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局域互聯(lián)網(wǎng)(LIN)是一種低成本的嵌入式網(wǎng)絡(luò)標準，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)用通信標準。雖然控制器局域網(wǎng)(CAN)總線滿足了高帶寬、高級錯誤處理網(wǎng)絡(luò)的需求，但是實現(xiàn)CAN的軟硬件花費使得低性能設(shè)備（如電動車窗和座椅控制器）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這種高性價比的通信方式。用戶可在最先進的低價位8位微控制器中嵌入標準串行通用異步收發(fā)器(UART)，以相對廉價的方式實現(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，在主流動力系統(tǒng)和車身通信中使用CAN，而在先進系統(tǒng)（如主動懸掛）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LIN主方和一個或多個LIN從方。
圖1. LIN消息幀
消息標題包含一個中斷（用于標記幀的開始）和一個同步字段（供從節(jié)點同步時鐘）。標識符(ID)包含一個6位消息ID和一個2位校驗字段。ID表示特定的消息地址，而非目標。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8位校驗和。
主方控制消息幀的排序，該排序在調(diào)度中是固定的。用戶可按需改變該調(diào)度。
LIN標準更新過多個版本。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。
| 功能 | NI USB LIN是否支持 |
| LIN 1.3 | 支持 |
| LIN 2.0 | 支持1 |
| 增強的校驗和 | 支持 |
| 現(xiàn)成的從節(jié)點概念 | 支持1 |
| NCF格式 | 支持1 |
| 診斷及從節(jié)點配置 | 支持1 |
| 字節(jié)數(shù)組 | 支持 |
| LIN 2.1 | 支持1 |
| 新從節(jié)點配置服務(wù) | 支持1 |
| 從方診斷（I-III類） | 支持1 |
| 功能尋址 | 支持1 |
| 解析表 | 支持1 |
?
API對該功能不提供原生支持，但用戶依然可實現(xiàn)該功能。?
? ? ? 表1. LIN 1.3、2.0及2.1版本對比
2. LIN幀格式
? ? ? ?LIN總線是一種輪詢總線，帶有一個主設(shè)備和一個或多個從設(shè)備。主設(shè)備同時包含一個主任務(wù)和一個從任務(wù)。每個從設(shè)備僅包含一個從任務(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?，每幀又分為標題和響應(yīng)。標題總是通過主節(jié)點傳輸，包含3個不同的字段：中斷、同步(sync)及標識符(ID)。響應(yīng)通過從任務(wù)傳輸，可位于主節(jié)點或從節(jié)點中，包含一個數(shù)據(jù)載荷及一個校驗和。
通常，主任務(wù)通過傳輸標題，在循環(huán)中輪詢每個從任務(wù)。該標題包含一個中斷-同步-ID序列。啟動LIN之前，每個從任務(wù)被配置為根據(jù)接收到的標題ID向總線發(fā)布數(shù)據(jù)或從總線訂閱數(shù)據(jù)。一旦收到標題，每個從任務(wù)將驗證ID校驗，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個校驗和字節(jié)。若從任務(wù)需要訂閱，將從總線讀取數(shù)據(jù)載荷和校驗和字節(jié)，并采取適當?shù)膬?nèi)部動作。
對于標準從至主通信，主方廣播標識符至網(wǎng)絡(luò)，僅有一個從方響應(yīng)數(shù)據(jù)載荷。
主至從通信伴隨著一個主節(jié)點中的獨立從任務(wù)。該任務(wù)自我接收發(fā)布至總線的全部數(shù)據(jù)，并以獨立從節(jié)點的方式響應(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)布合適的幀標題，內(nèi)部從任務(wù)傳輸其數(shù)據(jù)載荷至總線。
圖2. LIN消息幀
1. 中斷
每個LIN幀都以中斷作為開始，包含13個顯性位（額定），后接一個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。
2. 同步
同步字段是主任務(wù)在標題中傳輸?shù)牡诙€字段。同步被定義為字符x55。同步字段允許進行自動波特率檢測的從設(shè)備測量波特率周期，并調(diào)節(jié)其內(nèi)部波特率，與總線進行同步。
3. ID
ID字段是主任務(wù)在標題中傳輸?shù)淖詈笠粋€字段。該字段識別網(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)點接收或響應(yīng)每個傳輸。所有從任務(wù)連續(xù)監(jiān)聽ID字段、驗證其校驗，并決定其是否是該特定標識符的發(fā)布者或訂閱者。LIN總線一共能提供64個ID。ID 0～59用于信號攜帶（數(shù)據(jù)）幀，60和61用于攜帶診斷數(shù)據(jù)，62預(yù)留給用戶自定義擴展，63預(yù)留給未來協(xié)議升級。ID作為一個受保護的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。
| 受保護的ID(7:6) |
受保護的 ID(5:0) |
|
| P(1) | P(0) | ID(5:0) |
| ID(1) ^ ID(3) ^ ID(4) ^ ID(5) | ID(0) ^ ID(1) ^ ID(2) ^ ID(4) | 0–63 |
?
