摘 要：隨著汽車內(nèi)電子設備的迅速增加，車內(nèi)電子網(wǎng)絡應運而生。詳細介紹了CAN總線和LIN總線技術特點，并著重研究了CAN／LIN技術在汽車電子網(wǎng)絡中的應用。 關鍵詞：CAN；LIN；車內(nèi)網(wǎng)絡；現(xiàn)場總線 1 引 言 現(xiàn)場總線網(wǎng)絡能夠大量減少控制線數(shù)，提高可靠性，因此，采用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡成為汽車電控系統(tǒng)技術發(fā)展的必然趨勢。汽車電子協(xié)會（SAE）將車內(nèi)通信網(wǎng)絡分為如下4種類型：①A類。適合于低速環(huán)境（<10kbit／s），用于提高方便性的應用，如車身電子，包括車燈、車窗車門的控制、電動后視鏡的調(diào)整等；②B類。適合于中速環(huán)境（10—125 kbit／s），用于一般信息傳遞，如車內(nèi)氣候控制，包括空調(diào)和加熱單元等；③c類。適合于高速環(huán)境（125 kbit／s一1Mbit／s），用于實時控制，如動力合成；④D類。適合于速度大于1 Mbit／s的環(huán)境，用于多媒體應用，如Intemet、數(shù)字電視和硬件實時功能，如X—by— wire應用。電控單元之間的通信可以通過根據(jù)通信帶寬和通訊速度的要求選擇不同的通信網(wǎng)絡。 車身控制部分的電控單元由于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量比較少且對實時性要求不高，所以采用A類低速通信網(wǎng)絡即可。LIN（ cal Interconnect Network）協(xié)議是面向車輛低端分布式應用的一類多路復用串行通信協(xié)議，符合SAE規(guī)定的車用網(wǎng)絡通信A類標準，其最初的設計目標作為CAN（ControllerArea Network）的下層網(wǎng)絡，同CAN相結合可構成車輛應用中的分層網(wǎng)絡結構。 2 CAN總線技術 2．1 CAN標準 現(xiàn)代汽車應用環(huán)境對汽車中各電子單元之間的互連提出了極為嚴格的要求，于是Robert Bosch公司于1982年開始制定“控制器局域網(wǎng)絡（CAN）”標準。汽車中的電子系統(tǒng)日益增多（如防抱死剎車、安全氣囊、空調(diào)、中控鎖、引擎管理和遙控無鑰門禁等）。它們最初以“點到點”方式相互連接起來，每個連接都使用獨立的銅線，使接線器非常龐大。因此有必要為汽車電子系統(tǒng)開發(fā)一種公用“網(wǎng)絡”標準，以減少連線與連接點的數(shù)量，而且可以提高汽車的可靠性、方便錯誤檢測、簡化維修過程及減輕總量（改善性能和減少油耗）等。 CAN標準作為一種總線標準具有速度快、成本低、易于實現(xiàn)及使用方便等特點，可用于任何需將電子設備互連起來的場合中。 2．2 CAN原理及其實施 基本CAN特點是總線間的相對邏輯狀態(tài)及驅動器輸入與接收機輸出?？偩€接人是事件驅動且隨機發(fā)生的，如果2個節(jié)點試圖同時占用總線，則以非破壞性逐位仲裁實施接人。標識符中消息優(yōu)先級的分配是CAN的一大特性，使之極其適用于實時控制環(huán)境。 CAN總線上可傳輸?shù)南⒐灿腥缦?種不同的類型或幀：①數(shù)據(jù)幀是最常見的消息類型，由仲裁場（arbitration field）、數(shù)據(jù)字段（data field）、CRC字段與確認字段（acknoeledgement field）構成；②遠程幀的目的在于請求從另一節(jié)點進行數(shù)據(jù)傳輸。遠程幀類似于數(shù)據(jù)幀，但有2點重大差異，首先這種類型的消息由仲裁場中的隱性RTR位明確標為遠程幀，其次其不涉及數(shù)據(jù)；③錯誤幀是特殊消息，其不遵循CAN消息的格式化規(guī)則。 