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1、天津职业技术师范大学Tianjin University of Technology and Education汽车总线技术标准研究专 业： 自动化与电气工程学院 班级学号： 测控0601-22号 学生姓名： 指导教师： 二一年 六 月天津职业技术师范大学本科生毕业论文 汽车总线技术标准研究 专业班级：测控0601 学生姓名： 指导教师：系 别：自动化与电气工程学院 2010年6月摘 要随着现代汽车的迅猛发展和电子技术的日新月异，汽车电子设备不断增多，汽车综合控制系统也越来越复杂，传统的点对点控制己经远远不能满足汽车性能的提高、可靠性的增强、维修方便等设计要求。汽车网络总线的出现为这一系列问题
2、提供了有效解决的方法。 本文第一章简要分析了汽车电子技术的现状、研究背景和研究内容。通过分析可知，汽车电子技术的快速发展给汽车带来进步的同时，也带来了许多的负面影响，解决这一影响的方法是采用网络技术；第二章介绍了现代汽车网络技术的现状、类型等；第三章讨论了六种类型的汽车电子系统网络，对于每种类型的网络，都首先分析了其主要特点及其对通讯的特殊要求，然后针对如何适应该类网络的特点以及满足其通讯的特殊要求，介绍了该类网络最为重要的技术标准，最后将同类型的技术标准进行比较并分析了所建议采用的技术标准的优势。第四章剖析了CAN总线嵌入式组合仪表的硬件实现原理。关键词: 汽车电子；汽车网络；汽车网络标准；
3、CAN总线嵌入式组合仪表ABSTRACTWith the rapid development of modern cars and the ever-changing electronic technology, the growing automotive electronics, vehicle integrated control system is also more complex, the traditional point to point control has been far from satisfying the improvement of vehicle perfor
4、mance, reliability enhanced, easy maintenance design. Automotive network bus provides an effective solution for this series of problem. The first chapter show a brief analysis of the status of automotive electronic technology, the study background and contents. Analysis showed that the rapid develop
5、ment of automotive electronic technology to bring progress to the car, it also brought many negative effects, address the impact approach is to use network technology; The second chapter describes the status of modern automotive network technologies and types; the third chapter discusses the six typ