表2. 校驗計算方法
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. 校驗和
從任務(wù)在響應(yīng)中傳輸校驗和字段。LIN總線采用2個校驗和算法之一，以計算8位校驗和字段中的值。經(jīng)典校驗和的計算方法是單獨累加數(shù)據(jù)字節(jié)，而增強校驗和的計算方法則是累加數(shù)據(jù)字節(jié)及受保護的ID。
LIN 2.0規(guī)范將校驗和的計算過程定義為：累加所有值，且當總和大于等于256時減去255（與modulo-255或modulo-256不同）。根據(jù)LIN 2.0標準，經(jīng)典校驗和用于LIN 1.3從節(jié)點，而增強校驗和用于LIN 2.0從節(jié)點。該規(guī)范進一步規(guī)定，ID 60～63應(yīng)該總是使用經(jīng)典校驗和。NI LIN接口允許設(shè)置校驗和類型為經(jīng)典或增強。默認設(shè)置為經(jīng)典。根據(jù)LIN 2.0規(guī)范，無論如何設(shè)置校驗和屬性，ID 60～63總是使用經(jīng)典校驗和。
圖3顯示了主任務(wù)標題和從任務(wù)響應(yīng)如何組合成一個完整的LIN幀。
圖3. 創(chuàng)建LIN幀
3. LIN總線定時
? ? ? ?由于LIN總線是輪詢總線，處理每幀分配的額定時間槽如下：
? ? ? ?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間槽如下：
? ? ? ?THeader_Maximum = 14 * THeader_Nominal
? ? ? ?TResponse_Maximum = 1.4 * TResponse_Nominal
? ? ? ?TFrame_Maximum = THeader_Maximum + TResponse_Maximum
4. LIN拓撲結(jié)構(gòu)及行為
? ? ? ?LIN總線連接一個主設(shè)備（節(jié)點）和一個或多個從設(shè)備（節(jié)點），成為一個LIN簇。對應(yīng)的功能文件描述了該節(jié)點的行為。節(jié)點功能文件輸入系統(tǒng)定義工具，生成LIN描述文件(LDF)，描述整個簇的行為。系統(tǒng)生成器解析LDF，自動生成目標節(jié)點中的特定行為。此時，按照LDF中指定的方式，主節(jié)點主任務(wù)開始在總線上傳輸標題，簇中的所有從任務(wù)（包括主節(jié)點自己的從任務(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)傳輸標題時的順序及時間延遲，以及響應(yīng)時每個從任務(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)隊列存儲從任務(wù)響應(yīng)。響應(yīng)隊列保留64個響應(yīng)，與每個為LIN指定的（最多64個）ID一一對應(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)時間內(nèi)響應(yīng)標題。
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)用程序中實現(xiàn)這些任務(wù)。
5. LIN錯誤檢測及限制
? ? ? ?LIN 2.0規(guī)范聲明，應(yīng)當由從任務(wù)處理錯誤檢測，且主任務(wù)的錯誤監(jiān)控不是必需的。LIN 2.0規(guī)范不要求在一個LIN幀中處理多個錯誤，也不要求使用錯誤計數(shù)器。一旦在幀內(nèi)遇到第一個錯誤，從任務(wù)將中止幀處理，直到檢測到下一個中斷-同步序列（在主任務(wù)傳輸?shù)南乱粋€標題中）。若記錄總線錯誤屬性設(shè)置為true，那么總線錯誤幀將記錄至讀取隊列。若記錄總線錯誤屬性設(shè)置為false，ncWriteNet或ncWriteNetMult將返回錯誤。
