汽车网络技术LINTTCAN.ppt

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1、汽车网络技术汽车网络技术第3章 上海电机学院09车辆工程专业总线两种触发方式概述总线两种触发方式概述l总线及协议共分为两种基本类型：事件触发方式和时间触发方式。基于事件触发方式的协议主要包括由德国 Bosch 公司制定的CAN（Controller Area Network）总线及其协议。l随着整车的安全性能要求越来越高，以时间触发方式为核心，提出了新的总线及协议，其中具有代表性的三种总线及协议分别为：Time-Triggered CAN(TTCAN)、TTP 和 FlexRay。时间触发方式总线的产生背景时间触发方式总线的产生背景l汽车中的X-by-wire（线控系统）是未来汽车的发展方向，

2、许多汽车制造商在他们最新的车型中已经使用了一些 X-by-wire 系统，该技术基本思想就是用电子控制系统代替机械控制系统，减轻重量提高可靠性，使得整车更简单并易于维护，其中 X 代表油门、制动、方向等操作，例如电子加速踏板、电子制动、电子方向控制等等，该系统对网络的实时性要求非常高，传统的 CAN 总线技术很难满足其苛刻的要求。事件触发方式事件触发方式l网络中所有活动都是由事件的发生所引起的，但是事件的产生是随机的、偶发的，何时会有一个事件触发是不可预知的，这就很可能导致网络中的事件之间发生冲突。CAN 总线就是一个基于事件触发协议的通讯总线。事件触发方式事件触发方式的缺点的缺点l由于该协议

3、机制本身缺乏决定机制、同步和容错等特征，网络中的事件间的冲突会导致整个网络的实时性降低，因此，事件触发机制并不适用于对安全要求非常苛刻的硬实时系统。l对于实时性和可靠性要求非常苛刻的硬实时系统还是有赖于基于时间触发方式的总线及协议的发展。事件触发方式事件触发方式的缺点（续）的缺点（续）l在最差条件下存在着传输不可预知、容错能力差、低优先级消息容易被阻塞、总线负荷不平均等不足。尤其是当系统进发消息较多，即在小时间间隔中出现较多的连续消息时，某些低优先级的消息会由于高优先级消息长时间占用总线而被阻塞，使得整个系统性能遭到破坏。事件触发方式事件触发方式的优点的优点l它有额外开销小和实现简单。l采用固

4、定优先级调度算法：标识符ID值的大小确定节点的优先级。例如，CAN总线ID的值为0，其优先级最高。ID值越大，其优先级越低。时间触发方式时间触发方式l基于时间触发方式的协议是基于时间触发结构而产生的。所有节点根据时间同步化，每一个在网络上的活动都打上了时间标记。系统中的任务根据工作之前制定的时间表分配好了相应的总线时间，因此，在采用时间触发方式通讯 的总线网络中，节点都按照事前制定的静态调度时间表（又称为矩阵周期）完成任务，节点总按照相同的顺序传送消息。时间触发方式（续）时间触发方式（续）l静态调度表被下载到各节点的控制器中，通信系统的分支系统只需知道何时传送一条消息以及何时在总线上的一条消息

5、对自己是有用的。时间触发结构的主要优点之一是组合能力，这使得将一个新的部分整合到系统中时能够减少对新的部分的测试，这是设计对安全性要求苛刻的系统时的关键因素。TTCAN（Time Triggered communication）TTCAN的提出基于事件触发的CAN总线系统采用媒体访问控制的仲裁机制，该机制能够保证具有高优先级的消息首先访问总线，即使其他节点所发送的消息试图访问媒体，也不会对先前的消息产生破坏。存在的问题：较低优先级的消息对媒体的访问存在延迟；最高优先级别的消息对媒体的访问也会存在延迟；节点信息的发送时间不确定。目的：为了避免延迟存在；确保消息以确定性的通信模式在总线上传输；有效

6、的利用CAN总线的物理带宽 TTCAN是CAN总线标准的扩展，是建立在标准CAN上的高层协议TTCAN（Time Triggered communication）lCANCAN采用的采用的非破坏性总线仲裁技术非破坏性总线仲裁技术，本质上属于以，本质上属于以事件触发的通信方式事件触发的通信方式l其通信具有某种程度的非确定性，无法从根本上保证数其通信具有某种程度的非确定性，无法从根本上保证数据的实时传输据的实时传输l基于基于CANCAN的的时间触发时间触发的通信协议，保证网络调度具的通信协议，保证网络调度具有确定性、实时性有确定性、实时性l为满足汽车控制网络数据通信的实时性要求而开为满足汽车控制网

