基于ISO15765-2的传输层规范 支持诊断功能支持基于ISO14229-1的诊断服务,概述,LIN Node Capability Language(*.ncf)对单个节点的描述LIN Configuration Language(*.ldf)在增加/减少从节点的情况下保证总线的安全起到LIN总线的数据库的作用，方便LI

5、N总线的仿真和测试。LIN总线开发流程构架旨在实现开发设计工具之间的无缝衔接，提高开发的效率和可靠性,LIN总线开发流程构架,概述,一个节点可以分为应用部分和通信部分报文不会以帧的结构到达应用部分在应用部分与通信部分之间加入一个基于信号的交互层传输层中进行长报文的处理,LIN节点模型,应用部分,通信部分,概述,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,应用功能接口 报文内容,数据范围/可信度检查 错误处理,网络状态 状态切换,收发策略 报文格式 容错策略,网关/路由 总线负载 优先等级,传输鲁棒性 位定时 中断,拓扑结构 传输介质 接口电路电磁兼容性,LIN和OSI模型,LI

6、N2.1,概述,帧总线上传输的实体，是作为一个完整单元传输的数据。帧的数据场中包含一个或多个信号注意：一帧并不代表只能由单一节点发送信号信号一般是反映真实世界的物理量或逻辑量，如发动机转速、电机的状态等信号由帧来传输，一个帧可以包含一个或多个信号每个信号由固定的节点产生，但可以由不同的节点接收信号的大小从一个位到多个字节,帧与信号,概述,LIN网络拓扑结构,一个主任务，多个从任务 主节点同时包含主任务和从任务 从节点只包含从任务 主任务负责决定总线上的报文，从任务负责发送数据,概述,通信原理：主任务发送报头，从任务用响应来补充报头形成完整的报文。系统灵活性：可以自由地增减从节点，而不需要改变其

7、它从节点的软件和硬件报文传输：报文的内容由ID来定义广播：所有节点都能够接受总线上的帧,LIN帧,概述,LIN总线上可以传输的两类数据信号报文信号位于帧的数据场中，以数字或数组的形式出现同一种信号在相同ID的报文中的位置总是固定的诊断报文诊断报文由两个保留ID来传输，用来传输节点的诊断信息,数据传输,概述,负责调度网络各报文发送的顺序为每帧报文分配发送时隙（slot）发送时隙：报文可以被发送的时间不同报文的发送时隙可能不同调度表在网络系统设计阶段确定调度表使得LIN通信具有可预测性,调度表,概述,主任务可以拥有多个调度表，并在不同的调度表之间切换增加通信的灵活性,切换调度表,决策,大纲,概述协

8、议规范物理层规范,协议规范,Protocol Specification,协议规范,字节间隔位于每个字节之间，响应间隔位于报头与响应之间留给MCU足够的处理时间帧长度可能增长,显性间隔,同步场,响应间隔,标识符场,数据场,校验和场,报头（Header）,响应（Response）,间隔界定,间隔场,字节间隔,D0,D1,Dn,帧的结构(Frame Sturcture),协议规范,字节场(Byte Field),报头（Header）,响应（Response）,D1,Dn,D0,基于SCI的通信格式发送一个字节需要10个位时间（TBIT）,协议规范,间隔场(Break Field),表示一帧报文的起

9、始，由主节点发出间隔信号至少由13个显性位组成，间隔界定符至少由1个隐形位组成间隔场是唯一一个不符合字节场格式的场从节点需要检测到至少连续11个显性位才认为是间隔信号,协议规范,同步场(Sync Break Field),确保所有从节点使用与节点相同的波特率发送和接收数据一个字节，结构固定:0X55,协议规范,标识符场(Identifier Field),标识符场,报头（Header）,响应（Response）,D0,D1,Dn,ID的范围从0到63(Ox3f)奇偶校验符(Parity)P0,P1,协议规范,数据场(Data Field),数据场长度1到8个字节低字节先发，低位先发如果某一信号

