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用于車(chē)身控制模塊的單片機(jī)和本地互連網(wǎng)絡(luò)的作用
隨著應(yīng)用的不斷擴(kuò)展，今天和未來(lái)的單片機(jī)普及和車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)正在繼續(xù)。單片機(jī)是車(chē)輛內(nèi)各種電子控制模塊的“大腦”，而網(wǎng)絡(luò)則是“系統(tǒng)互連”。本地互連網(wǎng)絡(luò)（LIN）是業(yè)界第一個(gè)提出車(chē)內(nèi)Class A開(kāi)放多路復(fù)用協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。它定義了一個(gè)支持車(chē)輛內(nèi)分布式車(chē)身控制電子系統(tǒng)的低成本的串行通信系統(tǒng)。LIN補(bǔ)充了由CAN引導(dǎo)的汽車(chē)多路復(fù)用網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有產(chǎn)品線。工業(yè)分析家指出，據(jù)估計(jì)到2010年每輛車(chē)將平均擁有20個(gè)LIN節(jié)點(diǎn)。車(chē)身控制應(yīng)用代表了車(chē)輛中一個(gè)重要的領(lǐng)域，LIN有利于支持低成本子網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)化，而不需要額外的帶寬或產(chǎn)生復(fù)雜性。
通用的單片機(jī)，例如微芯科技的Flash PIC®單片機(jī)，其獨(dú)特的程序存儲(chǔ)器和外設(shè)的組合，非常適用于那些支持CAN和LIN標(biāo)準(zhǔn)的需要8位或16位單片機(jī)進(jìn)行車(chē)身控制的應(yīng)用。微芯科技提供的廣泛的多樣化產(chǎn)品可為嵌入控制設(shè)計(jì)人員提供不同價(jià)格和性能的多種選擇，以滿足他們當(dāng)前的設(shè)計(jì)項(xiàng)目的要求。
推進(jìn)車(chē)身控制電子產(chǎn)品是汽車(chē)制造商生產(chǎn)更加令人愉悅、更加可靠和安全、更為智能化的車(chē)輛能力的基本要素。車(chē)身控制電子產(chǎn)品可通過(guò)簡(jiǎn)化車(chē)輛的操作，并使司機(jī)從分心的次要行為中解脫出來(lái)，從而改善車(chē)輛的安全因素。每個(gè)這樣的電子控制模塊必須解決先進(jìn)性能和車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)連通性與競(jìng)爭(zhēng)性價(jià)位的問(wèn)題。由單片機(jī)供應(yīng)商，諸如微芯科技提供的先進(jìn)外設(shè)的集成，可以使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員具備一種市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，他們可以創(chuàng)建其采用基于RISC的PIC®架構(gòu)。
LIN是車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)子總線的一個(gè)通信概念。該規(guī)范涉及協(xié)議和物理層的定義，以及開(kāi)發(fā)工具和應(yīng)用軟件的接口定義。LIN可以實(shí)現(xiàn)車(chē)內(nèi)開(kāi)關(guān)、智能傳感器和執(zhí)行器等應(yīng)用的具有成本效益的通信網(wǎng)絡(luò)，在這方面并不需要CAN的帶寬和多功能性。該通信協(xié)議基于SCI（UART）數(shù)據(jù)格式，這是一種單主/從概念，是一種單線12V總線和無(wú)需穩(wěn)定時(shí)基的節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘同步。LIN聯(lián)盟圍繞串行低成本通信概念和開(kāi)發(fā)環(huán)境開(kāi)發(fā)了這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，這使汽車(chē)制造商及其供應(yīng)商能夠以一種非常成本有效的方式創(chuàng)建執(zhí)行和處理復(fù)雜的分級(jí)多路復(fù)用系統(tǒng)的方法。
LIN的典型車(chē)身控制應(yīng)用
車(chē)身控制電子可改善車(chē)輛駕駛者的舒適性和安全性。LIN總線的典型應(yīng)用是氣候控制、照明、雨水傳感器、智能雨刷、智能發(fā)電機(jī)、開(kāi)關(guān)面板或射頻（RF）接收器方面的車(chē)門(mén)、方向盤(pán)、座椅、馬達(dá)和傳感器等總成單元。LIN節(jié)點(diǎn)可以容易地連接汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)并易于訪問(wèn)所有類(lèi)型的診斷和服務(wù)。此外，通常使用的信號(hào)模擬編碼可以由數(shù)字信號(hào)取代，從而得到一條優(yōu)化的配線束。