7、络数据通信的实时性要求而开发了如发了如TT-CANTT-CAN、FTT-CANFTT-CAN等等l能及时传送控制网络的各种数据能及时传送控制网络的各种数据TT-CAN（Time Triggered communication on CAN）lTT-CANTT-CAN是对是对CANCAN扩展而形成的实时控制协议扩展而形成的实时控制协议l在在CANCAN的物理层和数据链路层上添加了一个的物理层和数据链路层上添加了一个会话层会话层lTT-CANTT-CAN已被国际标准化组织接收为已被国际标准化组织接收为ISO11898-4ISO11898-4规规范范lISO11898-4ISO11898-4规定了规

8、定了两两种种TT-CANTT-CAN：l基于时间主节点（基于时间主节点（Time masterTime master）的时间触发）的时间触发CANCAN协议。协议。l建立全局同步时基（建立全局同步时基（Time baseTime base）的时间触发）的时间触发CANCAN协议。协议。TT-CAN（Time Triggered communication on CAN）l基于时分多路访问(TDMA)，将消息的传输分配在特定的时间窗口内完成。l网络中各个节点达到一定精度的时钟同步，这就要求每个节点均有一个各自的本地时钟（local time），时间主节点发送特定 ID 的参考消息实现各节点的时钟

9、同步，即以系统的全局时钟统一校时。l实现各节点的时钟同步，即网络各节点每收到一次参考消息，各节点本地时钟被同步一次；在时钟同步的基础上，各节点按照系统同步时间通讯表（以下简称系统矩阵）的调度安排，在规定的时间窗内完成相应的任务，从而实现周期性地传输消息。TTCAN 总线的时间特性图总线的时间特性图CAN 总线时间特性图的专业术语总线时间特性图的专业术语l截止时间Di：是指一个消息被正确传输和接收的最大允许时间,超过此时间它就失去了意义。消息的截止时间小于消息周期。l消息周期Ti：指前一个消息发送到下一个消息发送之间的间隔。l最糟糕响应时间Ri：从该消息进入发送节点排队窗口到该消息被目的节点正确

10、接收所用最长时间。CAN 总线时间特性图的专业术语总线时间特性图的专业术语（续）（续）l排列抖动时间Ji：消息产生到达排队窗口的延时时间。l最大传输时间Ci：一个消息在总线上传输所需最大时间。l等待时间ti：消息进入队列到被发送出去的最大延时。消息的可调度性消息的可调度性l一个进入排队窗口的消息必须在下一个消息到来之前发送出去，如果消息没有及时传送出去会被下一个周期的该消息所覆盖。l消息i 的最糟糕响应时间Ri 与抖动时间J i 之和要小于该消息的周期值。即 Ri+JiTi以及RiDi基于时间触发机制的固定优先级调度基于时间触发机制的固定优先级调度(T T2FPS)算法算法。l系统的所有消息满

11、足不等式：(Ri+J i)Di Ti 即最糟糕响应时间Ri 与抖动时间J i 之和要小于截止时间Di，同时截止时间Di要小于消息周期Ti。TT2FPS 算法的原理算法的原理l在系统运行之前,按照系统消息的截止时间用基于表的静态调度算法，将各个消息分配到矩阵周期中的各个基本周期中，如下图所示。TT2FPS 算法的原理（续）算法的原理（续）l每个消息按照截止时间单独调用(DM)算法分配消息的优先级（默认为消息的截止期小于消息周期）。l系统运行时，以主节点发出的同步信号（参考消息）作为基本周期的起始，被规划在同一基本周期内的消息同时发送，并按CAN 总线的自身仲裁机制传输。矩阵周期的定义矩阵周期的定

12、义l矩阵周期（Matrix Cycle）由多个基本周期（Basic Cycle）组成，一个基本周期对应矩阵周期的一行，矩阵周期的整个长度被称为一个矩阵周期。l每个基本周期又由多个时间窗组成，并且处于同一列的时间窗构成了系统矩阵的列。每个基本周期的时间窗组成可能不同，各时间窗的长度及所完成的任务也可能不同，但同一列的各个时间窗的长度应当相同。矩阵周期的定义矩阵周期的定义l可见，规划在一个基本周期同一列的所有消息被同时发送，当然，一个基本周期的所有消息也有可能部分发送，这要根据事件性质来确定。TTCAN的矩阵周期的矩阵周期l根据ISO11898-4 标准，TTCAN 协议下的矩阵周期应当由2n(n

