LIN和SAE&J2602驱动更为有效的汽车网络连接
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最新规范和实践降低了面向车载传感器和制动器联网应用的嵌入式软件的代码长度和复杂性。本文介绍LIN基础知识和LIN。
在上世纪90年代末，5家汽车制造商、一家通信工具制造商和现在的飞思卡尔半导体公司发起成立了LIN联盟，共同开发低成本汽车通信标准。局域互连网络(LIN)是一种基于UART的单主多从网络架构，它的开发满足了汽车传感器和制动器联网等应用的需要。LIN为连接车内的电动机、开关、传感器和制动器提供低成本的联网解决方案。
典型的LIN把LIN网络与像控制器局域网(CAN)这样的较高级网络连接起来，从而把联网的好处全程拓展到每一个传感器和制动器。
LIN和SAE&背景介绍
自从2002年11月LIN
1.3版本规范首次发布以来，该标准已经发生了重大的变化。修订版LIN2.0规范是2003年9月发布的，下图显示了该规范的真实变化，但是，这两个版本的规范还在由许多制造商使用。
许多通信标准仅仅指定协议信息，通常就是针对协议的数据链路层。这方面一个很好的例子就是博世的CAN
2.0b规范。此外，还有针对物理接口的规范(有时侯称为物理层)，如由美国汽车工程师协会(SAE)针对CAN的高速物理层提出的标准J2284。LIN把这两种单元定义为规范的组成部分，如图1所见，但是也包括针对软件和工具接口的规范。通过包含这些重要的标准化组件，LIN成为了非常全面的规范。
SAE下属数据通信标准委员会车辆架构任务组(task force)也考察了LIN规范在北美车辆中的应用。这个称为SAE
J2602的任务组开发了针对LIN应用的推荐实践。J2602规范建立在LIN 2.0的基础之上，但是，降低了LIN
2.0规范的一些软件单元的复杂性，以努力缩短LIN从节点所需要的嵌入式软件代码长度并降低其复杂度。图2显示了这两个标准的关系。
虽然在嵌入式LIN和SAE
J2602从节点中的软件可能发生变化，但是，它们都是以相同的协议规范为基础，所以，两者所用的微控制器技术保持一致。这种一致性就容许两个标准一起工作以驱动总体硬件上批量并降低成本。
用于实现LIN设备的8位微控制器的选择范围很宽，从非常简单的LIN从节点到复杂的，微控制器的选择将根据对性能和成本的要求而变化。&
针对LIN网络的常见实践是用LIN作为子网络，将独立的电动机、传感器、制动器和开关连接在一起，构成一个更大、更快的网络。汽车应用是LIN的发源地，在汽车中LIN网络要连接到CAN总线网络上；这是在LIN中通过LIN子网络的主节点实现的。因为CAN和LIN主节点都需要精确的定时，诸如晶体这样的、更为精确的时钟源成本比较高，所以，仅仅用在一个主节点之中。飞思卡尔提供两个家族的8位微控制器来支持LIN主节点功能和CAN联网。&
LIN主节点控制所有在LIN网络上的通信，并利用精确的晶体振荡器为网络提供时基。由此得到的低成本主节点软件驱动器就比较简单，因为它仅仅需要设置并调度以LIN消息报头和数据形式待发送和接收的字节；利用普通的UART(如在HC908AZxxA家族器件上的串行通信接口(SCI))就可以做到这一点。
然而，为了提高性能，人们已经往增强型SCI(ESCI)(HC908GZ家族)添加了功能，以简化LIN主节点的低级驱动器。例如，为了进一步简化操作，ESCI的LINT位迫使被发送的停止符(break
symbol)以13位的长停止字符发出，而不是采用传统UART通信中典型的10位停止符。SCI也可以做到这一点，但是，用户必须在发送10位停止符之前，暂时把波特率变快30%，以便它以13位的形式出现在连接到LIN从节点的总线上；然后，波特率必须恢复到网络的工作波特率。采用基于SCI的解决方案，还可以延伸出其他几种方案；但是，通过在模块初始化时使能LINT功能，并用单次写操作设置SBK位来正常地发送停止符，ESCI简化了软件的设计。&