10、长度超过1个字节，采用低位在前的方式发送（小端）,协议规范,校验和场(Checksum Field)(1/2),用于校验接收的数据是否正确经典校验（Classic Checksum）仅校验数据场(1.3)增强校验（Enhance Checksum）校验标识符场与数据场内容(2.0)标识符为0 x3C和0 x3D的帧只能使用经典校验,协议规范,校验和场(Checksum Field)(2/2),翻转八位和（inverted eight bit sum）例：Data=0 x4A,0 x55,0 x93,0 xE5Checksum=0 xE6,帧长度(Frame Length),最小帧长度THEAD

11、ER_NOMINAL=34*TBITTRESPONSE_NOMINAL=10*(NDATA+1)*TBITTFRAME_NOMINAL=THEADER_NOMINAL+TRESPONSE_NOMINAL最大帧长度THEADER_MAX=1.4*THEADER_NOMINALTRESPONSE_MAX=1.4*TRESPONSE_NOMINALTFRAME_MAX=THEADER_MAX+TRESPONSE_MAX,协议规范,协议规范,帧类型(Frame Type),无条件帧（Unconditional frame）事件触发帧（Event triggered frame）零星帧（Sporadic

12、 frame）诊断帧（Diagnostic frame）用户自定义帧（User-defined frame）保留帧（Reserved frame）,协议规范,无条件帧(Unconditional Frame),标识符(ID)为0到59(0 x3b)主任务发出报头，一个任务响应，一个或多个任务接收三种情况,协议规范,事件触发帧(Event Triggered Frame)(1/2),目的:增强LIN总线的响应能力，避免为了很少发生的事件而对从节点进行轮询，从而浪费了大量的带宽标识符：059(0 x3B)事件触发帧必须有一个独立的ID，该ID可以与多个普通帧相关联在事件触发帧时隙内发送帧头，只有当

13、相关联的无条件帧内有信号被更新时才发送帧响应帧响应的第一个数据字节等于标识符，即响应最多可以传输7个字节的数据如果没有帧响应，帧头被忽略帧响应可由多个节点发送，发生冲突时切换到“冲突解决调度表”，之后再切换回到原来的调度表,协议规范,事件触发帧(Event Triggered Frame)(2/2),假设与事件触发帧0 x10相关联的两个普通帧,如果只有一个节点响应事件触发帧的报头,如果同时有多个节点响应事件触发帧的报头,切换调度表，进行轮询,协议规范,零星帧(Sporadic Frame),表示共用一个时隙、在需要时才被发送的一组无条件帧目的将动态行为和实时性添加到调度表中，同时不影响调度表

14、其余部分的确定性标识符：059(0 x3b)零星帧的响应仅由主节点发送若有无条件帧需要发送，则根据帧的优先级裁定发送顺序若没有无条件帧需要发送，则时隙保持空白,诊断帧用来传输诊断或配置信息，一般包含8个字节数据。标识符60(0 x3c)：主请求帧61(0 x3d)：从响应帧诊断响应基于ISO15765-2传输层和ISO14229应用层传输方式：,协议规范,诊断帧(Diagnostic Frame),主节点,从节点,协议规范,保留帧(Reserved Frame),用户自定义帧(User-defined frame)标识符：62(0 x3e)可以传输任何信息(由用户自定义)保留帧(Reserve

15、d frame)标识符：63(0 x3f)在LIN 2.1中未对保留帧进行定义,协议规范,调度表(Schedule Table),LIN总线最小时间单位是时基(Tbase)。调度表中用来发送一帧报文的时间称为帧时隙(Frame_Slot)，帧时隙必须是时基的整数倍，调度表是由帧时隙组成的。TFrame_Slot=Tbase*n偏移(jitter)是指一帧报文实际开始发送的时刻与帧时隙起点的时间差。TFrame_Slot jitter+TFrame_Maximum,协议规范,任务行为模型(Task Behavior Model)(1/2),主任务行为模型,协议规范,任务行为模型(Task Beh