13、=0、1、2、3、)个基本周期组成，当 n=0 时，该矩阵周期即为单行矩阵。矩阵周期中每个基本周期由同步信号（也叫参考消息，下同）开始，到下一条同步信号结束，并且每个基本周期中的同步信号需要反应出该基本周期在矩阵中所处的行数。TTCAN的矩阵周期传送示意图的矩阵周期传送示意图一个矩阵周期的长度可以选择为所有消息发送周期的最小公倍数或者最小公倍数的整数倍。TTCAN的矩阵周期传送示意图的矩阵周期传送示意图TTCAN 消息和时间窗的类型消息和时间窗的类型l在 TTCAN 网络中，从消息的实时性要求来分，总线上所传输的消息分为两种类型：周期型消息和非周期型消息。TTCAN的周期型消息的周期型消息l周

14、期型消息是指具有固定的发送周期，对实时性的要求较高，对系统而言比较重要的消息；周期型消息采用时间触发的方式进行发送，并且在规定的时间段内只允许发送一条该消息，不与总线上的其他消息因为争夺总线的使用权而发生冲突。TTCAN的非周期型消息的非周期型消息l非周期型消息指的是对实时性要求不高，没有规定发送周期的消息；与 CAN 总线的仲裁机制相同，TTCAN 网络中的非周期型消息在规定的时间段内需要与其它的非周期型消息互相竞争，争夺总线的使用权。时间窗类型时间窗类型l时间窗共分三种类型：独占窗、仲裁窗和自由窗。l独占窗主要用于周期型消息的发送，并且只允许一个节点发送一条周期型消息。l仲裁窗对应的时间段

15、内允许多个节点发送多条非周期型消息，通过 CAN 总线的“逐位仲裁”机制决定最终由一个节点发送消息。l自由窗作为系统扩展时使用。（保留窗）时间窗的分配原则时间窗的分配原则l在对消息分配独占窗的过程中，应当先安排周期短的消息，然后考虑周期长的消息，剩下的时间窗则可用作仲裁窗来发送事件触发的消息，将所有的消息都安排好时间窗后剩余的时间窗则可作为自由窗在系统扩展时使用。划出合理的时间窗的长时间窗长度划出合理的时间窗的长时间窗长度l划出合理的时间窗的长度是关键所在。l矩阵周期分两种：1）基本周期较长、时间触发次数和时间窗较多、基本周期的数目较少的系统矩阵。2）基本周期较短、时间触发次数和时间窗较少、基

16、本周期数目较多的系统矩阵。T T2FPS 调度算法的优点调度算法的优点l克服CAN网络可能产生优先级较高的数据总能发送,而优先级较低的数据却总是得不到机会发送的现象。l使各种不同优先级的节点数据在截止时间之前得到发送。该算法将消息的冲突检测限制在特定的时间段内，使其对消息的传输具有较高的可预见性和容错性。TTCAN的说明pTTCAN是建立在基本CAN协议上的一个高层协议，对网络上的所有CAN节点进行通信时序同步，并提供以及各全局系统时间；p当所有的节点同步后，任何消息只能在一个特定的时间段内发送，不需要与其他消息竞争，延迟时间可预知。pTTCAN是CAN总线标准的扩展；pTTCAN的数据链路层

17、和物理层完全与现有的CAN控制器兼容，可使用相同的总线和总线收发器，最高速率可达到1Mbps；TTCAN向下兼容CAN情况:p现有的CAN控制器可以接收TTCAN的网络的所有消息；pTTCAN控制器也可以在现有的CAN网络中运行；pTTCAN控制器可以被认为是现有CAN控制器的帧同步实体的增强版；pTTCAN的节点经过配置后可以像现有的CAN节点一样运行；p现有的CAN节点在TTCAN网络中以只听方式接收信息；p但在TTCAN网络中，CAN节点是不能发送数据的，这样会扰乱通信的时序。l TTCAN用System Matrix组织时间片。它相当于一个大周期，一个System Matrix里又分为