車(chē)頂：雨水傳感器、燈光傳感器、燈光控制、天窗，等等
車(chē)門(mén)：反光鏡、中控ECU、反光鏡開(kāi)關(guān)、車(chē)窗升降、座椅控制開(kāi)關(guān)、門(mén)鎖，等等
氣候：小型電機(jī)、控制面板
方向盤(pán)：導(dǎo)航控制、雨刷、燈光調(diào)節(jié)，等等
可選件：氣候控制、收音機(jī)、電話，等等
座椅：座椅位置電機(jī)、人員在場(chǎng)傳感器、控制面板
引擎：傳感器、小型電機(jī)
在集中式車(chē)身控制系統(tǒng)中，執(zhí)行器和傳感器是通過(guò)一個(gè)具有CAN連通性的電子控制部件（ECU）進(jìn)行硬連線的。ECU通過(guò)CAN鏈接與其他主ECU進(jìn)行信號(hào)交換。如果本地執(zhí)行器和傳感器需要高計(jì)算性能，就需要選擇硬連線。在那些本地性能低的系統(tǒng)中，可能需要選擇基于智能執(zhí)行器和傳感器的分布式系統(tǒng)。選擇這種配置是為了采用普遍可用的元件實(shí)現(xiàn)一個(gè)可升級(jí)的系統(tǒng)架構(gòu)。
這種架構(gòu)是具有成本效益的，由于電子元件的品種更少，本地智能和網(wǎng)絡(luò)的附加成本可以通過(guò)生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)成本的節(jié)省得到補(bǔ)償。這種架構(gòu)的關(guān)鍵方法是子總線LIN標(biāo)準(zhǔn)、低成本機(jī)電和裝配和半導(dǎo)體集成。
在LIN的低端應(yīng)用中有兩個(gè)關(guān)鍵因素：（a）與CAN相比，每個(gè)節(jié)點(diǎn)必須是低通信成本；（b）不需要CAN的性能、帶寬和多功能性。LIN相對(duì)于CAN的主要成本節(jié)省是由以下因素推動(dòng)的：（1）單線傳輸；（2）低成本的硬件或芯片內(nèi)軟件實(shí)現(xiàn)；（3）在從節(jié)點(diǎn)不必使用晶體或壓電陶瓷。這些優(yōu)點(diǎn)包括更低的帶寬和限制性的單主節(jié)點(diǎn)總線接入方法。LIN和CAN協(xié)議的主要特性如下所示。
LIN CAN
媒介接入控制 單主節(jié)點(diǎn) 多主節(jié)點(diǎn)
典型總線速度 2.4至19.6kbd 62.5至500kbd
多點(diǎn)發(fā)送信息路由 6位標(biāo)識(shí)符 11/29位標(biāo)識(shí)符
節(jié)點(diǎn)編碼 NRZ 8N1（USART） 位填充N(xiāo)RZ
每幀數(shù)據(jù)位 2、4、8字節(jié) 0至8字節(jié)
所需傳輸時(shí)間 20kbd時(shí)為3.5ms 125kbd時(shí)為0.8ms
4個(gè)數(shù)據(jù)位錯(cuò)誤檢測(cè) 8位校驗(yàn)和 15位CRC
物理層 單線，Vbat 雙絞線，5V
時(shí)鐘生成 主節(jié)點(diǎn)：晶體，從節(jié)點(diǎn)：RC/壓電陶瓷 晶體
每節(jié)點(diǎn)相關(guān)成本 0.5 1
LIN協(xié)議
LIN是一個(gè)基于通用SCI（UART）字節(jié)詞接口的單線串行通信協(xié)議。LIN也可以用軟件等效代碼或純狀態(tài)機(jī)執(zhí)行。LIN網(wǎng)絡(luò)中的媒介接入是由主節(jié)點(diǎn)控制的，這樣就不需要從節(jié)點(diǎn)仲裁或沖突管理，從而保證了信號(hào)傳輸（參見(jiàn)圖2）沒(méi)有最糟情況的延遲時(shí)間。
LIN的主要特性包括：
--低成本單線執(zhí)行
-- 基于VBAT的增強(qiáng)型ISO 9141
--速度高達(dá)20Kbps（由于EMC的限制）
--單主節(jié)點(diǎn)和多從節(jié)點(diǎn)概念
--沒(méi)有仲裁需求
--基于通用UART/SCI接口硬件的低成本硅實(shí)現(xiàn)
--從節(jié)點(diǎn)自行同步，無(wú)需晶體或壓電陶瓷
--顯著減少了硬件平臺(tái)的成本
--保證信號(hào)傳輸?shù)难舆t時(shí)間
--可預(yù)知的系統(tǒng)
LIN的一個(gè)特殊特性是同步機(jī)制，它允許由從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行時(shí)鐘恢復(fù)，而無(wú)需晶體或壓電陶瓷。線驅(qū)動(dòng)器和接收器的規(guī)范遵循某種增強(qiáng)的ISO 9141單線標(biāo)準(zhǔn)。最高傳輸速度是20kbps，這是電磁兼容性（EMC）和時(shí)鐘同步要求所致。
