LIN总线基础知识介绍

LIN（Local Interconnect Network）是一种基于UART/SCI（通用异步收发器/串行通信接口）的低成本串行通信协议。它广泛应用于汽车电子系统中，尤其适合座椅、车门、空调等控制模块之间的通信。LIN通常不单独使用，而是与CAN总线配合使用，构成CAN-LIN网关结构，实现整车网络的层次化管理。

本文将从LIN的发展历史、主要特点、通信机制及其实现方式四个方面，带你快速了解LIN总线的基础知识。

#01

LIN总线的发展历史

LIN总线的构想最早出现在1998年10月的德国Baden汽车电子会议上。1999年，LIN联盟正式成立，创始成员包括奥迪、宝马、克莱斯勒、摩托罗拉、博世、大众和沃尔沃等知名汽车与电子企业。

• 2000年，LIN联盟开始接收第一批成员；

• 2001年，首辆搭载LIN总线的汽车下线；

• 2002年，发布LIN规范V1.3；

• 2003年，发布LIN规范V2.0；

• 2006年，发布LIN标准规范V2.1；

• 2010年，发布LIN规范包Revision 2.2A。

LIN总线的发展逐步完善，现已成为汽车车身网络通信的重要标准之一。

#02

LIN总线的主要特点

LIN总线之所以能在汽车电子领域广泛应用，主要得益于以下几个显著特点：

1. 成本低、实现简单

LIN基于通用的UART接口，几乎所有微控制器都支持，无需额外复杂硬件，降低了系统成本。通信只需一根信号线，辅以电源线和地线，大大减少了线束数量和布线复杂度。

2. 协议简洁，易于开发

LIN协议结构简单，对MCU性能要求低，软件实现容易，开发周期短，便于维护和升级。新增节点时无需更改现有从节点的软硬件，系统扩展性强。

3. 单主多从架构

LIN采用单主多从结构，一个主节点最多可连接15个从节点。主节点负责调度通信，确保数据传输的有序性和确定性，从节点只能在主节点授权下响应，避免总线冲突。

4. 通信速率适中，抗干扰能力强

LIN的最大传输速率为20Kbit/s，常用速率为9.6Kbit/s、10.4Kbit/s或19.2Kbit/s，适用于对速率要求不高的场景。由于采用单线通信和较低速率，LIN在汽车电气环境中具备良好的抗干扰能力，通信稳定可靠。

5. 应用场景广泛

LIN总线主要用于以下汽车控制系统：

• 车身控制：如车窗升降、车门锁、座椅调节、后视镜控制等；

• 空调系统：温度调节、风量控制、风向调整等；

• 照明系统：车内外灯光控制，如自动大灯、氛围灯等；

• 雨刮系统：根据雨量传感器信号自动控制雨刮速度。

了解了LIN总线的这些特点，以及在汽车控制器的应用情况，下面通过LIN总线的通讯原理做更近一步的了解。

#03

LIN总线的通信机制

LIN总线采用“单主多从”的通信机制，由主节点控制整个网络的通信节奏，从节点只能在主节点允许的情况下发送数据，从而避免总线冲突。

以电车作为例子介绍LIN通信的这些特征。电车从始发站开始按照时刻表出发。这个时刻表是为了不让电车发生碰撞决定出发时间的。同时，乘客在车站等待电车，等待的电车到了后，上车，向目的地移动。

LIN也是按照这种方式进行通信的。按照事先定义好的“传送时刻表”进行数据的发送。因此，不会发生冲突，各个节点按照一定的间隔进行数据的传送与接收。这样的方式也不会造成bus的过负载，实现稳定的通信。

3.1. LIN报文帧结构

LIN通信通过“报文帧”进行，每帧由“帧头”和“应答”两部分组成：

帧头（由主节点发送）：

• 同步间隔段：至少13位显性电平，后跟1位隐性电平，标志帧的开始；

• 同步段：发送0x55，用于从节点同步时钟；

• PID段（受保护ID）：前6位为帧ID，后2位为奇偶校验位，用于识别帧类型和确保数据完整性。

应答（由从节点发送）：

• 数据段：长度1~8字节，包含控制指令或状态信息；协议未规定数据长度码，协议中并没有规定哪一部分显示数据长度码的信息，数据的内容与长度均是由系统设计者根据帧ID事先约定好的。

• 校验和段：用于校验数据传输的正确性，分为标准型和增强型。通常采用带进位的二进制加法并取反的方式生成校验和。

3.2. LIN通信过程示例

以车窗控制系统为例：

• 主节点（如车身控制模块）负责调度通信；

• 从节点（如车窗电机）根据主节点指令执行动作；

• 用户按下车窗按钮，主节点发送帧头，包含同步信息和帧ID；

• 从节点接收到帧头后，解析指令并执行，如“车窗升至80%”；

• 同时，从节点将执行结果（如“已升至80%”）回传主节点；

• 通信过程中，校验和机制确保数据传输的准确性；

• 通信结束时，帧尾标志本次通信结束。

LIN总线使用“显性电平”（逻辑0）和“隐性电平”（逻辑1）进行通信。显性电平具有优先权，当总线上有一个节点发送显性电平时，总线即为显性状态；只有当所有节点都发送隐性电平或不发送时，总线才为隐性状态。这一机制与CAN总线类似，有助于冲突检测和总线仲裁。

