“现在汽车电子网络都在使用CAN总线，FlexRay，以太网，谁还研究LIN总线啊。”
真是这样吗？
可能你未必懂LIN总线。
0 什么是LIN总线？
相对于CAN总线而言，LIN总线协议较为简单，对单片机的要求也并不高，基本的串口就可以实现，因而成本较低。作为CAN总线的辅助总线，LIN总线广泛应用于车门、车窗、车灯以及中控锁等车身控制领域。
1998 的十月，在德国Baden Baden召开的汽车电子会议上LIN 总线的设想首次被提出；1999 LIN 联盟成立（最初的成员有 奥迪, 宝马, 克莱斯勒, 摩托罗拉, 博世, 大众和沃尔沃）；2000 LIN 联盟开始接收第一批成员；2001 第一辆使用 LIN 总线汽车下线；2002 LIN 规范V.1.3版本发布；2003 LIN 规范V.2.0 版本发布；2004 LIN 总线一致性测试规范发布；2006 LIN 标准规范 V.2.1版发布；2010 LIN 规范包Specification Package Revision 2.2A 发布。
当然，LIN总线有其“局域”特性，在汽车中一般不独立存在，通常与上层CAN网络相连，形成CAN-LIN网关节点，通常汽车电子中整车厂会规定该“网关节点”的控制器归属。
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单主控器/多从设备模式无需仲裁机制；
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低成本，基于通用UART 接口所有控制机都具备LIN 必需的硬件；
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单信号线传输，同时保证信号传输的延迟时间；
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LIN具有可预测的电磁兼容性能，为了限制EMC的强度，LIN协议规定最大传输速率为20kbps；
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LIN总线提供信号的配置、处理、识别和诊断功能。
LIN总线的任务
LIN总线主要负责如下任务：
- 调度总线上帧的传输次序；
- 监测数据，处理错误；
- 作为标准时钟参考；
- 接收从机节点发出的总线唤醒命令；
- 从机任务不能直接向总线发送数据，需要接受到主节点发送的帧头后，根据帧头所包含的信息来判断。
LIN报文帧结构
LIN报文的帧头和应答
LIN报文的结构
且帧中的任何其它字段都不会发出大于9位的显性电平，所以同步间隔场由至少13位（通常选择13位或14位）显性电平组成。所以我们可以得出结论，同步间隔场可以代表一帧的开始。另外，同步间隔场的间隔符至少为1位隐性电平。
举个例子。
如果同步间隔段我们规定13位显性电平表示，同步间隔段用1位隐性电平表示。那么帧头的同步间隔段时间就是14*t，值得注意的是，14位的时间是由主机节点的位速率来确定的。
当从机节点选择的时钟(精度不高的时钟)在容限范围内(±14%)时，(13-11.18)/13=14%，即当处于最差情况下(时钟相差14%)时，从机任务按照自身时钟测量的主机节点发送的13显性电平不会低于11.18 位，若识别阈值高于11.18位，那么当选用14%的时钟时，就会出现主机发送同步间隔，而从机检测不到的情形。由于在除同步间隔段以外，帧中其余段都不会发送超过9位的显性电平，(10.26-9)/9=14%，即是说判断阈值必须大于10.26位，否则可能把帧中其余部分误判作为同步间隔段。综上，识别阈值为 11 位显性电平。
当从机节点选择的时钟(精度较高的时钟)在容限范围内(±1.5%)时，按照上面的计算，识别阈值应在9.135位(由(9.135-9)/9=1.5%计算而来)到12.805位((13–12.805)/13=1.5%计算而来)之间。具体设定阈值会随着所选时钟的精度，取值范围在 9.135 位到 12.805 位之间浮动。
