局域互聯(lián)網(wǎng)(LIN)是一種低成本的嵌入式網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，用于連接智能設(shè)備。LIN最常見于汽車工業(yè)。

1. LIN概述
局域互聯(lián)網(wǎng)(LIN)總線是為汽車網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的一種低成本、低端多路復(fù)用通信標(biāo)準(zhǔn)。雖然控制器局域網(wǎng)(CAN)總線滿足了高帶寬、高級(jí)錯(cuò)誤處理網(wǎng)絡(luò)的需求，但是實(shí)現(xiàn)CAN的軟硬件花費(fèi)使得低性能設(shè)備（如電動(dòng)車窗和座椅控制器）無法采用該總線。若應(yīng)用程序無需CAN的帶寬及多用性，可采用LIN這種高性價(jià)比的通信方式。用戶可在最先進(jìn)的低價(jià)位8位微控制器中嵌入標(biāo)準(zhǔn)串行通用異步收發(fā)器(UART)，以相對(duì)廉價(jià)的方式實(shí)現(xiàn)LIN。

現(xiàn)代汽車網(wǎng)絡(luò)包含各類總線。例如，在主體電子設(shè)備的低成本應(yīng)用程序中使用LIN，在主流動(dòng)力系統(tǒng)和車身通信中使用CAN，而在先進(jìn)系統(tǒng)（如主動(dòng)懸掛）中的高速同步數(shù)據(jù)通信中使用新興的FlexRay總線。

LIN總線采用主/從方法，包含一個(gè)LIN主方和一個(gè)或多個(gè)LIN從方。

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圖1. LIN消息幀

消息標(biāo)題包含一個(gè)中斷（用于標(biāo)記幀的開始）和一個(gè)同步字段（供從節(jié)點(diǎn)同步時(shí)鐘）。標(biāo)識(shí)符(ID)包含一個(gè)6位消息ID和一個(gè)2位校驗(yàn)字段。ID表示特定的消息地址，而非目標(biāo)。接收并解碼ID后，從方開始消息響應(yīng)，該消息響應(yīng)包含1至8字節(jié)的數(shù)據(jù)以及一個(gè)8位校驗(yàn)和。

主方控制消息幀的排序，該排序在調(diào)度中是固定的。用戶可按需改變?cè)撜{(diào)度。

LIN標(biāo)準(zhǔn)更新過多個(gè)版本。1.3版本最終確定了字節(jié)層通信。2.0和2.1版本新增了更多消息規(guī)范和服務(wù)，但仍與LIN 1.3版本的字節(jié)層兼容。

API對(duì)該功能不提供原生支持，但用戶依然可實(shí)現(xiàn)該功能。

表1. LIN 1.3、2.0及2.1版本對(duì)比

2. LIN幀格式
LIN總線是一種輪詢總線，帶有一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備。主設(shè)備同時(shí)包含一個(gè)主任務(wù)和一個(gè)從任務(wù)。每個(gè)從設(shè)備僅包含一個(gè)從任務(wù)。LIN總線上的通信完全由主設(shè)備上的主任務(wù)控制。LIN總線上傳輸?shù)幕締挝皇菐繋址譃闃?biāo)題和響應(yīng)。標(biāo)題總是通過主節(jié)點(diǎn)傳輸，包含3個(gè)不同的字段：中斷、同步(sync)及標(biāo)識(shí)符(ID)。響應(yīng)通過從任務(wù)傳輸，可位于主節(jié)點(diǎn)或從節(jié)點(diǎn)中，包含一個(gè)數(shù)據(jù)載荷及一個(gè)校驗(yàn)和。

