LIN協議適用于汽車內進行低成本、短距離、低速網絡通信，其用途是傳輸開關設置狀態以及對開關變化響應。本文詳細分析了LIN總線協議的特性、消息協議的組成、檢錯機制等，并介紹如何基于PICmicro器件來實現LIN總線從節點。

LIN協議是由歐洲車輛制造商協會開發用來進行低成本、短距離、低速網絡通信，其用途是傳輸開關設置狀態以及對開關變化響應，因此通信事件是在百毫秒以上時間內發生，而不像引擎管理等其它速度快得多的汽車應用。此協議支持在單根線上進行雙向通信，使用由RC振蕩器驅動的低成本微控制器，這樣可以省去晶振或陶瓷振蕩器的成本。另外，此協議實際上是以時間和軟件上的代價換取硬件上成本的節約。LIN協議的每一條消息都包含自動波特率步進的數據，最高可以支持波特率為20k，同時低功耗睡眠模式可以關斷總線，以避免產生不必要的功耗。總線可以由任意一個節點提供電源。

LIN總線特性

LIN總線融合了I2C和RS232的特性：像I2C總線那樣，LIN總線通過一個電阻上拉到高電平，而每一個節點又都可以通過集電極開路驅動器將總線拉低；像RS232那樣通過起始位和停止位標識出每一個字節，每一位在時鐘上異步傳輸。

圖1給出了典型的LIN協議配置。當任意一個節點將總線拉低時，總線處于低電平，標識著總線進入占用狀態；而當所有節點都使總線浮空時總線處于電池的電壓（9-18V），則意味著總線處于非占用狀態（Recessive state）；在空閑狀態下浮空的總線通過電阻被上拉到高電平。

總線工作在9到18伏的電壓下，但所有連接到總線上的器件必須能承受40V的電壓。一般情況下，微控制器通過線路驅動器或接收器與總線隔離。總線在每一個節點上被端接到Vbat，主節點通過一個1kΩ的電阻端接而從節點則通過一個20kΩ到47kΩ的電阻端接。總線最大長度為40米。

總線上傳輸的每一個字節都是與起始位和停止位一起組成幀。起始位的狀態與空閑狀態相反（即為0），而停止位則與空閑狀態同為1。在每個字節中，首先傳輸的是最低有效位。

消息協議

主節點控制總線的方式是輪詢各個從節點并與總線上其余部分共享從節點的數據。從節點僅在接到主節點的命令時才進行數據傳輸，這樣就可以進行雙向傳輸并且無需進一步的仲裁。消息傳輸是以主節點發出一次同步中斷開始，緊接著是消息的同步字段和消息字段。通過在每條消息的起始處傳送的同步字段還設定了整個總線的時鐘，每個從節點用該字節來調整其波特率。

同步中斷使總線進入占用狀態，該狀態保持時間為13位數據的傳輸時間，緊接著是一個停止位（非占用狀態），這告知從節點即將有消息傳輸。主節點與從節點的時鐘漂移最大允許在15%，因此從節點接收的同步中斷可能只有11位或長達15位數據位的傳輸時間。

每一條消息的第二個字節是標示字節，用來告知總線在該字節后面傳輸的是什么數據和哪一個節點應該應答，以及應答的長度（標示字段如圖2所示）。一條命令僅會有一個從節點對其進行響應，從節點僅在主節點的指示下才發送數據。數據只要出現在總線上，每一個節點都可以接收到。因此，無須主節點專門控制從節點之間的通信。

由于設計中采用廉價的RC振蕩器，從節點必須在每一次傳輸時檢測主節點的波特率并調整其自身當前的波特率。因此，每一次通信都由一個由交替的“0”和“1”組成的同步字節開始。標識字段緊跟在同步字段的后面，它告知總線后面傳輸的內容是什么。標識字段又分為三個子字段，最低4位（0-3位）是尋址總線上的器件，中間兩位（4-5位）是后面傳輸的消息的長度，最高兩位（6-7）用作奇偶校驗位。