由于LIN主节点为系统提供的基本时钟被嵌入到每一个消息报头的同步字之中，从节点必须通过测量何时接收该报头以恢复该波特率。在LIN网络中，这一操作极为重要，因为大多数从节点微控制器都被设计为使用内部振荡器时钟源，其精度远远低于晶体振荡器；而这正是LIN刻意降低系统实现成本的关键举措之一。因为一个系统将包含许多从节点和仅仅一个主节点，尽可能地降低从节点的成本就有意义。LIN从节点可以选用的微控制器范围广阔，因为其协议本身足够简单，完全可以在软件中利用定时器和一个通用目的输出引脚来实现。
最新规范和实践降低了面向车载传感器和制动器联网应用的嵌入式软件的代码长度和复杂性。本文介绍三类LIN从节点微控制器。
位响应LIN从节点
如本文所述，LIN从节点可以采用一个定时器捕获通道实现接收，而采用一个通用目的输出引脚实现发送通道。飞思卡尔的两个LIN应用笔记AN2503和AN2599详细介绍了如何实现这种位响应技术，在每一个版本中实现了稍微不同的功能。
此外，你可以在飞思卡尔的网站上找到一份利用发现HC908QY4实现位响应LIN的参考设计，一组转向器开关采用脉宽调制做背光。
只要配备有一个定时器通道和一个输出引脚的MCU，就可以用来实现位响应方案，但是，这样做对软件设计要求非常高。这种方案可能是一种有成效的备选方案，但是，微控制器CPU必须处理大量的中断，必须在位层面由软件执行整个发送和接收字节的过程。
对于许多微控制器来说，支持这种简单的通信性能可谓强人所难。
ESCI LIN从节点
增强型串行通信接口(ESCI)模块(存在于许多飞思卡尔HC908家族器件上)的到来，将性能提高了一个台阶。ESCI专门对LIN从节点应用做了裁减，它拥有一个能够从报头中的LIN同步字节恢复波特率的整体仲裁模块，以及一个精度大为提高的预置分频器结构，该结构容许它根据温度和电压的变化调节时钟频率。
采用ESCI解决方案，许多应用工作状态非常完美，但是，在LIN从节点微控制器产品线中有一种更高级别的性能。ESCI仍然必须在字节层面处理消息，这就意味着消息的每一个字节—无论发送或接收—都向微控制器产生中断；对于不想接收消息的从节点也是这样对待。
SLIC LIN从节点
为了消除这种不想要的中断并让低层LIN协议完全自动地简化中断服务代码和LIN软件，飞思卡尔已经开发了从节点LIN接口控制器(SLIC)模块。这种最新的LIN通信外设器件采用了拥有专利的技术，从而在任意时间、以任何LIN总线速度都能够实现同步。LIN通信性能的增强意味着开发商可以把他们更多的性能预算直接放在应用上，而不是放在解决简单的LIN通信问题上。
SLIC模块具有强大的功能，如下所列：
—真实的自动帧同步和自动调整波特率，即同步到LIN数据流；
—免除了对波特率的编程；
—对于高性能的可编程性，波特率最高可以被自动调整到120 kbps，不需要调整振荡器；
—LIN中断减少了最多83.3%(根据标准，LIN帧最多两个中断)；
—自动LIN误码校验和报告；
—中断服务程序可能小于150字节；
—自动校验和生成/执行校验；
SLIC模块还有许多其它优点，例如，其中断向量处理机制就容许中断服务程序进行极为有效率的处理，以最小化程序所花费的时间。跟其全消息缓冲功能—其设计是为了把中断次数减少到对任何LIN消息都是最多两次——结合起来，SLIC模块的性能就大为提高了。下图显示了对基于SLIC的节点和基于UART节点的中断加载过程。
选择哪一个方案？
每一个应用都不同并具有不同的性能和成本目标。在为应用选择合适的解决方案的时候，必须考虑大量的因素。为了帮助工程师作出选择，飞思卡尔将上述三种解决方案编制成选择基准，结果可以在AN2633—"LIN
Drivers for SLIC Module on the
MC68HC908QL4"—的表格中找到。下表给出了飞思卡尔网站上可以找到的应用笔记的列表。
随着全球汽车制造商采纳LIN和SAE&标准，可以肯定LIN的应用将持续增长。其应用不限于汽车系统，LIN可以用于实现家庭自动化、工业设备联网和许多需要把传感器、电动机、开关和制动器以低成本连接起来的应用。
汽车通信应用和系统工程师
飞思卡尔半导体公司
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