6、es of automotive electronics system net-work, for each type of network, are firstly analyzed their main characteristics and special requirements of communications, and for how to adapt to the characteristics of such networks and to meet their special requirements of communications, describes the mos
7、t important type of network technology standards, the final will compare the same type of technical standards and analyze the technical standards recommended by the advantages. The last chapter analyzes the hardware implementation principle of combination of instruments embedded about CAN bus. Key W
8、ords：Automotive electronic; automotive network; automotive network standard; CAN bus embedded combined instrument目 录第一章 概述11.1 研究的背景11.1.1 汽车电子技术发展概述11.1.2 问题的提出31.2 研究的目的和意义31.3 研究的主要内容4第二章 汽车网络技术概述52.1 汽车网络技术的发展历史52.2 汽车网络技术的作用52.3 汽车网络技术的特点62.4 汽车网络的拓扑结构62.5 汽车网络的类型82.6 汽车网络技术的发展趋势8第三章 汽车总线技术标准研究
9、103.1 LIN总线103.1.1 LIN的技术特点103.1.2 LIN的参考模型103.1.3 LIN的主要特点123.1.4 LIN的通讯机制及帧结构133.1.5 LIN的优势153.2 CAN总线153.2.1 CAN的技术特点163.2.2 CAN的参考模型163.2.3 CAN的主要特点163.2.4 CAN的通讯机制及帧结构193.2.5 CAN的优势233.3 MOST总线243.3.1 MOST的技术特点243.3.2 MOST的参考模型243.3.3 MOST的主要特点243.3.4 MOST通讯机制和帧结构253.3.5 MOST的优势263.4 TTCAN总线273
10、.4.1 TTCAN的技术特点273.4.2 基于CAN的时间触发操作273.4.3 参考时间与参考消息283.4.4 基本循环283.4.5 基本循环及其时间窗293.4.6 系统矩阵313.4.7 TTCAN的优势313.5 FlexRay和TTP协议32第四章 基于CAN总线的嵌入式汽车组合仪表的实现344.1 基于CAN总线的嵌入式组合仪表344.1.1 现有组合仪表的构成框架和实现原理344.1.2 总线式组合仪表的构成框架和实现原理354.1.3 总线式组合仪表的优势374.2 硬件实现384.2.1 接口定义394.2.2 内部实现40第五章 结论与展望44参考文献45附 录46
11、致 谢4767天津职业技术师范大学2010届本科生毕业论文第一章 概述1.1 研究的背景1.1.1 汽车电子技术发展概述 汽车的诞生至今已有一百多年历史，世界汽车一百余年的发展，历经了初创、发展、全盛、稳定、改组再发展等阶段。纵观近三十年来汽车技术方面的重大成就，几乎无一例外都是应用了电子技术的结果。当代汽车越来越广泛地采用电子信息技术，以提升汽车的性能和服务功能，满足人们各种办公和娱乐需要，使汽车从单纯的代步工具逐渐演变成“流动办公室”、“流动家庭”和“流动娱乐室”。当前的汽车电子产品中使用最广泛、占汽车电子产品50%以上的是娱乐和舒适性产品，诸如各种车载收放机、CD机、DVD机、车载电话、