16、avior Model)(2/2),从任务行为模型,协议规范,网络管理(Network Management),初始化,初始化结束(100ms),接收到睡眠命令或,总线空闲410s,接收到唤醒信号或内部唤醒请求,Reset,协议规范,睡眠(Go To Sleep),主节点可以发送一帧ID为0 x3c，第一个字节为零的主请求帧来使处于工作状态的从节点进入睡眠。这帧报文称为睡眠指令。从节点在接到睡眠指令之后，也可以选择不进入睡眠状态而继续工作，这根据应用层协议而定。当总线空闲4到10秒的时候，所有从节点必须进入睡眠状态。,协议规范,唤醒(Wake Up)(1/2),在一个处于睡眠状态的LIN网络中

17、，任何一个节点都可以发送唤醒信号唤醒信号是一个250us(在20Kbit/s波特率下的0 xF0)到5ms(在1Kbit/s波特率下的0 xF0)的显性电平每一个从节点都需要做 检测唤醒信号(持续150us以上的显性位)当检测到唤醒信号之后，在100ms以内完成初始化工作当从节点发出唤醒信号之后150ms，主节点仍未发送报头时，从节点可以再次发送唤醒信号。当连续发送了3次唤醒信号之后如果主节点仍未发送报头，从节点要等待1.5秒以后才可以再次发送唤醒信号,协议规范,唤醒(Wake Up)(2/2),发送节点发送的唤醒信号,接收节点检测的唤醒信号,协议规范,状态管理(Status Manageme

18、nt),状态管理的目的是来发现工作状态中总线上产生的错误每个从节点将本地状态发送给主节点，由主节点来统一过滤/综合之后报告是否有节点出现错误通信错误报告：每个从节点用Response_Error(1bit)来表示自身状态，这个位需要通过响应来发送,大纲,概述协议规范物理层规范,物理层规范,Physical Layer Specification,物理层规范,位速率容差(Bit Rate Tolerance),相对于标称位速率,相对于主节点位速率,物理层规范,位定时(Bit Timing),所有从节点的位定时必须以主节点的位定时为参考同步过程TBIT=(T1-T0)/8,T0,T1,物理层规范,

19、位采样定时(Bit Sample Timing),EBS=Early bit sample(前采样)LBS=Lastest bit sample(后采样)tEBS=7/16 TBIT tLBS=10/16 TBIT tBFS采样点在EBS和LBS之间,物理层规范,总线收发器(Line Driver/Reciever),Tx通过集电极开路电路连到总线，Rx与总线之间有施密特触发器收发器内部有30K上拉电阻，如果作为主节点使用，必须外接1K上拉电阻上拉电阻与电源之间有二极管保护，防止在电源掉电的情况下总线电平被拉低,物理层规范,收发器类型(Types of Transiver),Standard

20、UART,SF,PID,报头部分和响应部分的每个字节都单独处理 以形式错误来判断SBF 无法使用同步场同步,LIN Transceiver,SBF,LIN Hardware,LIN UART,SF,PID,响应部分的每个字节单独处理 自动检测SBF 使用同步场同步,SBF,LIN Controller,SF,PID,报头部分和响应部分作为整体处理,SBF,CS,CS,CS,LIN Driver,LIN messages,SBFSynch Break FieldSFSynch FieldPIDProtected IdentifierCSChecksum,物理层规范,信号规范(Signal Spe

21、cification),VBAT:818VVSUP=VBAT-Vdiode显性位(dominant)逻辑“0”发送：总线电平80%VSUP接收：总线电平60%VSUP,20%,80%,物理层规范,总线特性(Line Characteristics)(1/2),物理层规范,总线特性(Line Characteristics)(2/2),问题假设总线速率为20K，网络中有11个从节点，总线长度40米，主节点、从节点的电阻和电容均为标准值，总线的电容也为标准值。总线特性如何?解答CBUS=22011220 40100=6640pFRBUS=1 30 30 30=0.75K=CBUS RBUS=4.98 s经过计算总线的时间常数为 4.98 s,物理层规范,电源或地线断路单个节点电源或地线断路，不影响剩余网络通信排除故障后，节点可重新参与网络通信总线与电源或地线短路总线通信可能无法进行，但ECU不可被损坏排除故障后，总线恢复正常通信,容错性能(Performance During Fault Modes),谢谢！Q&A,