3.3. LIN报文帧类型

LIN总线通信中，根据数据传输的不同需求和应用场景，定义了多种帧类型。主要包括无条件帧、事件触发帧、零星帧（偶发帧）、诊断帧和保留帧。下面分别进行详细介绍：

1）无条件帧（Unconditional Frame）

无条件帧是LIN总线中最常用、最基本的帧类型。它的特点是：

• 使用频度最高，无任何发送条件限制；

• 帧ID范围：0到59（0x00~0x3B）；

• 通信方式：主节点发送报头，一个从节点负责响应，其他节点接收。如下所示：

无条件帧适用于节点之间周期性、确定性的数据传输，通信过程简单可靠。

2）事件触发帧（Event-triggered Frame）

事件触发帧的引入，主要是为了节省总线带宽，避免不必要的周期性查询。这里以一个例子来说明：假设车身控制模块（BCM，主节点）需要实时获取4个车门的状态信息。

此时，事件触发帧的响应可能出现以下三种情况：

这里需要注意2点：

• LIN 1.3版本在冲突发生时，不切换调度表，仍在原事件触发帧时隙内处理；

• LIN 2.0和LIN 2.1版本则在冲突发生时，主动切换至冲突处理调度表，分别单独请求每个车门状态，避免冲突再次发生。

3）零星帧（偶发帧，Sporadic Frame）

零星帧（也称偶发帧）的引入，同样是为了节省总线带宽，适用于主节点偶尔需要发送的控制指令。比如车身控制模块（BCM，主节点）需要控制4个车窗的升降，但通常不会同时控制多个车窗。如果采用传统方式，每次分别发送控制帧，会浪费大量带宽。而如果使用零星帧，主节点仅在需要时才发送偶发帧，控制对应车窗动作。这样，总线带宽得到有效利用，通信效率更高。

零星帧适用于主节点偶尔发送、非周期性控制指令的场景。

4）诊断帧（Diagnostic Frame）

诊断帧用于传输诊断或配置信息，通常用于节点初始化、故障诊断、参数配置等特殊场景。

• 帧ID：

• 主请求帧：0x3C（60）

• 从响应帧：0x3D（61）

• 数据长度：一般为8个字节；

• 通信方式：主节点发送诊断请求帧，从节点接收并执行诊断操作后，返回诊断响应帧。

诊断帧的使用，使得LIN网络具备强大的诊断和配置能力，便于系统维护和故障排查。

5）保留帧（Reserved Frame）

保留帧的帧ID为0x3E（62）和0x3F（63），在LIN 2.1规范中未明确定义其用途，留给用户自定义特殊功能，或用于未来LIN协议版本升级扩展。

#04

LIN总线的实现方式

LIN通信的实现可分为硬件和软件两个层面。

4.1. 硬件实现

LIN通信的基本硬件组成包括：

• 微控制器（MCU）：负责实现LIN协议栈，如帧的生成、发送与接收；

• LIN收发器：实现MCU与总线之间的信号转换；以下是各主流厂商中最常用的一款LIN收发器型号，经过优化整理，便于快速对比和选型：

• 总线线路：连接各节点，实现物理层数据传输。

4.2. 软件实现（基于AUTOSAR架构）

在AUTOSAR架构中，LIN通信的软件实现主要包括以下几个模块：

• MCAL层（Microcontroller Abstraction Layer）：包含LIN驱动，负责访问硬件并实现协议栈；

• LIN接口模块（LINIf）：提供统一接口，供上层模块与LIN总线交互；

• LIN传输层模块（LinTp）：负责数据打包与解包，处理帧格式、校验等；

• LIN网络管理模块（LinNM）：实现节点休眠与唤醒机制；

• LIN状态管理器（LinSM）：控制通信的启停，管理通信模式。

对于LIN通讯来说，软件主要要实现以下几个方面的内容：

• 首先是初始化，即系统启动时配置LIN模块，包括波特率、帧格式、校验方式等；

• 然后是报文的收发，对于报文发送，上层调用LINIf接口，LinTp打包数据，驱动发送帧；而对于报文接收，则是驱动接收帧并校验，LinTp解包后传递给上层；

• 接着是网络状态管理，这里需要LinSM与LinNM协同控制通信状态，比如休眠与唤醒；

• 最后是与诊断支持相关，需要通过诊断帧实现主机对从机的诊断与配置。

#05

总 结

LIN总线作为一种低成本、易于实现的通信协议，在汽车电子系统中发挥着重要作用。它通过简单的硬件结构和清晰的通信机制，实现了车身控制、空调、照明等系统的可靠通信。

本文从LIN的历史、特点、通信机制到实现方式，系统地介绍了LIN总线的基础知识。对于希望深入了解LIN协议的读者，推荐参考Vector的在线学习资源，进一步掌握LIN的高级应用与开发技巧。

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转载自公众号：汽车电子与软件

作者：糊涂振

原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/c-hOzfNsTs8XOwyeTbQpYg