通常，主任務(wù)通過傳輸標(biāo)題，在循環(huán)中輪詢每個(gè)從任務(wù)。該標(biāo)題包含一個(gè)中斷-同步-ID序列。啟動(dòng)LIN之前，每個(gè)從任務(wù)被配置為根據(jù)接收到的標(biāo)題ID向總線發(fā)布數(shù)據(jù)或從總線訂閱數(shù)據(jù)。一旦收到標(biāo)題，每個(gè)從任務(wù)將驗(yàn)證ID校驗(yàn)，并檢查ID，以決定選擇發(fā)布或訂閱。若從任務(wù)需要發(fā)布響應(yīng)，將向總線傳輸1至8數(shù)據(jù)字節(jié)，后接1個(gè)校驗(yàn)和字節(jié)。若從任務(wù)需要訂閱，將從總線讀取數(shù)據(jù)載荷和校驗(yàn)和字節(jié)，并采取適當(dāng)?shù)膬?nèi)部動(dòng)作。

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)從至主通信，主方廣播標(biāo)識(shí)符至網(wǎng)絡(luò)，僅有一個(gè)從方響應(yīng)數(shù)據(jù)載荷。

主至從通信伴隨著一個(gè)主節(jié)點(diǎn)中的獨(dú)立從任務(wù)。該任務(wù)自我接收發(fā)布至總線的全部數(shù)據(jù)，并以獨(dú)立從節(jié)點(diǎn)的方式響應(yīng)。為了傳輸數(shù)據(jù)字節(jié)，主方必須首先根據(jù)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)值，升級(jí)其內(nèi)部從任務(wù)的響應(yīng)。接著，主方將發(fā)布合適的幀標(biāo)題，內(nèi)部從任務(wù)傳輸其數(shù)據(jù)載荷至總線。

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圖2. LIN消息幀

1. 中斷

每個(gè)LIN幀都以中斷作為開始，包含13個(gè)顯性位（額定），后接一個(gè)1位（額定）隱性中斷分隔符。中斷的作用是將幀的開始通知給總線上的所有節(jié)點(diǎn)。

2. 同步
同步字段是主任務(wù)在標(biāo)題中傳輸?shù)牡诙€(gè)字段。同步被定義為字符x55。同步字段允許進(jìn)行自動(dòng)波特率檢測(cè)的從設(shè)備測(cè)量波特率周期，并調(diào)節(jié)其內(nèi)部波特率，與總線進(jìn)行同步。

3. ID

ID字段是主任務(wù)在標(biāo)題中傳輸?shù)淖詈笠粋€(gè)字段。該字段識(shí)別網(wǎng)絡(luò)上的每條消息，并最終決定由網(wǎng)絡(luò)中的哪些節(jié)點(diǎn)接收或響應(yīng)每個(gè)傳輸。所有從任務(wù)連續(xù)監(jiān)聽ID字段、驗(yàn)證其校驗(yàn)，并決定其是否是該特定標(biāo)識(shí)符的發(fā)布者或訂閱者。LIN總線一共能提供64個(gè)ID。ID 0～59用于信號(hào)攜帶（數(shù)據(jù)）幀，60和61用于攜帶診斷數(shù)據(jù)，62預(yù)留給用戶自定義擴(kuò)展，63預(yù)留給未來協(xié)議升級(jí)。ID作為一個(gè)受保護(hù)的ID字節(jié)通過總線傳輸，低6位包含原始ID，高2位包含校驗(yàn)。

表2. 校驗(yàn)計(jì)算方法

4. 數(shù)據(jù)字節(jié)

從任務(wù)在響應(yīng)中傳輸數(shù)據(jù)字節(jié)字段。該字段包含1至8字節(jié)的載荷數(shù)據(jù)字節(jié)。

5. 校驗(yàn)和

從任務(wù)在響應(yīng)中傳輸校驗(yàn)和字段。LIN總線采用2個(gè)校驗(yàn)和算法之一，以計(jì)算8位校驗(yàn)和字段中的值。經(jīng)典校驗(yàn)和的計(jì)算方法是單獨(dú)累加數(shù)據(jù)字節(jié)，而增強(qiáng)校驗(yàn)和的計(jì)算方法則是累加數(shù)據(jù)字節(jié)及受保護(hù)的ID。