除了睡眠命令，LIN協議并沒有定義每一條消息的內容。其它命令是由具體應用來定義的。

檢錯機制

下面描述的錯誤必須被檢測出，并且在每個節點內進行計數。

位錯誤-傳輸節點必須將它認為應該傳輸的數據位與總線上實際出現的數據位進行比較。由于總線需要響應時間，控制器必須在檢測數據位之前等待足夠長的時間。假設最小的電壓翻轉速率為1V/μs，而總線最高電壓為18V，則發送器必須等待18μs才能檢測總線上的數據位是否正確。

校驗和錯誤-每一條消息的內容都是由校驗和字節進行保護。

奇偶校驗錯-命令字節的6個數據位由兩個奇偶校驗位進行保護，需要重新進行計算這些位并比較。如果錯誤出現，應當忽略當前命令并且記錄下錯誤。LIN協議中沒有直接的錯誤報告機制，但每一個從節點應當跟蹤其自身的錯誤，主節點可以要求從節點將錯誤狀態作為正常消息協議的一部分來傳輸。

LIN總線與CAN總線

LIN協議并不直接與CAN總線兼容，但人們期望兩者進行相互操作。CAN總線可能用在整個汽車內來實現通信，而LIN總線僅用在汽車的局部電路內，如車門。為了連接兩種總線，需要采用CAN-LIN協議接口節點，該節點從LIN總線節點收集信息然后傳送到CAN總線上。

低功耗睡眠模式

主節點通過發送標識碼0x80指示所有節點進入睡眠模式，睡眠命令后面跟隨的數據字節的內容沒有定義。收到睡眠命令的從節點應當對本身進行設置，以便當總線發生改變時能喚醒，并關閉自身的電壓以使電流消耗最低。當處于睡眠模式時總線將處于高電平并且不消耗電流。

任意一個節點都可以通過發送喚醒信號來喚醒總線。當收到喚醒信號后，一般情況下所有的節點應當激活并等待主節點開始總線輪詢。

硬件示例

圖3給出了有兩個按鈕和三個LED組成的硬件示例。每按動十下按鈕1 LED1改變一次狀態。同樣，每按動十下按鈕2，LED2改變一次狀態。作為標識為ID1的響應，按鈕的按動次數被傳送到總線上。作為標識為ID4的響應，按鈕的按動次數的刷新被傳送到總線上。

軟件操作

LIN協議程序工作在由RB0觸發的中斷下以實現總線的睡眠/喚醒。在觸發中斷時，程序對低電平數據位的長度進行計數，然后讀同步字節并確定數據位時間，最后再將其與最初的數據位時間進行比較，以確定最初的低電平時間是否大于10個數據位的時間，大于10為同步中斷，小于10為喚醒信號。如果是喚醒信號，程序退出并繼續等待同步中斷；如果是同步中斷，程序就讀取命令字節，檢查奇偶位并檢查動作表（action table）來確定接下來的動作。動作表定義了總線上數據的來源或目的地。

為了初始化LIN協議的從節點句柄（Slavehandler），用戶必須調用InitLinSlave程序，這個程序初始化RB0中斷引腳和TMR0寄存器。TMR0寄存器用來測量數據位的長度并生成波特率。初始化完成之后，用戶可以執行自己的程序。一旦檢測到RB0引腳上的下降沿，用戶程序就將被中斷。當檢測到下降沿時，程序就跳轉到中斷服務程序。必須禁止除了TMR0和RB0中斷之外所有的中斷源，以便對同步字段進行精確測量。計算出波特率之后，中斷服務程序就退出執行。

在下一次RB0中斷發生時，LIN協議Slavehandler自動進入接收模式，以接收標識字段或數據字節。如果檢測到標識字段的起始位，就對標識字段進行接收和解碼。然后，根據收到的標識執行相應的代碼，例如存儲數據或點亮LED。總線上一個幀傳輸完成之后，標志FCOMPLETE被置位。這個標志指示所有的數據都已正確接收完畢并可以進行后續的處理。此標志由用戶固件清除。

LIN協議從節點句柄Slavehandler最高可以工作在20K的波特率下，需要420字的程序存儲空間以及23字節的數據存儲空間。

由于其低成本，LIN協議具有在汽車應用中廣泛采用的潛力。可以使用內置的RC振蕩器并且運行在4MHz的時鐘頻率下的諸如Microchip的各種器件的微處理器，使得設計師們能以最低的可能成本設計應用系統