18、2n个Cycle。在每个Cycle开始处，由时间上的Master节点发Reference消息，时间上的从节点对Reference进行同步,这样就建立了全局时钟。l Cycle里可以划分为若干长度不同的Slot（时隙），但每个Cycle的Slot划分是一样的。l Slot的用途有3种：Exclusive Window(独占窗)、Arbitration Window（仲裁窗）和 Free Window（空窗）。Exclusive Window用于周期性消息发送，Arbitration Window用于事件消息的争用，Free Window用来备用。l 禁止消息跨窗口的发送，只有相连续的仲裁窗除外。

19、为此，禁止CAN的出错自动重发功能。在仲裁窗内争用的消息要先判断能否发完，如能发完，才可参加争用。l Slot用途的指定是由调度器来实现的，它不是标准的内容，然而事件消息在仲裁窗的争用并不是严格意义上的随到随争用。事件消息是偶发消息，应用程序可以预先安排几个偶发消息到一个仲裁窗，再任它们争用。l 在一个Cycle里，Slot的用途不受约束TTCAN的缺点和问题的缺点和问题l1）TTCAN与CAN是不兼容的lTTCAN要求独占窗，因此它不能和CAN混合使用在一个系统中。带CAN通信口的ECU不受TTCAN的约束，可在任意时刻发送，就有可能在总线空闲时争得发送权，使TTCAN的调度发送完全失效。汽

20、车厂在采用TTCAN时必须将所有要用到的ECU都改为用TTCAN的方式，这就要重新认证和验证所有的ECU，涉及大的工作量和投资。如果用网关将CAN的ECU过渡到TTCAN网，其成本的增加更大，只具有实验意义。l除非，系统中CAN节点始终不发送数据，只接收数据。此时，两者可以同时存在一个系统中TTCAN的缺点和问题的缺点和问题l2）由预留Error Frame帧引起的开销大TTCAN没有禁止Error Frame，由于错误可能出现在任何时间，就可能发生在帧的最后处，每一个Slot都要预留Error Frame的时间，否则它会阻碍下一个Slot内消息的发送，这是很大的开销，使TTCAN远达不到设想

21、的100%的总线利用率。l假定最小的数据帧为1B数据，长为65位，而Error Frame为20位，那么这项开销达到23.5%。TTCAN的缺点和问题的缺点和问题l3)Slot用途不同造成时间利用率l由于TTCAN规定调度好的Cycle中的Slot划分是一样的，但可能的用途不同。不同的Cycle同一Slot里可能安排了长短不一的消息，此时对短帧来说，留下的时间就浪费了。l4)事件消息被阻塞的延迟可能性增大l在TTCAN中，由于调度结果造成几个连续的Slot都是独占窗，此时事件消息要等待的时间很长，必须有特别的设计加以处理。l5)网络内的时间同步要求较高l用软件来实现时就得留出时间以容许主从节点

22、间的同步误差，这就又减少了带宽。TTCAN的缺点和问题的缺点和问题l6)丢帧处理两难lTTCAN在传送出错的情况下，不对本帧进行自动重发。在应用上要有所考虑。或者用比实际需要更多的发送，丢掉就算了的策略，这也会浪费带宽；或者由应用层在仲裁窗组织重发，但这相当复杂。如用冗余的第2条总线，意味着成本的加倍。l7)仲裁窗的要求较难实现在仲裁窗判断事件消息能否发完，然后控制事件消息的发送是不容易实现的。用软件来实时处理来不及，又没有现成的硬件。作业作业1、比较基于事件触发的CAN协议与基于时间触发的TTCAN协议的本质区别是什么？2、矩阵周期（静态系统同步时间通信表）制定的原则是什么？本章主要内容本章

23、主要内容l2.2 LIN 总线原理与应用lLIN的主要技术特点lLIN的通信任务和报文帧类型lLIN的报文通信lLIN的应用2.1 LIN 概述概述lLIN(Local Interconnect Network 局部互联网)是面向汽车低端分布式应用的低成本（0.5美元）、低速率（20kbps）、串行通信总线。2 汽车汽车LIN总线原理与应用总线原理与应用l2.1 LIN 概述lLIN的目标l为现有的汽车网络（CAN网络）提供辅助功能l在不需要CAN总线的带宽和多功能的场合使用，降低成本。l将开关、执行元件和传感器从子总线连接到主总线（如CAN总线）。lLin总线广泛应用的原因：l目前，高/低速

24、CAN和J1850总线已经成为标准的车用网络总线。这些总线速度极高，具有高抗电磁干扰性和高传输可靠性等优越的性能，但价格也较高。l大量的车身和安全性能方面的应用对车用网络总线的性能要求并不太高，只需要一种性价比更高的标准车用网络总线，而LIN总线正好可以满足这一需求。因此，目前LIN总线技术正被越来越广泛的应用到车身电子中。2 汽车汽车LIN总线原理与应用总线原理与应用lLIN 起源和发展lLIN联盟成立于1999年，并发布了LIN 1.0版本。l最初的成员有 奥迪,宝马,克莱斯勒,摩托罗拉,博世,大众和沃尔沃 等l2000年，LIN联盟再次发布了1.1版本。l2001年，第一辆采用LIN1.