除了主節(jié)點(diǎn)的命名外，LIN網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)不使用任何與系統(tǒng)配置有關(guān)的信息。節(jié)點(diǎn)可以增加到LIN網(wǎng)絡(luò)中，而無(wú)需改變其他從節(jié)點(diǎn)的硬件或軟件。LIN網(wǎng)絡(luò)的典型大小為12個(gè)節(jié)點(diǎn)（盡管這是不受限制的），這是由于少量的64個(gè)標(biāo)識(shí)符和比較低的傳輸速度所致。時(shí)鐘同步、UART通信的簡(jiǎn)單和單線媒介是LIN具有成本效益的主要因素。
通信概念
LIN網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)和一個(gè)或更多的從節(jié)點(diǎn)組成。所有節(jié)點(diǎn)都包括一個(gè)分為發(fā)送和接收任務(wù)的從節(jié)點(diǎn)通信任務(wù)，而主節(jié)點(diǎn)包括一個(gè)附加的主節(jié)點(diǎn)發(fā)送任務(wù)。主動(dòng)LIN網(wǎng)絡(luò)中的通信總是由主節(jié)點(diǎn)任務(wù)開(kāi)始的。
主節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)由同步中斷、同步字節(jié)和信息標(biāo)識(shí)符組成的信息報(bào)頭。正好一個(gè)從任務(wù)在接收和過(guò)濾標(biāo)識(shí)符時(shí)被激活，然后開(kāi)始傳輸信息響應(yīng)。該響應(yīng)包括兩個(gè)、四個(gè)或八個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)和一個(gè)校驗(yàn)和字節(jié)。報(bào)頭和響應(yīng)部分形成一個(gè)信息幀。
信息標(biāo)識(shí)符表示信息的內(nèi)容，而不是目的文件。這個(gè)通信概念可以實(shí)現(xiàn)各種方法的數(shù)據(jù)交換：從主節(jié)點(diǎn)（使用其從任務(wù)）到個(gè)一個(gè)或更多從節(jié)點(diǎn)，從一個(gè)從節(jié)點(diǎn)到主節(jié)點(diǎn)和/或其他從節(jié)點(diǎn)。直接在從節(jié)點(diǎn)開(kāi)始將信號(hào)發(fā)送到從節(jié)點(diǎn)，而無(wú)需通過(guò)主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行路由是可能的，或從主節(jié)點(diǎn)將信息廣播到網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)。信息幀的順序是由主節(jié)點(diǎn)控制的。主節(jié)點(diǎn)時(shí)序幀中的信息數(shù)目、順序和頻率是與波特率、系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間和時(shí)間行為一起確定的。統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須仔細(xì)，因?yàn)槿绻鞴?jié)點(diǎn)錯(cuò)過(guò)了一個(gè)從節(jié)點(diǎn)的信息，由于主從的概念，這條信息將在下一個(gè)時(shí)序最先到達(dá)主節(jié)點(diǎn)。
LIN協(xié)議提供了一個(gè)啟動(dòng)每個(gè)信息幀的專(zhuān)用同步模式，可使從節(jié)點(diǎn)在無(wú)需晶體或壓電陶瓷的條件下，使其本地時(shí)基與主節(jié)點(diǎn)的時(shí)基保持同步。
LIN物理層
LIN總線是由一個(gè)正電池節(jié)點(diǎn)Vbat的終止電阻器終端匹配電阻供電的單線總線。該總線的線收發(fā)器是一個(gè)ISO 9141標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型工具。總線可以采用兩個(gè)補(bǔ)充的邏輯水平：代表一個(gè)邏輯‘0’的具有接近接地電氣電壓的顯性值，以及代表邏輯‘1’的具有接入電池供電電壓的電氣電壓隱性值。
該總線利用一個(gè)主節(jié)點(diǎn)的1Ω上拉電阻和從節(jié)點(diǎn)上的30Ω電阻進(jìn)行終端匹配。從節(jié)點(diǎn)終端匹配電容的典型值為220pF。主節(jié)點(diǎn)的電容比較高，是為了使整個(gè)線電容不依賴(lài)于從節(jié)點(diǎn)的數(shù)目。
LIN物理層的主要電氣參數(shù)在以下列出：
參數(shù) 典型值
通信速度 9.6kbd，19.2kdb
電壓水平 13.5V
信號(hào)回轉(zhuǎn)率 2V/μs
終端匹配電阻器 主節(jié)點(diǎn)：1kΩ
從節(jié)點(diǎn)：30kΩ
終端匹配電容器 主節(jié)點(diǎn)：220pF
從節(jié)點(diǎn)：2.2nF
線電容 100？150pF/m