LIN 2.0規(guī)范將校驗(yàn)和的計(jì)算過程定義為：累加所有值，且當(dāng)總和大于等于256時(shí)減去255（與modulo-255或modulo-256不同）。根據(jù)LIN 2.0標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)典校驗(yàn)和用于LIN 1.3從節(jié)點(diǎn)，而增強(qiáng)校驗(yàn)和用于LIN 2.0從節(jié)點(diǎn)。該規(guī)范進(jìn)一步規(guī)定，ID 60～63應(yīng)該總是使用經(jīng)典校驗(yàn)和。NI LIN接口允許設(shè)置校驗(yàn)和類型為經(jīng)典或增強(qiáng)。默認(rèn)設(shè)置為經(jīng)典。根據(jù)LIN 2.0規(guī)范，無論如何設(shè)置校驗(yàn)和屬性，ID 60～63總是使用經(jīng)典校驗(yàn)和。

圖3顯示了主任務(wù)標(biāo)題和從任務(wù)響應(yīng)如何組合成一個(gè)完整的LIN幀。

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圖3. 創(chuàng)建LIN幀

3. LIN總線定時(shí)
由于LIN總線是輪詢總線，處理每幀分配的額定時(shí)間槽如下：

THeader_Nominal = 34 * TBit
TResponse_Nominal = 10 * (NData + 1) * TBit
TFrame_Nominal = THeader_Nominal + TResponse_Nominal
處理每幀分配的最大時(shí)間槽如下：
THeader_Maximum = 14 * THeader_Nominal
TResponse_Maximum = 1.4 * TResponse_Nominal
TFrame_Maximum = THeader_Maximum + TResponse_Maximum

4. LIN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及行為
LIN總線連接一個(gè)主設(shè)備（節(jié)點(diǎn)）和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備（節(jié)點(diǎn)），成為一個(gè)LIN簇。對(duì)應(yīng)的功能文件描述了該節(jié)點(diǎn)的行為。節(jié)點(diǎn)功能文件輸入系統(tǒng)定義工具，生成LIN描述文件(LDF)，描述整個(gè)簇的行為。系統(tǒng)生成器解析LDF，自動(dòng)生成目標(biāo)節(jié)點(diǎn)中的特定行為。此時(shí)，按照LDF中指定的方式，主節(jié)點(diǎn)主任務(wù)開始在總線上傳輸標(biāo)題，簇中的所有從任務(wù)（包括主節(jié)點(diǎn)自己的從任務(wù)）開始響應(yīng)。

總體來說，LDF用于配置及創(chuàng)建LIN簇的調(diào)度行為。例如，LDF定義了波特率、主任務(wù)傳輸標(biāo)題時(shí)的順序及時(shí)間延遲，以及響應(yīng)時(shí)每個(gè)從任務(wù)的行為。NI LIN硬件及用于LIN的NI-CAN幀API無法為LDF提供原生的完整支持，即用戶無法下載調(diào)度行為至硬件。但是，硬件提供了訪問總線的底層支持（寫入標(biāo)題及發(fā)布或訂閱作為響應(yīng)），用戶可在應(yīng)用程序?qū)觿?chuàng)建調(diào)度行為。正如在NI LIN響應(yīng)輸入幀類型的描述中所說，NI LIN硬件采用響應(yīng)隊(duì)列存儲(chǔ)從任務(wù)響應(yīng)。響應(yīng)隊(duì)列保留64個(gè)響應(yīng)，與每個(gè)為LIN指定的（最多64個(gè)）ID一一對(duì)應(yīng)。這將確保LIN接口的從任務(wù)可在LIN規(guī)范規(guī)定的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)響應(yīng)標(biāo)題。

用于LIN的NI-CAN幀API可通過一種穩(wěn)健的方式完成與LIN總線的底層交互。終端用戶可使用基本功能，開發(fā)復(fù)雜應(yīng)用程序，包括分析及原型化LIN網(wǎng)絡(luò)。用于LIN的NI-CAN幀API無法為LIN診斷或配置、LDF或調(diào)度表提供原生支持。但是，用戶可在采用用于LIN的NI-CAN幀API的應(yīng)用程序中實(shí)現(xiàn)這些任務(wù)。