12、导航设施，以及车身附件控制模块等，这些设施通常不涉及汽车基本功能，只是增加辅助功能而己，所以说成熟的家电产品都可以移植到汽车上。第二类电子产品是为了满足节能和环保的需要。这类电子产品的发展最快，技术含量高，个性化强，在每个车型上都不同，即使应用在同一车型，在不同的销售区域里由于驾驶习惯、道路条件、法规和能源政策的不同必须重新标定和匹配，各个供应商拥有各自专门的软硬件系统。第三类电子产品是为了满足车辆本身安全性的需求，包括主动安全和被动安全。这类产品是近年来迅速发展的领域，控制难度大，综合智能化更高而通用性好。第四类电子产品是以全电子化或机电一体化结构取代传统的汽车结构系统。如全电子转向系统，电
13、子控制悬挂系统，自动驾驶系统等。如图1-1所示为电子信息技术产品在汽车上的应用情况。 汽车电子技术的基础来源于半导体行业、软件行业、传感器、执行器等电子技术的发展。汽车电子技术行业的发展最终依赖于汽车工业的蓬勃发展以及汽车工业在工业领域中所处的地位。中国汽车市场已由潜在变为现实，中国汽车电子信息产品市场也随之迅速扩展，部分核心控制技术正逐步国产化。国际汽车电子技术正处于全面快速发展阶段，其特征体现在以下五个方面： 1、功能多样化。从最初的电子点火、电控燃油喷射发展到如今的各种控制功能，如汽油机缸内直喷、电控复合火花点火、智能电子气门、各种线控技术(x-by-wire)、主动和自适应悬挂、防撞防
14、盗系统等。 2、技术一体化。从最初的机电一体化到如今的机、液、电、磁一体化，如直喷式发动机电控共轨燃料喷射系统。 3、系统集成化。从最初的单一控制发展到如今的多目标、多变量综合协调控制，使之更经济有效。从传感器到控制器包括布线都越来越集成化，把几项功能集成在一起。比较典型的是车身控制模块，取代了电动玻璃升降器、中控门锁、防盗、雨刮、内外灯、电动座椅调节、后视镜调节和加热、转向指示等单项控制功能。又如将发动机与变速器控制集成为动力总成控制系统。图1-1 电子信息技术产品在汽车上的应用情况 4、通信网络化。从最初的多子系统分别工作到如今的分布式模块化控制器局部网络，如以CAN总线为基础的整车信息共
15、享的车载分布式控制系统，以D2B (Domestic Digital Bus)无线通信为基础的远程高频网络通信系统。图1-2为通讯和电子智能化技术在汽车上的应用趋势。5、技术标准化。由博世公司提出的控制器局域网CAN (Controller Area Network)己经成为国际标准(IS011519和IS011898)，并产品化，而且在欧洲生产的汽车上获得广泛应用。汽车上电子装置的急剧增加和信息相互传送的网络化提出了嵌入式操作系统的需求，由法德两国汽车行业所倡导的OSEK(Open Systems and the Corresponding Interfaces For Automotive
16、 Electrics)技术是针对符合汽车电子开放式系统及其接口的软件规范所研发的嵌入式实时操作系统。OSEK规范从实时操作系统和软件的开发平台两方面作了全面的定义和规定并日趋完善，在国际汽车电子领域影响力日益增强，将成为未来汽车电子行业嵌入式操作系统的技术标准，广泛被采用。图1-2 通讯和电子智能化技术在汽车上的应用趋势 总之，电子信息技术的应用使汽车的性能得到极大提高，并使汽车结构发生根本性的改变。1.1.2 问题的提出 汽车行业正日渐成为电子技术最密集的领域之一。据统计，近年来汽车电子设备的使用量大约每年以6%的速度增加。一方面，汽车电子技术发展使汽车的环保性安全性和舒适性得到了很大提高。
17、另一方面，电子设备的大量应用，必将导致车身布线庞大复杂、安装空间紧缺、运行可靠性降低、故障维修难度增大。如果采用常规电控布线方式，电线一端与开关相连，另一端与用电器相连，那么一根线束包裹着几十根电线的现象是很普遍的。汽车电子技术的发展给汽车带来竞争力的同时也给汽车设计带来了困惑。在现代汽车设计中，汽车作为一个整体系统，如何提高其使用体积、减轻整车质量和节省导线是一个值得研究的问题。如果能把计算机网络总线技术应用于汽车电器与电子控制系统，就能有效解决这些问题。1.2 研究的目的和意义 汽车网络总线技术能提高汽车中各种信号的利用率，大批的数据信息能在不同的电子单元中共享，汽车综合控制系统中大量的控
