一文梳理LIN协议与应用
一文梳理LIN协议与应用
一、LIN是什么？有什么用？
LIN 是Local Interconnect Network 的缩写，意为本地互联网络，主要用于嵌入式设备之间的通信。它广泛应用于汽车、家电、工业自动化等多个行业领域。
在车载领域，LIN通常作为CAN网络的一个子网络存在。从应用层面来看，LIN的主要功能包括信号处理和消息分发。在协议层面，信号和消息被封装在帧的数据段中，通过网络节点间进行传输。
二、LIN概要描述
2.1 特点
2.1.1 低成本
LIN协议的一大优势是成本低。在物理层，LIN总线仅使用一根线作为传输介质，通常为铜线，这相比CAN或I2C协议的双线设计，减少了线材的使用量和重量。
2.1.2 易扩展
LIN基于UART/SCI（通用异步收发器/串行通信接口）设计，支持大部分半导体器件，从硬件角度讲，扩展LIN网络几乎不需要额外成本。
2.1.3 速率一般，不高
LIN协议的最高位速率限制在20kbps，这是为了平衡数据传输速率和电磁干扰的影响。
2.2 网络形态
LIN通信采用主从模式。在车载环境中，主机节点通常是微控制器（MCU），而从机节点则包括车门、氛围灯、雨刷器等设备。主机节点同时承担主机任务和从机任务，而从机节点只包含从机任务。
2.3 架构分层
LIN的架构分层类似于OSI七层模型，但更简化。从应用层到物理层，每一层都有其特定的功能和职责。
三、应用层 4 大功能
3.1 配置
配置功能用于建立从机节点与特定帧（PID）的对应关系。通过配置，可以确保每个节点只处理与其相关的数据，避免了不必要的数据处理和传输。
3.2 识别（查询功能）
识别功能允许主机节点查询从机节点的特定信息。默认定义了两个识别ID：0用于查询LIN产品ID，1用于查询序列号。识别ID 32-63可用于用户自定义查询。
3.3 信号处理
信号处理是LIN的核心功能之一，信号通过协议层的“信号携带帧”进行传输，不经过传输层。
3.4 诊断
诊断功能主要用于汽车维修和故障排查，通过诊断帧实现对LIN网络的整体状态监控和故障定位。
四、协议层介绍
4.1 帧的结构
帧结构主要包括以下几个部分：
- Break：标识一帧的开始
- Synch：用于调整从机节点的数据位速率与主机节点一致
- Protected identifier：受保护的ID段（8位），包含帧ID（6位）和校验位（2位）
- Data1~DataN：数据段，可以包含信号或诊断消息
- Checksum：校验和
4.2 帧的类型
4.2.1 无条件帧(Unconditional Frame)
由主机任务发送，从机任务必须无条件应答，无论状态是否变化。
4.2.2 事件触发帧（Event Triggered Frame）
当从机节点状态发生变化时才进行应答，适用于从机状态变化频率低的场景。
与“事件触发帧”相关联的无条件帧用于解决多个从机同时应答导致的冲突问题。
4.2.3 偶发帧（Sporadic Frame）
由主机节点发送，当主机状态发生变化时按优先级发送应答。
4.2.4 诊断帧（Diagnostic Frame）
用于配置、识别和诊断，包括主机请求帧和从机应答帧。
4.2.5 保留帧(Reserved Frame)
备用帧，目前未使用。
4.3 调度表
调度表用于管理帧的发送顺序和优先级，确保网络通信的有序进行。
五、硬件
5.1 物理介质
LIN总线通常使用铜线作为传输介质，支持全双工、半双工和单工通信模式。协议控制器基于UART/SCI，采用半双工工作方式。
5.2 EMI 控制
电磁干扰（EMI）是LIN协议需要考虑的重要因素。通过控制位速率和压摆率，可以有效抑制EMI。LIN协议将最高位速率限制在20kbps，以平衡数据传输速率和EMI影响。
总结
LIN协议以其低成本、易扩展和低速率的特点，在嵌入式系统中广泛应用。通过清晰的架构分层和丰富的帧类型，LIN能够满足不同应用场景的需求，特别是在汽车电子领域，LIN作为CAN网络的补充，发挥了重要作用。