加爾文制造公司(今摩托羅拉公司)在二十世紀三十年代推出車載收音機時，沒有幾個人能看清其未來。多年來這種收音機一直是唯一的車載電子組件。當(dāng)今汽車中的信息娛樂系統(tǒng)僅僅是眾多電子控制系統(tǒng)之一：當(dāng)今現(xiàn)代汽車中的電子控制單元(ECU)數(shù)量多達80種(如圖1所示)。汽車電子組件市場自然一直保持增長勢頭，到2018年市值有望達到185億美元。

在最初幾年，汽車采用獨立自主電子系統(tǒng)。后來很快意識需要一種支持系統(tǒng)間相互通信的機制。這不僅催生出諸如能夠協(xié)調(diào)各個電子系統(tǒng)的串行通信信道(總線)等網(wǎng)絡(luò)，同時也促進了汽車整體功能改進。

　　汽車網(wǎng)絡(luò)：

1983年，博世公司開始開發(fā)控制器局域網(wǎng)(CAN)總線，并且在1986年正式發(fā)布相關(guān)協(xié)議。目前有多種不同汽車總線標準，但是CAN仍然是最流行的標準。在CAN網(wǎng)絡(luò)中，所有節(jié)點(源于不同的ECU)都擔(dān)當(dāng)主節(jié)點(即，不存在主從拓撲結(jié)構(gòu))，而且并不分配具體地址。而是由消息攜帶標識符。

在給定時間，多個節(jié)點可以同時向CAN總線發(fā)送數(shù)據(jù)。然后由消息標識符幫助確定消息的優(yōu)先級。最高優(yōu)先級的消息會使CAN總線進入顯性狀態(tài)(dominant state)，而所有其他節(jié)點會停止發(fā)送。這些節(jié)點實際上是收發(fā)器，除發(fā)送消息之外，其可以根據(jù)特定功能從總線查找特定消息。因此，CAN總線所連接的不同節(jié)點之間會出現(xiàn)信息流。

由于CAN會進行填充錯誤、誤碼、校驗和錯誤、誤幀以及應(yīng)答錯誤等多項錯誤檢查， 因此具有高可靠性。CAN支持高達1Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，從而成為連接汽車關(guān)鍵功能ECU(如：變速箱、溫度傳感器等)的默認選擇。

為什么選擇LIN?

但是，汽車電子的作用并非僅僅局限于這些關(guān)鍵單元。車身電子市場多年來一直在增長。典型車身控制應(yīng)用包括座椅、車窗、智能雨刷以及汽車空調(diào)傳感器等。對車身電子的關(guān)鍵要求是確保汽車更舒適、更安全。盡管這些系統(tǒng)可能不要求像關(guān)鍵ECU那樣的高安全性，但是它們?nèi)匀恍枰欢ǖ钠嚲W(wǎng)絡(luò)通信標準。

其所需不同網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與類型分類如下：

- 常規(guī)車身與動力總成應(yīng)用采用具有實時特性的協(xié)議，主要是需要CAN;

- 多媒體應(yīng)用需要更高的帶寬與速度，甚至需要無線互聯(lián)。所采用的網(wǎng)絡(luò)包括Bluetooth、MOST 或Firewire;

- 安全關(guān)鍵應(yīng)用需要具備可靠性和容錯的協(xié)議。時間觸發(fā)CAN(TT-CAN)和FlexRay是其所采用的典型網(wǎng)絡(luò);

- 座椅、車窗、雨刷，甚至某些復(fù)雜的ECU中的智能傳感器及促動器具有更低的通信需求。這些應(yīng)用通常采用定制OEM協(xié)議尋址，其通信并不需要采用CAN或FlexRay接口。

對于最后一類應(yīng)用而言，由于OEM廠商采用其自有協(xié)議，因此OEM的供應(yīng)商在沒有標準情況下設(shè)計不同系統(tǒng)會面臨一些難題，如：復(fù)雜性與費用。所以，不同汽車制造商在二十世紀九十年代后期共同成立了LIN聯(lián)盟。該聯(lián)盟在2002年終于實現(xiàn)了此類系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)標準，其稱為LIN。

