圖1  卡車車身控制解決方案總體結構圖

LIN總線概述
LIN總線作為使用廣泛的CAN通訊網絡的輔助，它基于主從結構，使用單線通訊，減少了大量線束的重量和費用。其目標應用是不需要CAN的性能、帶寬及復雜性的低速系統，如開關類負載或位置型系統，包括車的后視鏡、車鎖、車座椅、車窗等的控制。
LIN總線特點
?低成本的單線12V數據傳輸，線的驅動和接收特性符合改進的ISO 9141單線標準；
?傳輸速率可達20Kbit/s；
?單主/多從的結構，不需要總線仲裁，由主節點來控制總線的訪問；
?基于通用UART/SCI的硬件接口，使用成本低的半導體工藝實現，幾乎所有的微控制器都有LIN 必需的硬件；
?從節點不需要晶振或陶瓷振蕩器就可實現自同步，從而減少了從節點硬件成本；
?保證在最差狀況下信號傳送的等待時間，避免總線訪問沖突。
LIN的數據幀格式和通訊協議
LIN網絡由一個主節點和多個從節點構成。所有的節點都包括一個從任務，從任務又分發送和接收任務，主節點還包括一個主任務。
LIN的數據幀由幀頭和響應信息組成。幀頭包括同步間隔、同步場和信息識別符。幀頭由主任務發出，主任務在發出同步間隔后發送同步場(0x55)，從節點利用同步場將它的波特率調整到傳送來的信號的波特率。在發送同步場之后，發送一字節的信息識別符，其中0~3位表示信息類別，4~5位表示信息長度，7~8位是奇偶校驗。信息識別符表示的是信息的內容，而不是信息的目的地址。這樣定義可使多個節點收到同樣的信息，并且數據能夠以多種方式交換。從任務通過該字節判斷數據是否與自己有關，并確定自己如何處理該數據。響應信息是由從任務發出的，由2個、4個或8個字節長度的數據和1個字節的和校驗構成。和校驗表示數據幀結束，它是通過計算數據的全部字節而得到的(不包括識別字節及同步場)。
LIN 總線的另一個幀是睡眠幀，由主任務發出，它的作用是讓總線和節點進入低功耗狀態。除睡眠幀的識別字段包含數值 0x80之外，其它與數據幀相似。當收到喚醒信號時，總線睡眠狀態便中止。喚醒信號由從任務發出。
在LIN網絡中所有通訊都是由主任務發起的。主任務控制數據幀的發送時序和優先級。

圖2  中央控制模塊的硬件原理圖

圖3  LIN的硬件實現電路

LIN車身控制應用方案
LIN的應用方案介紹
圖1給出了卡車車身控制系統的解決方案。電控模塊與汽車驅動系統分開有利于保證驅動系統的實時性，這也是汽車內通訊網絡分級的一個原因。車身控制系統的中央控制模塊也是一個網關，它將CAN網絡和LIN網絡連接起來。
本文選取中央控制模塊和燈光控制模塊來說明LIN總線的應用。中央控制模塊位于駕駛室內，主要檢測駕駛室內控制開關的狀態，并根據這些控制開關的狀態實現相應的控制策略，然后將控制命令通過LIN總線發送給向各子模塊。同時通過CAN總線接收上層CAN網絡的某些信息。中央控制模塊的MCU選用Motorola公司的MC68HC908GZ16，該芯片是一款可靠性高、抗干擾能力強的汽車專用芯片，其內部集成了CAN的控制器并有SCI模塊，從而方便了CAN和LIN的開發。中央控制模塊硬件原理圖如圖2所示。其中CAN/LIN接口芯片分別采用Motorola公司的MC33388和MC33399。中央控制模塊的POWER單元的作用是將車內24V電壓轉換成5V供給MCU。DETECT單元作用是采集開關量的狀態，將并行的數據轉換成串行數據送給MCU。中央控制模塊還可以根據不同需求增加驅動單元。在本例中，中央控制模塊還完成了驅動車內的內飾燈和雨刷電機的工作，驅動芯片分別選取Motorola公司的MC33286和MC33289。
燈光控制模塊有兩塊，主要控制前部和后部的車燈。其中MCU采用Motorola公司低成本單片機MC68HC908EY4，驅動芯片根據車燈所需功率來選取，本設計選取了MC33288和MC33286。
LIN的硬件實現
在模塊中LIN的硬件電路非常簡單，主要是LIN的接口芯片MC33399和MCU的連接，如圖3所示。
LIN的軟件編程
LIN的應用軟件由兩部分組成：LIN的軟件驅動和用戶的應用程序。軟件驅動的任務是接收、發送和過濾信息，連接LIN接點到LIN總線上，以及總線超時檢測、幀監測、ID場計算、數據長度提取、校驗和的計算和LIN消息的調度等。本系統的應用程序建立在Motorola提供的LIN的軟件驅動之上。下面簡單介紹一下用戶如何根據設計要求來修改LIN的軟件驅動從而實現LIN總線的通訊。
LIN初始化
要實現LIN總線的通信，首先要完成LIN初始化的工作，主要包括對節點類型、端口、寄存器和中斷的設置。
?節點類型：節點有主從之分，所以在初始化時要先聲明該節點的類型。
?端口：LIN總線的通信用到了PTE0和PTE1兩個端口，需要設置端口方向。PTE0設為輸出，PTE1設為輸入。
?寄存器：LIN通信中用到了MCU中的串行通訊接口模塊和定時器模塊，需要對其相應的寄存器進行配置。通過配置串行通訊波特率寄存器(SCBR)可以得到不同的通訊速率(詳見MCU的手冊),本設計中以8MHz的外部時鐘得到9.6K的通訊速率，設置如下：
#define LIN_BAUDRATE  0x30
SCBR= LIN_BAUDRATE;
LIN通信中使用定時器模塊來完成位定時，所以需要在主節點設置定時器的時鐘速率。
?中斷：LIN通信中用到以下中斷：SCI接收中斷、SCI錯誤中斷、SCI 發送中斷和定時器1通道0中斷，其中后兩種中斷僅主節點使用。用到的中斷向量需要在中斷向量表中聲明。
配置ID
LIN總線規定了64個ID(0~63)，其中61~63被保留，其它ID供用戶使用。在本設計中車身控制系統共有5個子節點(見圖1)，兩種數據類型。這兩種數據均為兩字節。
以燈光控制模塊為例，說明通過LIN總線如何發送和接收數據。LIN_PutMsg(ID,send_buffer) 和LIN_GetMsg(ID,receive_ buffer)分別為Motorola LIN API中定義的發送和接收數據的函數。參數ID表示發送和接收數據的ID,send_buffer和receive_buffer分別是用戶定義的發送和接收數據的緩存單元。LIN_Request(ID)用來發送幀頭，僅主任務使用，其他函數定義參見Motorola LIN 驅動軟件。中央控制模塊將控制命令發送給燈光控制模塊，燈光控制模塊將負載的狀態反饋給中央控制模塊的過程的軟件程序詳見本刊網站。

結語
在車身控制系統中應用LIN總線降低了低端通訊網絡的成本，同時增加了設計的靈活性，提高了系統的可靠性，有利于分布式車身控制系統的開發。因此LIN總線在汽車領域有著良好的應用前景，此外LIN總線作為一種開放協議，還可用在工業和家電領域，實現對速度要求不高、短距離連接的設備間的通訊。