(2) 同步场
从机节点可以不采用高精度的时钟，而采用片上振荡器等精度和成本相对较低的时钟，由此带来的与主机节点时钟产生的偏差，需要通过同步段进行调整，调整的结果是使从机节点数据的位速率与主机节点一致。同步段用于同步的基准时钟为主机节点的时钟。从机节点通过接收主机节点发出的同步段，计算出主机节点位速率，根据计算结果对自身的位速率重新作调整。
计算公式如下：
(3)PID场
帧ID的取值范围为0x00~0x3F，共64个，帧ID标识了帧的类别，从机任务会根据帧头ID作出反应(接收/发送/忽略应答)，其中P0与P1效验如下：
其中“⊕”代表“异或”运算，“¬”代表“取非”运算。由公式可以看出，PID 不会出现全 0 或全 1 的情况，因此，如果从机节点收到了“0xFF”或“0x00”，可判断传输错误。
LIN总线根据帧ID的不同，将报文分为信号携带帧、诊断帧、保留帧。
效验和场是为了对帧传输内容进行效验。效验分为标准型效验与增强型效验。采用标准型还是增强型是由主机节点管理，发布节点和收听节点根据帧ID来判断采用哪种效验和。
上图展示的是LIN总线的通讯方式，可以看出无论什么时候帧头都是由主机节点发布，当主机节点要发布数据时，整个帧全部由主机节点发送。当从机节点要发布数据时，帧头部分由主机节点发布，应答部分由从机节点发布，这样其余节点都能收到完整的报文。所以，LIN总线的通讯都是由主机节点发起，只要合理的规定好每个节点的配置，这样就不会存在总线冲突的情况(事件触发帧冲突时采用冲突解决进度表)。
了解了帧的结构以后，我们就可以计算出帧在总线上的传输时间了。如下图实例。
LIN的帧类型
帧 ID = 0x30 应答部分的发布节点为从机节点 1，收听节点为主机节点。典型应用如从机节点 1 向主机节点报告自身某信号的状态。帧 ID = 0x31 应答部分的发布节点为主机节点，收听节点为从机节点 1 和从机节点 2。典型应用如主机节点向从机节点发布信息。
帧 ID = 0x32 应答部分的发布节点为从机节点 2，收听节点为从机节点 1。典型应用如从机节点之间彼此通信。
2. 事件触发帧
1) 当关联的无条件帧没有信号发生变化，这是主机连帧头也不需要发送。
2) 当关联的一个无条件帧信号发生变化则发送该帧。
3) 当有多个无条件帧发生信号变化时，则按照事先规定要的优先级依次发送。
调度表
状态机的实现
收发 LIN 帧需要的硬件包括协议控制器(Protocol Controller)、总线收发器(Bus Transceiver)和 LIN 总线三部分。
协议控制器主体是一个基于UART/SCI的通信控制器，工作方式是半双工。协议控制器既可以使用专用模块实现，也可以用“UART/SCI+定时器”实现。
发送时，协议控制器把二进制并行数据转变成高-低电平信号，并按照规定的串行格式(8数据位，1停止位，无校验位)送往总线收发器；
接收时，协议控制器把来自总线收发器的高-低电平信号按照同样的串行格式储存下来，然后再将储存结果转换成二进制并行数据。
协议控制器要能产生和识别帧的同步间隔段。同步间隔段包含一个低电平脉冲，长度至少为 13位。发出和识别同步间隔段虽然增加了硬件设计的复杂度，但是从接收方的角度看，这样做能把同步间隔段与普通的数据字节区别开，确保了同步信息的特殊性。
协议控制器要能执行本地唤醒(Local Wakeup)。需要唤醒总线时，协议控制器通过总线收发器向 LIN 总线送出唤醒信号。协议控制器要能识别总线唤醒(Bus Wakeup)。当收到来自 LIN 总线的唤醒信号时，协议控制器能够正确动作，进入规定的通信状态。
总线收发器
总线收发器还包括一些附加的功能，例如总线阻抗匹配、压摆率(Slew-rate)控制等。
此外，LIN规范要求总线收发器具备这样一种特性：本地节点掉电或工作异常时，不能影响总线上其他节点工作。
作者简介：
Demu，传统汽车电控向智能驾驶转变的汽车人。从事发动机控制器系统工程师和软件工程师多年，有丰富的ECU系统和软件设计经验。欢迎大家一起留言交流，共同进步。