LIN與CAN對比：

實現(xiàn)CAN比實現(xiàn)LIN的成本高。導(dǎo)致CAN成本更高的因素包括：

- CAN網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點都需要時鐘發(fā)生器或晶體;

- CAN的芯片級實現(xiàn)起來更復(fù)雜

- 采用雙線傳輸。

最重要的是，整個昂貴的架構(gòu)對于不需要高可靠性和高數(shù)據(jù)速率的應(yīng)用來說過于奢侈。

上述種種缺陷促進了對LIN網(wǎng)絡(luò)需求增長。LIN總線的作用是補充而非替代CAN總線。它是一種支持汽車網(wǎng)絡(luò)遠程以及非關(guān)鍵應(yīng)用的低成本串行通信協(xié)議。與CAN不同，LIN采用主從拓撲結(jié)構(gòu)。這種網(wǎng)絡(luò)一般包含一個主節(jié)點和多達16個從節(jié)點。所有通信均由主節(jié)點發(fā)起。由于所有節(jié)點都是由主節(jié)點進行時鐘控制，因此只有主節(jié)點中需要精密時鐘。這是使LIN成本低于CAN的原因之一(CAN中的所有節(jié)點都需要采用晶體或精密時鐘發(fā)生器)。

LIN特性與優(yōu)勢：

LIN的主要特性與優(yōu)勢如下：

1. 補充作用 – 如前所述，LIN的作用并非是替代而是補充CAN。此特性有助于CAN擴展到應(yīng)用中的遠程分級子網(wǎng)。

2. 單線實現(xiàn) – LIN的低成本單線實現(xiàn)方案(不同于CAN的雙絞線實現(xiàn)方案)可以顯著降低成本。

3. 數(shù)據(jù)速率 –出于EMI控制原因，數(shù)據(jù)速率限速為20Kbps，這有助于保持網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

4. 廣播串行網(wǎng)絡(luò) – LIN網(wǎng)絡(luò)可以采用一個主節(jié)點和多達16個從節(jié)點。所有消息均從主節(jié)點始發(fā)并且最多由1個從節(jié)點根據(jù)消息標識符做出響應(yīng)。

5. 自同步 – 無需晶體或諧振器，從而能夠大幅降低實現(xiàn)成本。

6. 等待時間 – LIN網(wǎng)絡(luò)可以提供保證等待時間，從而使其成為預(yù)測性更高的網(wǎng)絡(luò)。

7. 整體實現(xiàn) – LIN比CAN的實現(xiàn)成本和復(fù)雜性更低。對于CAN，其每個節(jié)點都需要CAN接口、晶體和雙線連接。而LIN通過簡單的串行通信模塊(SCB)和增強型ISO 9141接口便可工作，無需晶體，而且是采用單線連接。

表1提供LIN與CAN特性的快速對比，以幫助開發(fā)人員根據(jù)不同參數(shù)需求選擇網(wǎng)絡(luò)：

　　基于LIN的系統(tǒng)的組件：

創(chuàng)建基于LIN的系統(tǒng)的復(fù)雜性遠遠低于基于CAN的系統(tǒng)?；贚IN的系統(tǒng)所需組件包括：

- 物理收發(fā)器(PHY)

- 帶有串行通信模塊(SCB)/接口的微控制器

- 開發(fā)工具：軟件

典型LIN網(wǎng)絡(luò)類似于圖2所示帶有一個主節(jié)點和多個從節(jié)點的系統(tǒng)。

　　物理收發(fā)器注釋：大多數(shù)LIN實現(xiàn)方案采用收發(fā)器管理接口連接和支持更高的電壓電平。這些收發(fā)器一般位于微控制器外部。

為了在LIN網(wǎng)絡(luò)中擔(dān)當(dāng)從節(jié)點，MCU需要一個串行通信接口(SCI)或串行通信模塊(SCB)，以支持UART，從而實現(xiàn)接口連接。LIN協(xié)議采用UART作為基本收發(fā)方式。如果無法在MCU硬件中實現(xiàn)UART，則可以采用軟件實現(xiàn)。但是不建議采用這種方法，因為會給處理器帶來不必要的負載。為用作主節(jié)點，我們需要采用更高端的MCU。除了支持SCI的UART之外，主節(jié)點還需要一個時鐘發(fā)生器。