25、1版本的量产汽车面世。l2003年，2.0版本出现。l2006年，2.1版本面世并沿用至今。l LIN的市场lLIN总线产品已经成为汽车总线的第二大市场;l第一大市场是CAN总线，其在2006年已经达到顶峰。LIN节点结构节点结构LIN接口由两部分组成：协议控制器、线路接口LIN节点LIN线路接口采用+UARTLINRXTX通信媒介（铜线）LIN协议控制器协议控制器协议控制器集成在微控制器中的一个标准UART上实现，微控制器软件负责管理LIN协议，实现以下功能：(1)发送/接收8位字节；(2)构成请求帧，接收为应帧;(3)发送帧线路接口：线路接口：(1)负责将LIN总线的信号翻译成无干扰的RX

26、信号传入LIN协议控制器；(2)或将协议控制器的RX信号进行翻译传入LIN总线 汽车汽车LIN总线原理与应用总线原理与应用-主要技术特点（主要技术特点（1）l物理层采用单线连接，两个电控单元间的最大传输距离为40ml其总线驱动器和接收器的规范遵从改进的ISO 9141 单线标准。l低成本lLIN是基于SCI/UART(通用异步收发接口的单总线串行通信)协议；l目前几乎所有的微控制器芯片上都有SCI/UART接口。l低传输速率。小于20kb/sl 采用NRZ编码。LIN总线融合了总线融合了I2C和和RS232的特性：像的特性：像I2C总总线那样，线那样，LIN总线通过一总线通过一个电阻上拉到高电

27、平，而个电阻上拉到高电平，而每一个节点又都可以通过每一个节点又都可以通过集电极开路驱动器将总线集电极开路驱动器将总线拉低；像拉低；像RS232那样通过那样通过起始位和停止位标识出每起始位和停止位标识出每一个字节，每一位在时钟一个字节，每一位在时钟上上异步传输异步传输。汽车汽车LIN总线原理与应用总线原理与应用-主要技术主要技术特点（特点（1）l单主/多从媒体访问、无需仲裁。l在总线拓扑结构的LIN网络中，由主节点控制对传输介质的访问，从节点只是应答主节点的命令。不需要仲裁和冲突管理机制。LIN总线的网络节点数总线的网络节点数不能超过不能超过16，否则，节点增加将，否则，节点增加将会减少网络阻抗

28、，导致环境条件变差。每增加一个节点，会减少网络阻抗，导致环境条件变差。每增加一个节点，就会降低就会降低3的阻抗的阻抗 汽车汽车LIN总线原理与应用总线原理与应用-主要技术特点（主要技术特点（2）l同步机制简单lLIN通信中的从节点采用简单的自我同步机制（不需要晶体或陶瓷共鸣器）。l主节点在报文帧的头部发送同步间隙，标记报文帧的开始。l从节点根据此间隙与总线同步，无需专门的时钟同步装置，降低硬件成本。l通信确定性。l主节点控制整个网络的通信，控制不同节点的传输时间；l每个报文帧的长度是预知的；l采用调度表，可保证信号的周期性传输、保证总线不会出现超负载现象l报文的数据长度可变。lLIN应答帧报文

29、的数据域长度可在08个字节之间变化，便于不同任务的通信应用。l采用奇偶校验和求和校验相结合的双重校验机制。汽车汽车LIN总线原理与应用总线原理与应用LIN网络网络结构模型结构模型lLIN网络由数据链路层和物理层构成l数据链路层l逻辑链路控制子层(LLC)报文滤波、恢复管理、报文确认等l媒体访问控制子层(MAC)是LIN的核心对来自LLC的报文封装串行化；对来自物理层的数据进行解串、错误检测、错误标定等操作；由故障界定管理实体进行监控；l物理层定义了信号如何在总线媒体上传输；定义物理层的驱动器/接收器特性。汽车汽车LIN总线原理与应用总线原理与应用-LIN 的通信任务的通信任务l几个概念l主机节