18、制信号能得到实时交换，在一条数据线上传递的信号可以被多个系统共享，这就最大限度的提高了系统的整体效率，充分利用了有限的资源与空间。例如常见的电脑键盘有104位键，可以发出百多个不同的指令，但键盘与主机之间的数据连线却只有7根，键盘正是依靠这7根数据连线上不同的电平组合(编码信号)来传递信号的。如果把这种方式应用在汽车电气系统上，就可以大大简化目前的汽车电路。如果通过不同的编码信号来表示不同的开关动作，当这些信号通过网络传输到目的地解码后，系统根据指令接通或断开对应的用电设备。这样，就能将过去一线一用的专线制改为一线多用制，大大减少了汽车上电线的数目，缩短了线束的直径、减轻了汽车质量，从而使得汽
19、车这一系统得到不断完善和优化，在市场中具有更高的竞争力。 如果汽车上采用网络技术将会给汽车产业或汽车带来如下有益之处： 1、节省大量的有色金属。原先要用多根动力线控制的用电器，改用网络总线传输系统以后，仅用一根动力线即可，导线长度至少节省50%以上。 2、扩展方便。传统供电系统线束品种多，给组织生产和仓库管理带来了不便。改用网络总线传输系统以后，线束只有长度的区别和控制软件的差别，对硬件的生产带来了极大的方便。增加用电器不必增加动力线、重新设计线束，只要把线束延长即可，即方便，又经济。 3、提高了驾乘人员的安全性、舒适性。网络传输系统的快速、适时，可让驾驶人及时了解汽车的状态，同样也使各控制单
20、元适时得到信息、处理信息、控制执行器工作。 4、提高了电子控制系统的稳定性，简化了汽车故障诊断和维修。 虽然汽车网络技术己经得到较广泛的应用，但从进一步的需求来看还有很多工作要做。目前尚没有满足成本低、性能可靠、具有容错能力、时间特性好和可扩展性好的汽车网络系统。由于汽车上网络应用的层次和目的变化很大，而不同的层次或目的对网络性能的要求有很大差异。汽车本身对价格又非常敏感，如果用性能高的网络系统覆盖低层次的应用，则成本上无法接受。如果以车上各个控制系统的特点匹配不同层次的网络标准，就能解决汽车网络技术与成本的矛盾。1.3 研究的主要内容 1、通过简述汽车电子技术的现状得出汽车网络技术是汽车电子
21、技术发展的必然趋势。 2、深入研究当今汽车网络技术，分析汽车中各电子控制系统的信息传递、信息处理、信息需求，再对汽车网络各种协议处理信息的能力、成本的高低进行比较，对汽车网络结构，技术特点，参考模型，通讯机制进行研究，总结没种总线各自的优势。3、 针对各种总线网络，对CAN总线在嵌入式组合仪表的硬件实现进行研究。第二章 汽车网络技术概述 电子技术的迅速发展并在汽车上的广泛应用使得汽车电子化程度越来越高，特别是微机控制器进入汽车领域后，给汽车带来了划时代的变化。汽车电子设备的应用不断增多的同时也导致了汽车布线越来越复杂，电气设备运行可靠性降低，故障维修难度增大等问题。为了提高信号的利用率，大批数
22、据信息能在不同的电子控制单元中共享，汽车综合控制系统中大量的控制信号能实时交换，人们选择了网络技术。2.1 汽车网络技术的发展历史从1980年起，汽车内就开始安装使用网络，图2-1所示为汽车网络发展过程。 早期的汽车网络中，通用网络标准并未得到广泛的认同和应用，汽车制造商通常利用自己制定的电路和通用异步收发器(DART)设备来实现简单的串行通信。由于没有统一标准，各汽车制造商都有一套独立定义的接口规范和专门的供应商。这样，供应商虽然纵向紧密地与汽车制造商合作，但却缺乏与其他汽车制造商的横向联系，导致生产的同类产品不能兼容互换。采用标准化网络技术以后，各供应商按照统一的标准生产零部件，提高了同类