LIN采用符合ISO9141標準的BUS單線連接。如今我們具有更高級的汽車級MCU，其以內(nèi)置LIN-PHY提供對LIN的專用支持。這種集成可以使實現(xiàn)方案更緊湊、更簡單。

大多數(shù)MCU供應(yīng)商至少會在其一個器件系列中支持LIN接口。例如賽普拉斯半導(dǎo)體公司的可編程片上系統(tǒng)(PSoC)，其提供一個在單芯片上集成可編程邏輯、存儲器和MCU的片上系統(tǒng)架構(gòu)。這些器件支持能夠配置為LIN的串行通信接口，從而很有可能適用于需要LIN的汽車應(yīng)用。

除了MCU和LIN PHY之外，配置LIN接口的不同參數(shù)通常需要軟件模塊等開發(fā)工具。賽普拉斯等處理器廠商可提供支持軟硬件同步設(shè)計的設(shè)計環(huán)境，如：PSoC Designer 與PSoC Creator。此類工具提供靈活的LIN組件或用戶模塊，其可以根據(jù)設(shè)計需求進行編程并運行。

MCU供應(yīng)商還需要通過符合LIN規(guī)范的一致性測試對其LIN接口進行驗證或認證。幾乎所有OEM廠商都會提出此項要求，而MCU供應(yīng)商在其開發(fā)過程中遵守相關(guān)要求。

LIN消息幀：

為了更好地了解數(shù)據(jù)如何通過LIN傳輸，需要了解相關(guān)消息幀。LIN消息幀由一個報頭和一個響應(yīng)組成。報頭長度固定，而響應(yīng)包含0~8字節(jié)的數(shù)據(jù)。幀間響應(yīng)時間是從節(jié)點響應(yīng)LIN主節(jié)點發(fā)出的請求所需要的時間。幀間響應(yīng)時間隨網(wǎng)絡(luò)節(jié)點不同而不同，因為其取決于各節(jié)點的軟硬件實現(xiàn)。響應(yīng)之后是一個針對消息幀的數(shù)據(jù)部分而計算的校驗和。

報頭分為三個字段：

1. 同步間隔場(SYNC-break field)用于 激活所有連接的LIN從節(jié)點，使其偵聽報頭的隨后部分。它由一個起始位和多個顯性位(dominant bit)組成。

2. 同步場(SYNC-field)是一個標準的數(shù)據(jù)格式字節(jié)。運行于RC振蕩器上的LIN從節(jié)點采用固定量的上升沿和下降沿之間的距離測量總線的當(dāng)前位時間，以便重新計算內(nèi)部波特率。

3. 標識符(ID)場由主節(jié)點發(fā)送到所有LIN節(jié)點，其通常包含64個不同值之一，并且在8位數(shù)據(jù)中含有2個奇偶校驗位。標識符包含隨后通過LIN總線傳輸?shù)男畔?，如：發(fā)送者、接受者、用途以及數(shù)據(jù)字段長度。

消息幀結(jié)構(gòu)如圖3所示。.

　　LIN應(yīng)用：

我們已經(jīng)清楚哪類汽車應(yīng)用需要LIN。我們來快速查看一下采用LIN網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用列表(見表2)。為了更好地了解其差異，表2將需要LIN的應(yīng)用與需要CAN的應(yīng)用進行了對比。

車載電子數(shù)量在不斷增多，其網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性也在不斷提高。我們在不遠的將來會在路上看到能夠相互通信的無人駕駛汽車。隨著汽車電氣網(wǎng)絡(luò)數(shù)量增多和復(fù)雜性提高，更簡單、更便宜的替代產(chǎn)品也在不斷增加，其中最流行的是LIN。LIN已經(jīng)成為大多數(shù)不需要CAN等級安全性的車身控制應(yīng)用的標準，而且在將來還會保持其流行勢頭。隨著新版本的發(fā)布(最新版本為2.2A版)，LIN也在保持其更新，以滿足汽車新標準要求。這同時也要求汽車MCU供應(yīng)商裝備最新、最優(yōu)LIN接口版本，以便在車身控制應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮其用武之地。