30、点：控制网络中各节点通信的节点l一个LIN网络上的通讯总是由主发送任务所发起的l在主节点上可执行主通信任务和从通信任务l可控制整个总线网络和协议；l主通信任务：在主节点上运行的，用于控制总线上所有的通信，负责报文的进度表、发送报文头的任务称为主任务。常见主任务：如定义传输速率，发送同步时间间隔、同步场、标识符ID场，监控并通过检查校验和（check sum）验证数据的有效性。汽车汽车LIN总线原理与应用总线原理与应用-LIN 的通的通信任务信任务l几个概念l从节点：是总线上的2-16个成员，它们在主节点发送适当的ID后接收或发送数据l从通信任务从节点从事的任务都称为从通信任务；但主节点也会执行

31、从任务节点接收来自主通信任务的ID节点根据ID决定做什么。接收数据 或发送数据 或什么都不做 发送数据时，节点：发送2、4或8个数据字节 发送检验字节汽车汽车LIN总线原理与应用总线原理与应用-LIN 的通信任务的通信任务lLIN协议是一主多从结构，通信只能由主节点中的主任务发起，一个完整的LIN报文帧的传输是由主任务和从任务共同实现的，主任务发送“报头”，从任务发送或接收“响应”。汽车汽车LIN总线原理与应用总线原理与应用-LIN 的通信任务的通信任务LIN通信：在总线上发送的信息，有长度可选的固定格式。每个报文帧都包括2、4或8个字节的数据以及3个字节的控制、安全信息（同步场、标识符场和校

32、验场）。通过主机控制单元中的从机任务，数据可以被主机控制单元发送到任何从机控制单元。相应的主机报文ID可以触发从机从机通信。汽车汽车LIN总线原理与应用总线原理与应用-报文帧类型报文帧类型l（二）报文帧类型：有6种类型l无条件帧：携带数据信息；l事件触发帧：处理偶发的事件；l偶发帧：保证在调度表确定性的条件下为系统动态行为的灵活性而设定的。上述3中帧的报文标识符的范围为059（0 x3b）l诊断帧（命令帧、应答帧）：携带8个字节的诊断信息或组态信息，主节点诊断请求帧的标识符为60（0 x3c），从节点诊断应答帧的标识符为61（0 x3d）l用户自定义帧：可携带用户自定义的任何信息，标识符为62

33、（0 x3e），在调度时可给用户自定义帧分配报文帧时隙，每当时隙到来时发送用户自定义帧的帧头。l保留帧：保留帧标识符63（0 x3f），在LIN2.0中没有被使用。汽车汽车LIN总线原理与应用总线原理与应用-报文帧格报文帧格式式l报文传输是由报文帧的格式表示和控制。l报文帧格式：l一个主机节点发送的报文头；l一个主机或从机节点发送的响应组成。汽车汽车LIN总线原理与应用总线原理与应用-报文结构之字节场报文结构之字节场l字节场l格式：l说明：每一个字节场的长度由10个定时位定时（BIT TIME）；起始位（START BIT)是一个“显性”位，标志字节的开始；8为数据位，先发送最低位；停止位（S

34、TOP BIST)是一个“隐性”位，标志着字节场的结束。汽车汽车LIN总线原理与应用总线原理与应用l报文头（HEADER FIELDS）l同步间隔（synchronisation break)作用：标识报文的开始，由主节点发送；使得所有的从机任务和总线时钟信号同步。同步间隔：至少13bit的显性位，之后紧随至少1bit隐性值的同步界定符。同步界定符的作用：用来检测接下来的同步域（Synch Field）的起始位。汽车汽车LIN总线原理与应用总线原理与应用l2.3 LIN 的报文传输报文结构l报文头（HEADER FIELDS）l同步场（SYNCH FIELD）包含了时钟的同步信息。格式为0 x

35、55，表现为8个位定时中有5个下降沿（隐性到显性的跳变）汽车汽车LIN总线原理与应用总线原理与应用l报文头（HEADER FIELDS）l标识符场（IDENTIFIER FIELD）定义了报文的内容和长度。6个标识符位（ID0ID5)和2个标识符奇偶校验位（P0 P1）；ID4和ID5定义了数据场的数据长度；汽车汽车LIN总线原理与应用总线原理与应用l报文头（HEADER FIELDS）l标识符场（IDENTIFIER FIELD）ID4和ID5与数据长度的关系数据长度；ID5ID4数据场的数量数据场的数量002012104118汽车汽车LIN总线原理与应用总线原理与应用l2.3 LIN 的报