當節(jié)點檢測到消息中出現(xiàn)錯誤時，則傳輸錯誤幀，并使網(wǎng)絡中所有其他節(jié)點也都發(fā)送錯誤幀。原始發(fā)送器隨后自動重新傳輸消息。CAN控制器中帶有復雜的錯誤計數(shù)器系統(tǒng)，確保節(jié)點不會重復傳輸錯誤幀導致總線被一直占用；④過載幀就格式而言與錯誤幀類似，它由超常忙的節(jié)點傳輸，主要用于提供更多的消息間延遲。 平衡的差動信號發(fā)送降低了噪聲耦合，并允許在雙絞線線纜上實現(xiàn)更高的信號發(fā)送速率。平衡的含義是指每條信號線中流過的電流相等，但方向相反，這就形成了場抵消效應，這是降低噪聲排放的關鍵。使用平衡差動接收機與雙絞線線纜提高了CAN總線的共模抑制及噪聲抗擾度。CAN標準定義了連接總線上所有節(jié)點的通信網(wǎng)絡，并使其能夠相互對話?？赡艽嬖谥醒肟刂乒?jié)點，也可能不存在，而且可隨時添加節(jié)點，甚至在網(wǎng)絡正在工作時也沒有問題（熱插人）。 3 LIN總線技術 3．1 LIN協(xié)議 LIN（Local Interconnect Network）協(xié)議是面向車輛低端分布式應用的一類多路復用串行通信協(xié)議。LIN標準包括傳輸協(xié)議規(guī)范、傳輸媒體規(guī)范、開發(fā)工具接口和用于軟件編程的接口。LIN規(guī)范包括3個主要部分：①LIN協(xié)議規(guī)范說明LIN的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層；②LIN配置語言描述說明LIN配置文件的格式，LIN配置文件被用于配置整個網(wǎng)絡，并作為OEM和不同網(wǎng)絡節(jié)點供應商之間的公共接口，同時可作為開發(fā)和分析工具的一 個輸人；～LINAPI部分說明網(wǎng)絡與應用程序問的接口，此概念可實現(xiàn)開發(fā)和設計工具之間的無縫連接，并可提高開發(fā)速度和增強網(wǎng)絡可靠性 ]。LIN總線特點：①采用低成本單線l2 V進行數(shù)據(jù)傳輸，線的驅動和接收特性符合改進的IS09141單線標準；②傳輸速率可達20 kbit／s；③采用單主／多從結構，不需要總線仲裁，由主節(jié)點來控制總線的訪問；④ 基于通用UART／SCI的硬件接口，可使用低成本的半導體工藝實現(xiàn)，幾乎所有的微控制器都有LIN必需的硬件；⑤從節(jié)點不需要晶振或陶瓷振蕩器就可實現(xiàn)自同步，從而減少了從節(jié)點的硬件成本；⑥能保證最差狀況下信號傳送的等待時間，可避免總線訪問沖突。 3．2 LIN原理及運行機制 LIN協(xié)議設計時考慮了新增加從節(jié)點無需改變原來的軟件和硬件。LIN協(xié)議提供節(jié)點功能異常和傳輸故障時內(nèi)部的錯誤檢測。由系統(tǒng)中的唯一主節(jié)點初始化每次的數(shù)據(jù)傳輸，從節(jié)點僅在主節(jié)點訪問時進行回答，從而避免了網(wǎng)上傳輸?shù)闹俨?。從?jié)點使用內(nèi)部的再同步模式在收發(fā)數(shù)據(jù)時鎖定于主節(jié)點。從節(jié)點僅需十分廉價的振蕩器提供時序，從而簡化電路和降低造價。 LIN網(wǎng)絡中，每個節(jié)點都有一個slave task模塊，主節(jié)點還包含一個master task模塊。LIN網(wǎng)絡中的所有通信都是由master task發(fā)起的。mastertask發(fā)出幀頭啟動網(wǎng)絡中的通信，幀頭包含如下3部分：同步間隙、同步場和信息標志符。從任務通過信息識別符來判斷是否響應主任務，若需要響應主任務，則開始發(fā)送響應信息。響應信息由2個、4個或8個數(shù)據(jù)字節(jié)和1個校驗和字節(jié)組成。LIN的數(shù)據(jù)幀由幀頭和響應信息組。LIN總線的另一個幀是睡眠幀，它由主任務發(fā)出，其作用是讓總線和節(jié)點進入低功耗狀態(tài)。