23、产品的兼容性和互换性。从而汽车制造商就可以委托任意一家合格的供应商开发符合标准的模块。国际著名汽车制造商和零部件供应商于1980年代就致力于汽车网络技术的研究与应用，迄今为止已经推出多种网络标准，如J1850，VAN，CAN，ABUS等。在各种汽车网络中，CAN以其独特的设计，优异的性能和极高的可靠性得到了最为广泛的应用。2.2 汽车网络技术的作用 目前汽车电子控制己经从初期的“电子替代机械”阶段过渡到“独立”系统的精确量化反馈控制阶段，并朝着“多目标综合控制和智能化控制”的方向发展，即把整体上相关、功能上相对独立而位置上分布安装的电子系统或装置组成一个协调控制的综合系统。为了实现多目标的优化
24、控制，进一步全面提高汽车的整体性能，根据智能化的要求和综合协调控制的特点，综合控制系统将更多地依赖系统内、外部信息的获取，这要求互相独立的电子系统和装置间进行数据交换和信息传递。因此，现代汽车采用网络技术解决分布式控制是一种必然，使用汽车网络不仅可以减少线束，而且能够提高各控制系统的运行可靠性，减少冗余的传感器及相应的软硬件配置，实现各子系统之间的资源共享，便于集中实现各子系统的在线故障诊断。如图2-1所示为汽车网络的作用。2.3 汽车网络技术的特点 汽车是应用环境很差的设备，所有的道路、电磁及气候环境汽车都有可能遇到。根据汽车的这些使用要求和使用环境，汽车上的系统设计应当考虑到温度、振动、电
25、磁兼容、高可靠性等。车上网络系统不但要满足以上条件，还应当考虑下列因素： 1、节点与总线的连接接头的电气与力学特性以及连接头数量。 2、网络系统和应用系统的评估与性能检测方法。 3、容错与故障恢复问题。 4、实时控制网络的时间特性。 5、安装与维护中的布线。 6、网络节点的增加与软硬件更新(可扩展性)。汽车网络系统要求可靠、廉价、与应用系统一体化、线路简单和实时性好等，其特点是范围小、节点少，多数应用要求的传输速度不高。 图2-1 汽车网络技术的作用2.4 汽车网络的拓扑结构汽车网络拓扑结构常见有星型、总线型和环型网络如图2-2所示。 1、星型拓扑星型拓扑中，每个站点通过点一一点连接到中央节点
26、，任何两站之间的通信都通过中央节点进行。星型拓扑采用电路交换，一个站点的故障只会影响本站，而不会影响到全网。但是在这种结构中，通信极大地依赖中央节点，对中央节点的可靠性和容量要求很高;另外每个站点都要同中央节点连接，耗费大量电缆。 图2-2 网络拓扑结构 2、总线型拓扑 总线型拓扑采用单一信道作为传输介质，所有站点通过相应硬件接口接至这个公共信道(总线)上，任何一个站点发送的信息，所有其他站都能接收。因此，总线型拓扑称为多点式或广播式。信息也是按组发送，达到各站点后，经过地址识别(滤波)，符合的站点将信息复制下来。由于所有节点共享一条公共信道，当多点同时发送信号时，信号会相互碰撞而造成传输失败
27、，这种现象称为冲突。为了避免冲突，每次只能由一个站点发送信号，因此，必须有一种仲裁机制来决定每次由哪个站点使用信道，这是属于数据链路层的任务。总线网中通常采用分布式的控制策略，如CSMA/ CD协议就是常用的规范。 总线拓扑的优点是，所需电缆长度短，布线容易。缺点是系统范围受到限制(由于数据速率和传输距离的相互制约关系)。一个站点的故障可能影响整个网络，故障的检测需要在各站点上进行。 3、环型拓扑 在环型拓扑中，站点和连接站点的点对点链路组成一个闭合环路，每个站点从一条链路上接收数据，然后以同样的速率从另一条链路发送出去。链路大多数是单方向的，即数据沿一个方向在网上环行。 环型拓扑也同总线拓扑
28、一样，存在冲突问题，必须采用某种控制机制来决定每个站点在什么时候可以将数据送到环上。环型网络通常也采用分布式控制策略，这里主要包含一种特殊信息帧一一“令牌”。环型拓扑的优点是，所需介质长度较短；它的链路都是单方向性的，因而可以用光纤作为传输介质。环型拓扑的缺点是，一个站点的故障会引起全网的故障。2.5 汽车网络的类型汽车网络技术从二十世纪八十年代提出以来，至今存在许多侧重功能不同的汽车网络标准，为方便研究和设计应用，二十世纪九十年代中期SAE(Society of Automotive Engineer)把车用网络分为A，B，C，D，E等类型，其中，A类网为面向执行器、传感器的低速网络，LIN