36、文传输报文结构l报文头（HEADER FIELDS）l标识符场（IDENTIFIER FIELD）奇偶校验位P0 P1:汽车汽车LIN总线原理与应用总线原理与应用l2.3 LIN 的报文传输报文结构l数据场（DATE FIELDS）l由多个8位的字节场组成，传输由LSB开始汽车汽车LIN总线原理与应用总线原理与应用l2.3 LIN 的报文传输报文结构l校验和场（CHECK SUM FIELDS）l校验和域是数据域所有字节的和的反码。l校验和按“带进位加（ADDC)”方式计算，每个进位都被加到本次结果的最低位（LSB）。这就保证了数据字节的可靠性。l所有数据字节的和的补码与校验和字节之加的和必须

37、是“0 xFF”。LIN报文结构报文结构命令帧命令帧l0 x3C（ID 60）表示主节点请求帧（诊断帧），以便从主节点向从节点发送命令和数据。l0 x3D（ID 61）表示从响应帧，该帧触发从节点向主节点发送数据。l过程：标识符为0 x3c一个的“主机请求帧”，主机向从机发送数据和命令；标志符为0 x3dD的“从机相应帧”触发一个从机向主机发送数据。l命令帧中的第一个数剧场为0 x000 x7F,其用法由LIN协会定义；剩下的命令帧用户可以自行分配.l总线有两种状态：睡眠模式：从主节点发送睡眠模式命令后到总线上出现唤醒信号结束，没有任何总线活动的这种模式。唤醒模式：被唤醒信号唤醒之后的总线处于

38、唤醒模式，可以有总线活动。l睡眠模式命令：是第一个数据字节为0 x00的命令帧总线的睡眠模式可以通过任何节点的从任务发送一个唤醒帧来终止。LIN报文结构报文结构睡眠模式命令睡眠模式命令LIN报文结构报文结构唤醒唤醒l唤醒过程某一个节点的从任务发送唤醒信号后，所有的节点都运行启动过程并等待主机任务发送一个同步间隔场和同步场；若等待超时（TIME_OUT），请求第一个唤醒信号的节点再一次发送新的唤醒信号；上述情况最多出现3次,此后，若还没将总线唤醒，则等待3个TIME_OUT时间，再发送唤起信号。LIN报文结构报文结构用户自定义帧用户自定义帧l0 x3E（ID 62）表示用户定义的扩展帧，后跟任意

39、数量的数据字节。l0 x3F（ID 63）预留供将来使用。汽车汽车LIN总线原理与应用总线原理与应用-LIN 的报的报文的长度文的长度l报文帧以一个同步间隔作为开始，以校验和域作为结束。l报文帧中的字节域用字节间空间和帧内响应空间分隔。l字节间空间和帧内响应空间的长度没有定义，但限制了整个报文帧的长度。l最小的帧长度TFRAME_MIN是传输一个帧的所需要的最小时间（字节间空间和帧内响应空间应为0）；l最大的帧长度TFRAME_MAX是传输一个帧的最大时间。汽车汽车LIN总线原理与应用总线原理与应用-LIN 的报的报文的长度文的长度时间时间名字名字时间时间/Tbit最小报文帧长度最小报文帧长度

40、TFRAME_MIN10*Ndata+44最小报文头长度最小报文头长度THEADER_MIN34最大报文头长度最大报文头长度THEADER_MAX(THEADER_MIN+1)*1.4最大报文帧长度最大报文帧长度TFRAME_MAX(TFRAME_MIN+1)*1.4总线空闲超时总线空闲超时TTIME_OUT2500“+1”的条件使的条件使TFRAME_MAX和和THEADER_MAX是一个整数值是一个整数值。Tbit为基本位时间，与传输速率有关；为基本位时间，与传输速率有关；Ndata数据场字节的数量数据场字节的数量汽车汽车LIN总线原理与应用总线原理与应用l2.5 LIN 的报文滤波和确认