LIN協(xié)議的最大優(yōu)點在于其不需要專用的硬件控制器，只是在SCI接口的基礎上添加了一套C語言API函數(shù)。用戶在開發(fā)LIN應用程序時，并不直接讀寫微控制器內(nèi)部的寄存器，只要調(diào)用相應的API即可完成同樣功能的操作。目前存在兩類API函數(shù)，即LIN API和Motorola API。LINAPI共2O個函數(shù)，可以完成包括系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)讀寫、節(jié)點上線／離線、中斷屏蔽等功能。Mo．torola API完全基于信息幀模式，通過LIN—Get．Msg和LIN—PutMsg對一幀信息進行操作，每一個節(jié)點的信息標志符在編譯時通過頭文件進行配置，不需要其他輔助工具。 4 CAN／LIN技術在車內(nèi)中的應用 由于汽車內(nèi)的環(huán)境很復雜，如極高的電器噪聲、機械應力、溫度和易燃性等特點，并且如果在網(wǎng)絡連接上出現(xiàn)任何的差錯都可能會造成嚴重的后果，甚至危及生命。因此，CAN標準對數(shù)據(jù)通信提供了如下保證：數(shù)據(jù)通信的可靠性，采用CRC校驗以及獨特的數(shù)據(jù)信號表示方式，并具有錯誤識別及自動重發(fā)功能；數(shù)據(jù)通信的實時陛，數(shù)據(jù)傳輸速率高，優(yōu)先級高的數(shù)據(jù)享有占用總線的優(yōu)先權；數(shù)據(jù)通信的靈活性，多主戰(zhàn)總線結構，各總線節(jié)點問可直接通信，面向數(shù)據(jù)塊的通信方式，通信介質可為雙絞線、同軸電纜或光纖，通過標準插接件可方便的連接。LIN是面向低端通信的一類協(xié)議，主要應用在通信速率不高的場合。LIN最初是作為汽車應用提出的，主要應用于車身電控單元的集成，將智能執(zhí)行器和傳感器連接到車身主體網(wǎng)絡等。通過單線的方式實現(xiàn)節(jié)點問的通信可大大降低汽車車身布線的復雜性，這也是LIN應用的潛力所在。LIN最初的設計目標是作為CAN的下層網(wǎng)絡，與CAN相結合構成車輛的分層網(wǎng)絡結構，整個車身的主體網(wǎng)絡由CAN來架構，而用LIN擔任局部通信 。車內(nèi)CAN／LIN總線應用的結構圖如圖1所示。 [align=center] 圖1 車內(nèi)總線應用結構圖[/align] 在汽車電子控制單元的設計中應該首先考慮的是安全問題，所以對于那些關鍵控制部分，如汽車發(fā)動機、自動變速箱、剎車裝置和安全氣囊等單元應該采用分散式控制；而對于那些與安全無關的單元比，如汽車的門窗、方向盤、座椅、空調(diào)、照明、濕度傳感器和交流發(fā)電機控制單元等，出于成本的考慮，可以采用CAN與LIN混合的集中控制方式。對于這些成本比較敏感的單元，LIN可以使那些機械元件，如智能傳感器、制動器或光敏器件得到較廣泛的應用。這些器件可以很容易地連接到汽車網(wǎng)絡中，并得到十分方便的維護和服務。在LIN實現(xiàn)的系統(tǒng)中，通常將模擬信號量用數(shù)字信號量所替換，這將使總線性能得到優(yōu)化。 5 結束語 CAN總線是為汽車而開發(fā)的串行數(shù)據(jù)通信總線，目前在世界上一些汽車制造商都在積極地將CAN總線用在新型汽車上。而且由于其本身的優(yōu)點，它的應用范圍不局限于汽車行業(yè)內(nèi)，而在機械制造和機器人等領域發(fā)展。在車身控制系統(tǒng)中應用LIN總線降低了低端通信網(wǎng)絡的成本，同時增加了設計的靈活性，提高了系統(tǒng)的可靠性，有利于分布式車身控制系統(tǒng)的開發(fā)。因此LIN總線在汽車領域有著良好的應用前景，此外，LIN作為一種開放協(xié)議，還可在工業(yè)和家電領域完成速度要求不高、連接距離較短的設備問的通信任務。