29、，TTP/A为其主流协议；B类网为面向数据共享的中速网络，其主流协议将是CAN (ISO 11898-3)，SAE J1850，VAN等协议。C类网为面向实时控制的高速网络，其主流协议为高速CAN (IS011898-2)，TTP/C (Time-Triggered Protocol)，Flex Ray等协议；D类网主要面向多媒体、导航系统等。目前该类网络的主流协议为：D2B(Domestic Digital Bus)、MOST(Media Oriented Systems Transport)；E类网是面向乘员安全系统的网络，主要应用于车辆被动安全性领域，该类网络的协议有Byteflight
30、tlol等。如表2-1所示。表2-1 SAE的汽车网络分类网 络分 类 位传输速率 应用场合 A低速，小于10kbps应用于只需传输少量数据的场合，如控制行李箱的开启和关闭 B中速, 10-125kbps应用于一般的信息传输场合，如仪表 C高速，125-1Mbps应用于实时控制的场合，如动力系统 D高速，大于1Mbps应用于更严格的实时控制场合和多媒体控制 E高速，大于5Mbps应用于车辆被动安全性领域，如乘员的安全系统2.6 汽车网络技术的发展趋势 1、在汽车中应用迅速普及短短几年内，汽车网络技术的发展速度令人瞳目结舌。从目前情况看，世界各大汽车公司的车身网络控制和动力系统网络控制技术平台均
31、己基本建立，在新推出的车型中，全面采用网络控制技术己成为可能。可以断言，近几年内网络技术在汽车中的应用将会迅速普及。 2、高速、实时、容错的网络控制技术线控概念(x-by-wire)是一种新的汽车工程概念，目前已有使用线控系统的概念车出现。x-by-wire技术在未来将是十分重要的技术，该技术极大改善了汽车的可操纵性、安全性、设计的灵活度及总体结构。驾驶员和方向盘之间将没有任何机械部分的连接，使用这种技术使汽车的操纵系统、制动系统及其它辅助系统能够通过电子方式进行控制，这就是说，象汽车内的刚性传动件将会被基于网络控制的各种传感器、控制器和电液式电动执行器所组成的线控系统取而代之。x-by-wi
32、re技术必将促进高速、实时、容错网络通信技术的发展。 3、丰富的软件设计未来汽车将成为软件产品，此断言可能是一种幻想，因为现在无法想象除了机械之外，还有什么能使汽车运动、关闭车窗和天窗、打开气门或电动机。然而，这说明在未来的汽车中软件主导硬件的趋势是不可避免的，软件在汽车设计中已无处不见，可以说未来汽车市场竞争的热点之一就是软件的竞争。 4、统一网络协议目前在汽车行业中存在许多网络通信协议，由于缺乏全世界统一的标准，实际上提高了汽车的制造成本。虽然建立一个统一的汽车网络协议体系是一件十分复杂和困难的工作，但在汽车制造商和供应商之间已逐渐对这一问题达成一致：A类网络使用LIN；B类网络使用低速C
33、AN；C类网络使用高速CAN已作为事实上的统一标准；在采用x-by-wire技术的下一代汽车中，TTP或者FIexRay协议将是一种必然的选择。可以预见，在不久的将来，各类网络标准将被合并成为一个。若真的形成这种天下一统的局面，那么汽车及其相关工业将受益匪浅，从而大大加快汽车技术的发展。 第三章 汽车总线技术标准研究 据我们统计，可获得的文献中涉及的汽车总线技术标准有42种，其中分布式网络部分列出的为汽车总线技术标准，表3-1中对这些技术标准的细节进行了比较。3.1 LIN总线3.1.1 LIN的技术特点LIN(Local Interconnect Network)是一种低成本的串行通讯网络，
