摘 要：隨著汽車內電子設備的迅速增加，車內電子網絡應運而生。詳細介紹了CAN總線和LIN總線技術特點，并著重研究了CAN／LIN技術在汽車電子網絡中的應用。 關鍵詞：CAN；LIN；車內網絡；現場總線 1 引 言 現場總線網絡能夠大量減少控制線數，提高可靠性，因此，采用現場總線網絡成為汽車電控系統技術發展的必然趨勢。汽車電子協會（SAE）將車內通信網絡分為如下4種類型：①A類。適合于低速環境（<10kbit／s），用于提高方便性的應用，如車身電子，包括車燈、車窗車門的控制、電動后視鏡的調整等；②B類。適合于中速環境（10—125 kbit／s），用于一般信息傳遞，如車內氣候控制，包括空調和加熱單元等；③c類。適合于高速環境（125 kbit／s一1Mbit／s），用于實時控制，如動力合成；④D類。適合于速度大于1 Mbit／s的環境，用于多媒體應用，如Intemet、數字電視和硬件實時功能，如X—by— wire應用。電控單元之間的通信可以通過根據通信帶寬和通訊速度的要求選擇不同的通信網絡。 車身控制部分的電控單元由于傳輸的數據量比較少且對實時性要求不高，所以采用A類低速通信網絡即可。LIN（ cal Interconnect Network）協議是面向車輛低端分布式應用的一類多路復用串行通信協議，符合SAE規定的車用網絡通信A類標準，其最初的設計目標作為CAN（ControllerArea Network）的下層網絡，同CAN相結合可構成車輛應用中的分層網絡結構。 2 CAN總線技術 2．1 CAN標準 現代汽車應用環境對汽車中各電子單元之間的互連提出了極為嚴格的要求，于是Robert Bosch公司于1982年開始制定“控制器局域網絡（CAN）”標準。汽車中的電子系統日益增多（如防抱死剎車、安全氣囊、空調、中控鎖、引擎管理和遙控無鑰門禁等）。它們最初以“點到點”方式相互連接起來，每個連接都使用獨立的銅線，使接線器非常龐大。因此有必要為汽車電子系統開發一種公用“網絡”標準，以減少連線與連接點的數量，而且可以提高汽車的可靠性、方便錯誤檢測、簡化維修過程及減輕總量（改善性能和減少油耗）等。 CAN標準作為一種總線標準具有速度快、成本低、易于實現及使用方便等特點，可用于任何需將電子設備互連起來的場合中。 2．2 CAN原理及其實施 基本CAN特點是總線間的相對邏輯狀態及驅動器輸入與接收機輸出。總線接人是事件驅動且隨機發生的，如果2個節點試圖同時占用總線，則以非破壞性逐位仲裁實施接人。標識符中消息優先級的分配是CAN的一大特性，使之極其適用于實時控制環境。 CAN總線上可傳輸的消息共有如下4種不同的類型或幀：①數據幀是最常見的消息類型，由仲裁場（arbitration field）、數據字段（data field）、CRC字段與確認字段（acknoeledgement field）構成；②遠程幀的目的在于請求從另一節點進行數據傳輸。遠程幀類似于數據幀，但有2點重大差異，首先這種類型的消息由仲裁場中的隱性RTR位明確標為遠程幀，其次其不涉及數據；③錯誤幀是特殊消息，其不遵循CAN消息的格式化規則。 當節點檢測到消息中出現錯誤時，則傳輸錯誤幀，并使網絡中所有其他節點也都發送錯誤幀。原始發送器隨后自動重新傳輸消息。CAN控制器中帶有復雜的錯誤計數器系統，確保節點不會重復傳輸錯誤幀導致總線被一直占用；④過載幀就格式而言與錯誤幀類似，它由超常忙的節點傳輸，主要用于提供更多的消息間延遲。 平衡的差動信號發送降低了噪聲耦合，并允許在雙絞線線纜上實現更高的信號發送速率。平衡的含義是指每條信號線中流過的電流相等，但方向相反，這就形成了場抵消效應，這是降低噪聲排放的關鍵。使用平衡差動接收機與雙絞線線纜提高了CAN總線的共模抑制及噪聲抗擾度。CAN標準定義了連接總線上所有節點的通信網絡，并使其能夠相互對話。可能存在中央控制節點，也可能不存在，而且可隨時添加節點，甚至在網絡正在工作時也沒有問題（熱插人）。 3 LIN總線技術 3．1 LIN協議 LIN（Local Interconnect Network）協議是面向車輛低端分布式應用的一類多路復用串行通信協議。LIN標準包括傳輸協議規范、傳輸媒體規范、開發工具接口和用于軟件編程的接口。LIN規范包括3個主要部分：①LIN協議規范說明LIN的物理層和數據鏈路層；②LIN配置語言描述說明LIN配置文件的格式，LIN配置文件被用于配置整個網絡，并作為OEM和不同網絡節點供應商之間的公共接口，同時可作為開發和分析工具的一 個輸人；～LINAPI部分說明網絡與應用程序問的接口，此概念可實現開發和設計工具之間的無縫連接，并可提高開發速度和增強網絡可靠性 ]。