41、l报文滤波lLIN的报文滤波是基于标识符的，即每一个从机任务对应一个传送标识符。l说明：用户通过网络配置保证任务和标识符间的对应关系l报文确认l如果直到帧的末尾均没有检测到错误，则此报文对于发送器和接收器都有效。l如果报文发生错误，则主机和从机任务都认为报文没有发送。l注意：主机任务和从机任务在发送和接收到一个错误报文时所采取的措施，并没有在协议规范中定义。像主机重新发送或从机的后退操作都由用户按照应用要求在应用层程序中来实现，这些需要用户在应用层中说明汽车汽车LIN总线原理与应用总线原理与应用l2.6 LIN 错误和异常处理l错误检测：有6个不同的报文错误类型l位错误：节点在发送时也监控总线

42、，当监控到的位的值与发送的位的值不同时，则在这个位时间内检测到一个错误。l校验和错误：所有数据字节的和的补码与校验和之和不是“0 xFF”，则检测到校验和错误。l标识符奇偶错误所有的从机节点都能区分 ID 场中 8 位都已知的标识 符和一个已知但错误的标识符。汽车汽车LIN总线原理与应用总线原理与应用l2.6 LIN 错误和异常处理l错误检测：有6个不同的报文错误类型l位错误：l校验和错误：l标识符奇偶错误：l从机不响应错误如果任何主机任务在发送同步场和标识符后，在最大长度时间内TFRAME_MAX中没有完成报文帧 的发送，则产生一个不响应错误。l同步场不一致错误当从机检测到同步场的边沿在给出

43、的容差外，则检测到一个同步场不一致错误。l没有总线活动如果在接收到最后的一个有效信息后，在Ttime_out时间内没有检测到有效的同步间隔场和字节场，则检测到一个没有总线活动错误。汽车汽车LIN总线原理与应用总线原理与应用l2.6 LIN 错误和异常处理l故障界定l故障界定主要依靠主节点，使它可以处理尽量多的错误检测、错误回复和诊断。故障界定基于系统的要求，不是LIN协议内容。l主机控制单元要检测以下错误状态：主机任务发送：当回读自己的发送时，在同步或标识符字节中的位错误、标识符奇偶错误和没有总线活动错误需要被检测。主机节点的从机任务：当期望或读取来自总线上的数据时，从机不响应错误和校验和错误

44、被检测。l从机控制单元需检测以下错误情况：从机任务发送：当回读自己的发送时，数据或校验和场中的位错误被检测。从机任务接受：当从总线读取数据时，标识符奇偶错误和校验和错误需被检测。汽车汽车LIN总线原理与应用总线原理与应用l2.7 汽车上LIN总线的应用2.7 汽车上汽车上LIN总线的应用（二）总线的应用（二）n现现以以车车门门LINLIN网网络络为为例例介介绍绍LINLIN总总线线设计的一般方法。设计的一般方法。n车车门门控控制制LINLIN网网络络的的结结构构及及其其在在车车门门上上的的布布置置如如右右图图所所示示，该该网网络络由由主主机机节节点点、后后视视镜镜从从机机节节点点、摇摇窗窗机机

45、从机节点、门锁从机节点构成。从机节点、门锁从机节点构成。车门控制LIN网络l主机节点采集本地各控制开关的状态并接受CAN总线上的远程信息，据此产生控制指令，并将指令转换为LIN报文帧通过LIN网络发送给相应从机节点，从机节点接收到与自己相关的报文帧后对报文帧进行拆封、解读，然后根据获得的指令控制相应的执行器动作，从而实现对车门各部件的控制。同时，在需要时从机节点分别将其控制部件所处状态反馈给主机节点，主机节点再将该状态信息通过指示灯或喇叭提供给驾驶员或通过CAN总线发送给其他控制单元。主机节点也作为本LIN网络与上层CAN网络连接的网关。a.主机节点 b.从机节点 LIN主机节点和从机节点 C

46、AN/LIN网关2.7 汽车上汽车上LIN总线的应用（二）总线的应用（二）2.7 汽车上汽车上LIN总线的应用（二）总线的应用（二）主机节点主要由控制器、电源、控制按钮、LIN接口、CAN接口和指示灯几部分组成。l后视镜从机节点主要由控制器、电源、LIN接口、执行器驱动单元和执行器如后视镜调整电机、除霜加热器等组成。a.主机节点 b.从机节点 CAN/LIN网关LIN小结小结lLIN的主要技术特点l同步简单l采用主从总线访问机制，通信是确定的l数据长度可变l两种错误检验，奇偶校验、校验和，保证通信的可靠性l低速、低成本lLIN的通信任务和报文帧类型l主机任务、从机任务，实现主节点-从节点通信、从节点-从节点通信；l报文组成lLIN的报文长度lLIN的故障界定