34、用于实现汽车中的分布式电子系统控制。LIN的目标是为现有汽车网络提供一种低速总线技术标准，它能满足CAN总线所不要求的带宽和功能，比如传感器和执行器的通讯，使用LIN总线可大大节省成本。在使用LIN总线的网络中，电控单元的集成是将汽车上分布的智能ECU连成一个局部网络，如将门上的电动窗、集控门锁、电动后视镜连成一个局部网络，然后再通过网关将这个网络挂接到车辆的主体网络中去。LIN的标准简化了现有的基于多路解决方案的低端SCI，同时降低了汽车电子装置的开发、生产和服务费用。LIN的开发应用速度很快，这是因为其开发环境简单，可以利用C或者C+进行编程，系统连接也不繁琐，且网络性能优良，稳定性好。L
35、IN技术规范中，除定义了基本协议和物理层外，还定义了开发工具和应用软件接口。因此，从硬件、软件以及电磁兼容性方面来看，LIN保证了网络节点的互换性。这极大地提高了开发速度，同时保证了网络的可靠性。LIN采用低成本的单线连接，传输速度最高可达20Kb/s，对于低端的大多数应用对象来说，这个速度是可以接受的。LIN通讯是基于SCI(UART)数据格式，它的媒体访问采用单主控制器/多从设备的模式，不需要进行仲裁，同时在从节点中不需要晶体振荡器而能进行自同步，这极大地降低了硬件平台的成本。3.1.2 LIN的参考模型LIN仅包括OSI参考模型中的最低两层，即数据链路层和物理层。数据链路层又分为两个子层
36、：逻辑链路子层和介质访问子层。LIN在逻辑链路子层中完成接收滤波、通讯恢复管理、时基同步、信息有效性管理的任务；在介质访问子层中完成对数据的封装和拆装、错误的监测和标记、串并行转换的功能。物理层完成通过、位定时以及总线驱动的功能。 根据OSI参考模型的LIN分层结构在图3-1中显示。1、物理层定义了信号如何在总线媒体上传输，并且定义了物理层的驱动器接收器特性。表3-1 主要汽车总线技术标准的比较 协议制定者应用 传输 介质介质访问方式错误检测方法数据段长度最高传输速率ABUS大众控制单根线争用比特校验16位500kb/sACP福特音频双绞线CSMA/CA校验和64位9.6kb/sAUTOLIN
37、控制双绞线主/从循环冗余校验0-644Mb/sBEAN丰田控制单根线带冲突检测的载波侦听多路访问循环冗余校验8-8810kb/sCAN博世控制双绞线争用循环冗余校验0-644Mb/s CCD 克 莱 斯 勒传感器多路复用双绞线CSMA/CR循环冗余校验不限7.8kb/s CSC 克 莱 斯 勒传感器多路复用双绞线查询/寻址循环冗余校验1位1kb/s D2B光芯片协会音频/视频光纤争用不祥不祥12Mb/s DAN阿尔法罗密欧仪表盘双绞线主/从循环冗余校验8位9.6kb/s DSI摩托罗 拉传感器多路复用双根线主/从循环冗余校验16位5kb/sIVMS日产控制双绞线查询奇偶校验16位27.8kb/
38、sJ1850PWMSAE控制双根线CSMA/CR循环冗余校验8-6441.6kb/sJ1850VPW SAE控制单根线CSMA/CD循环冗余校验8-6410.4kb/sJ1939 SAE控制双绞线争用循环冗余校验0-641Mb/sMML德福尔多媒体光纤主/从不祥2048110Mb/sMOSTOasis多媒体光纤不祥不祥不祥25Mb/sPALMNET马自达控制双绞线争用循环冗余校验32/641Mb/sTTPTT技术实时控制双通线时分多路访问循环冗余校验1282/4LINLIN协会传感器单根线主从校验和820kb/sVAN雷诺&标致控制双绞线争用循环冗余校验0-64250kb/s 2、MAC媒体访
39、问控制子层是LIN协议的核心，它管理从LLC子层接收到的消息也管理发送到LLC子层的消息，MAC子层由故障界定这个管理实体监控。3、LLC逻辑链路控制子层涉及消息滤波和恢复管理的功能。 数据链路层逻辑连炉子层接收滤波恢复管理时基同步消息有效性媒体访问控制子层数据封装/拆装错误检测出错标定串行化/解除串行化 物理层位定时位同步驱动器/接收器同步 系统同步 故障界定 总线故障管理 图3-1 LIN的OSI参照模型3.1.3 LIN的主要特点 1、单主多从，配置灵活的网络结构 LIN网络的拓扑结构为总线型，网络中只有一个主节点，其余均为从节点。主节点控制整个网络的通信，网络中不存在冲突，不需要仲裁。