LIN總線特點：①采用低成本單線l2 V進行數據傳輸，線的驅動和接收特性符合改進的IS09141單線標準；②傳輸速率可達20 kbit／s；③采用單主／多從結構，不需要總線仲裁，由主節點來控制總線的訪問；④ 基于通用UART／SCI的硬件接口，可使用低成本的半導體工藝實現，幾乎所有的微控制器都有LIN必需的硬件；⑤從節點不需要晶振或陶瓷振蕩器就可實現自同步，從而減少了從節點的硬件成本；⑥能保證最差狀況下信號傳送的等待時間，可避免總線訪問沖突。 3．2 LIN原理及運行機制 LIN協議設計時考慮了新增加從節點無需改變原來的軟件和硬件。LIN協議提供節點功能異常和傳輸故障時內部的錯誤檢測。由系統中的唯一主節點初始化每次的數據傳輸，從節點僅在主節點訪問時進行回答，從而避免了網上傳輸的仲裁。從節點使用內部的再同步模式在收發數據時鎖定于主節點。從節點僅需十分廉價的振蕩器提供時序，從而簡化電路和降低造價。 LIN網絡中，每個節點都有一個slave task模塊，主節點還包含一個master task模塊。LIN網絡中的所有通信都是由master task發起的。mastertask發出幀頭啟動網絡中的通信，幀頭包含如下3部分：同步間隙、同步場和信息標志符。從任務通過信息識別符來判斷是否響應主任務，若需要響應主任務，則開始發送響應信息。響應信息由2個、4個或8個數據字節和1個校驗和字節組成。LIN的數據幀由幀頭和響應信息組。LIN總線的另一個幀是睡眠幀，它由主任務發出，其作用是讓總線和節點進入低功耗狀態。LIN協議的最大優點在于其不需要專用的硬件控制器，只是在SCI接口的基礎上添加了一套C語言API函數。用戶在開發LIN應用程序時，并不直接讀寫微控制器內部的寄存器，只要調用相應的API即可完成同樣功能的操作。目前存在兩類API函數，即LIN API和Motorola API。LINAPI共2O個函數，可以完成包括系統初始化、數據讀寫、節點上線／離線、中斷屏蔽等功能。Mo．torola API完全基于信息幀模式，通過LIN—Get．Msg和LIN—PutMsg對一幀信息進行操作，每一個節點的信息標志符在編譯時通過頭文件進行配置，不需要其他輔助工具。 4 CAN／LIN技術在車內中的應用 由于汽車內的環境很復雜，如極高的電器噪聲、機械應力、溫度和易燃性等特點，并且如果在網絡連接上出現任何的差錯都可能會造成嚴重的后果，甚至危及生命。因此，CAN標準對數據通信提供了如下保證：數據通信的可靠性，采用CRC校驗以及獨特的數據信號表示方式，并具有錯誤識別及自動重發功能；數據通信的實時陛，數據傳輸速率高，優先級高的數據享有占用總線的優先權；數據通信的靈活性，多主戰總線結構，各總線節點問可直接通信，面向數據塊的通信方式，通信介質可為雙絞線、同軸電纜或光纖，通過標準插接件可方便的連接。LIN是面向低端通信的一類協議，主要應用在通信速率不高的場合。LIN最初是作為汽車應用提出的，主要應用于車身電控單元的集成，將智能執行器和傳感器連接到車身主體網絡等。通過單線的方式實現節點問的通信可大大降低汽車車身布線的復雜性，這也是LIN應用的潛力所在。LIN最初的設計目標是作為CAN的下層網絡，與CAN相結合構成車輛的分層網絡結構，整個車身的主體網絡由CAN來架構，而用LIN擔任局部通信 。車內CAN／LIN總線應用的結構圖如圖1所示。 [align=center] 圖1 車內總線應用結構圖[/align] 在汽車電子控制單元的設計中應該首先考慮的是安全問題，所以對于那些關鍵控制部分，如汽車發動機、自動變速箱、剎車裝置和安全氣囊等單元應該采用分散式控制；而對于那些與安全無關的單元比，如汽車的門窗、方向盤、座椅、空調、照明、濕度傳感器和交流發電機控制單元等，出于成本的考慮，可以采用CAN與LIN混合的集中控制方式。對于這些成本比較敏感的單元，LIN可以使那些機械元件，如智能傳感器、制動器或光敏器件得到較廣泛的應用。這些器件可以很容易地連接到汽車網絡中，并得到十分方便的維護和服務。在LIN實現的系統中，通常將模擬信號量用數字信號量所替換，這將使總線性能得到優化。 5 結束語 CAN總線是為汽車而開發的串行數據通信總線，目前在世界上一些汽車制造商都在積極地將CAN總線用在新型汽車上。而且由于其本身的優點，它的應用范圍不局限于汽車行業內，而在機械制造和機器人等領域發展。在車身控制系統中應用LIN總線降低了低端通信網絡的成本，同時增加了設計的靈活性，提高了系統的可靠性，有利于分布式車身控制系統的開發。因此LIN總線在汽車領域有著良好的應用前景，此外，LIN作為一種開放協議，還可在工業和家電領域完成速度要求不高、連接距離較短的設備問的通信任務。