LIN物理層的規(guī)范對(duì)收發(fā)器出了高性能的要求.收發(fā)器交換不應(yīng)該干擾其他電子元件。特別需要注意的是必須滿足汽車(chē)制造商的EMC要求。利用波形成形或邊緣圓化，可以最大限度地減少收發(fā)器的傳導(dǎo)發(fā)射。
LIN總線系統(tǒng)實(shí)例：車(chē)門(mén)和反光鏡模塊
汽車(chē)車(chē)門(mén)中電子功能增加的數(shù)目是LIN總線用法的一個(gè)很好的例子。在進(jìn)行保養(yǎng)時(shí)，可以增加或減少功能，而不會(huì)影響原來(lái)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，也不會(huì)影響其余從節(jié)點(diǎn)的硬件和軟件。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要增加功能或選項(xiàng)，以及在車(chē)輛的LIN裝配結(jié)束時(shí)，都可以對(duì)預(yù)先裝配、預(yù)先測(cè)的試模塊進(jìn)行集成。車(chē)門(mén)LIN功能集群包括：
·車(chē)窗升降，有/無(wú)防夾控制
·馬達(dá)PWM控制、車(chē)窗位置監(jiān)控
·門(mén)鎖執(zhí)行器控制，包括馬達(dá)控制（鎖死）和車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)控制
·開(kāi)關(guān)面板控制
·開(kāi)關(guān)照明
反光鏡功能可以在更多的LIN從節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行集成，這取決于OEM為用戶提供的可選功能計(jì)劃的靈活性。這些反光鏡功能包括反光鏡上/下、進(jìn)/出馬達(dá)控制、加熱、水坑燈、轉(zhuǎn)向指示燈、減光（電鍍反光鏡）電動(dòng)折疊。
總結(jié)
車(chē)身控制功能的持續(xù)進(jìn)步，以及單片機(jī)和LIN協(xié)議是降低系統(tǒng)成本的關(guān)鍵因素。若干因素已在促進(jìn)LIN作為一種“通用子總線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)”的擴(kuò)展，其中包括：
·LIN的引進(jìn)發(fā)生在車(chē)內(nèi)電子控制模塊經(jīng)歷戲劇性增長(zhǎng)的時(shí)刻。今天的許多汽車(chē)方面的創(chuàng)新都是通過(guò)采用先進(jìn)的電子概念實(shí)現(xiàn)的。用戶追求車(chē)輛具有更多的舒適性與安全性為這個(gè)市場(chǎng)的開(kāi)發(fā)添加了燃料。監(jiān)管規(guī)范準(zhǔn)則促進(jìn)了這一趨勢(shì)的發(fā)展。與此同時(shí)，汽車(chē)制造商需要從他們的供應(yīng)商手中得到具有成本效益的實(shí)現(xiàn)方法。
·LIN是車(chē)內(nèi)子網(wǎng)絡(luò)具有成本效益的總線概念。它有助于優(yōu)化系統(tǒng)成本和增加系統(tǒng)效率。在全球整個(gè)汽車(chē)工業(yè)中LIN概念不斷找許多支持者。即使LIN聯(lián)盟是由一個(gè)OEM、工具制造商和半導(dǎo)體廠商小組發(fā)起的，這個(gè)具有成本效益的通信開(kāi)放串行總線標(biāo)準(zhǔn)已在保證統(tǒng)一的工具概念和適當(dāng)?shù)能浖涌诜矫骘@示出了同時(shí)可用性。
作為用于實(shí)現(xiàn)分級(jí)車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)的驅(qū)動(dòng)因素之一，LIN標(biāo)準(zhǔn)為涵蓋了傳輸協(xié)議、傳輸媒介、開(kāi)發(fā)工具之間的接口和軟件編程界面等規(guī)范。LIN從硬件和軟件的角度保證了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的協(xié)同工作能力，并可預(yù)知EMC行為。LIN總線可滿足車(chē)身控制應(yīng)用在性能和成本方面的要求。它支持執(zhí)行器和傳感器設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化和再用性。
車(chē)身控制應(yīng)用受益于具有廣泛存儲(chǔ)器、外設(shè)和封裝組合的基于閃存的單片機(jī)的持續(xù)進(jìn)展，以及LIN作為一個(gè)低端多路復(fù)用解決方案標(biāo)準(zhǔn)的全球性支持。PIC單片機(jī)是通用的構(gòu)建模塊，有助于開(kāi)發(fā)應(yīng)對(duì)復(fù)雜的車(chē)身控制應(yīng)用挑戰(zhàn)的有效的解決方案，并且加快了汽車(chē)電子控制模塊開(kāi)發(fā)商的產(chǎn)品上市時(shí)間。
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