40、整个网络的配置信息只保护在主节点中，从节点可以自由的接入或脱离网络而不会对网络中的其他节点产生任何影响。网络中的节点数不仅受标识符场长度的限制，而且还受总线物理特性的限制。实际应用中LIN网络中挂接的节点数不高于12个。 2、单线传输，速率最高达20kbps LIN单线传输最大距离不超过40m，最大波特率受EMI的限制最高达20kbit/s，受网络传输的超时限制，最小为1 kbit/s。这一速度能满足多数智能传感器和执行器的通信要求。 3、可保证的信号传输最大延迟 通讯时不会产生冲突，无需仲裁，故网络的最大传输延时能通过计算准确得出，从而为可靠通讯提供保障。 4、从节点的时钟同步不需要内部石英
41、或陶瓷振荡器 由于通讯速率不是很高，网络中从节点可以利用主节点发出的同步场进行同步而不需要从节点内的石英或陶瓷振荡器。5、低成本的硬件接口 低成本及使用最为普遍的硬件接口是LIN最初开发的主要目标之一。LIN的物理层采用普遍的SCI/UART标准硬件接口，并通过总线收发器连接至LIN网络。由于大多数单片机中都含有SCI接口，因此网络中的从节点可以由廉价的单片机来开发，这样就降低了整个网络的成本。6、可变长度的信息帧 LIN信息帧中的数据场长度可变，可以选择为2、4、8个字节。7、故障检测 LIN网络中的节点具有区分短暂干扰和永久故障的能力。睡眠和唤醒网络空闲时，主节点发出睡眠命令使整个网络进入
42、睡眠。睡眠命令只能由主节点发出，网络中任何的一个节点都可以发出唤醒信号来唤醒整个网络。3.1.4 LIN的通讯机制及帧结构LIN网络中每个节点都含有一个称为Slave task的模块，Slave task又分为发送和接收两个任务模块，此外主节点中还包含一个master task模块，如图3-2所示。 主节点 Master task Slave task 从节点 Slave task 从节点 Slave task LIN BUS 图3-2 LIN的通讯机制 LIN网络中的所有通讯都是由master task来发起的。Master task发出帧头来启动网络中的通信，帧头包括3部分：同步间隙、同步
43、场和信息标识符。所有节点的slave task(包括主节点)都接收响应，而由用户程序最终决定信息是否有用。针对每一个标识符只有一个节点发出响应。信息标识符标识信息的内容不是目的地址，这一特点使得网络中的数据交换能以多种方式进行：主节点既可以与每一个节点进行单独的通信(上载和下载数据)，也可以进行网络广播，从节点与从节点间的通信可直接进行，而不需要通过主节点进行数据交换。消息传输是由消息帧的格式形成和控制，消息帧由master task向slave task传送同步和标识符信息，并将一个slave task的信息传送到所有其他slave task。Master task位于主机节点内部，它负责消
44、息的进度表、发送消息头。Slave task位于所有的(即主机和从机)节点中，其中一个(主机节点或从机节点)发送消息的响应。一个消息帧由一个主机节点发送的消息头和一个主机或从机节点发送的响应组成(如图3-3所示)。帧的消息头包括一个同步间隔场(Synch Break Field)、一个同步场( Synch Field)、和一个标识符场。消息帧的响应则由3个到9个字节场组成：2、4或8字节的数据场(Data Field)和一个校验和场(Checksum Field)。字节场由字节间空间分隔，消息帧的消息头和响应是由一个帧内响应空间分隔)最小的字节间空间和帧内响应空间是0。图3-3 LIN的消息结构 帧头由主节点中的master task发出，用于从节点的同步和信息标识。同步场由5个下降沿构成；标识符场为一个字节，其中03位为信息类别标识，45位为信息长度标识，67位为奇偶校验。响应由Slave task发出，由可变长度的数据场和校验场构成。帧头与响应间以及帧内部均有间隙，间隔的大小没有具体规定，但要符合信息帧的最大长度要求。LIN协议1.