LIN還可向網(wǎng)絡(luò)提供錯誤報告。LIN 2.0規(guī)范定義了一個Response_Error狀態(tài)位，其中，從設(shè)備需在其傳輸?shù)囊粠邢蛑髟O(shè)備報告。當從節(jié)點接收或傳輸?shù)膸捻憫?yīng)字段中包含錯誤，該位設(shè)置完畢。通過從任務(wù)的已發(fā)布響應(yīng)中傳輸后，該狀態(tài)位就被清空。用于LIN的NI-CAN幀API無法對Response_Error狀態(tài)位提供原生支持，但終端用戶可在應(yīng)用程序?qū)虞p松實現(xiàn)該功能。該過程將記錄總線錯誤屬性設(shè)置為1，允許在讀取隊列中記錄總線錯誤幀。錯誤代碼代表響應(yīng)中的錯誤，應(yīng)用程序可通過該代碼，監(jiān)控總線錯誤幀的讀取。這時，應(yīng)用程序?qū)⒃诰植孔兞恐性O(shè)置一個Response_Error狀態(tài)位。應(yīng)用程序可使用NI LIN響應(yīng)輸入幀類型，更新從響應(yīng)隊列中包含Response_Error狀態(tài)字段的數(shù)據(jù)，并清空局部變量中的字段。
6. LIN睡眠和喚醒
? ? ? ?LIN的特色是允許設(shè)備進入睡眠狀態(tài)并節(jié)約用電。根據(jù)LIN 2.0規(guī)范，當主任務(wù)發(fā)送的診斷主要求幀(ID=60)首個數(shù)據(jù)字節(jié)等于0時，所有從任務(wù)必須進入睡眠模式。該特殊幀稱為睡眠命令。若LIN的非活動時間大于4秒，從任務(wù)也將自動進入睡眠模式。用于LIN的NI-CAN幀API允許用戶在應(yīng)用程序?qū)訉IN接口設(shè)置為睡眠模式，提供了極大的便利性。一旦接收到包含睡眠請求信息的完整幀，或表明總線非活動時間超過4秒的總線非活動幀，用戶可設(shè)置LIN Sleep屬性為TRUE，讓LIN接口進入睡眠模式。
LIN還可喚醒總線上的設(shè)備?？偩€上的任何節(jié)點都可發(fā)起喚醒任務(wù)（不論是從節(jié)點還是主節(jié)點）。根據(jù)LIN 2.0規(guī)范，強制總線顯性時間持續(xù)250 μs至5 ms可觸發(fā)喚醒請求。每個從節(jié)點應(yīng)當檢測喚醒請求，并在100 ms內(nèi)準備好處理標題。主節(jié)點也應(yīng)當檢測喚醒請求，并在從節(jié)點準備完畢時開始發(fā)送標題（在接收到喚醒請求的100 ms至150 ms內(nèi)）。若主節(jié)點未在接收首個喚醒請求后的150 ms內(nèi)發(fā)送標題，請求喚醒的從節(jié)點可能發(fā)起第二次喚醒請求（并再次等待150 ms）。若主節(jié)點仍無響應(yīng)，從節(jié)點將發(fā)起第三次喚醒請求，并再次等待150 ms。若仍然無響應(yīng)，從節(jié)點必須等待1.5秒，才可發(fā)起第四次喚醒請求。根據(jù)LIN 2.0規(guī)范，用于LIN的NI-CAN幀API允許執(zhí)行喚醒，無論LIN接口作為主設(shè)備還是從設(shè)備運行。
7. 高級幀類型
? ? ? ?LIN 2.0規(guī)范進一步將LIN幀分為6種類型：
1、無條件型
2、事件觸發(fā)型
3、偶發(fā)型
4、診斷型
5、用戶定義型
6、預(yù)留型
值得指出的是，不同幀類型之間的區(qū)別在于其傳輸方式的定時，或數(shù)據(jù)字節(jié)的內(nèi)容。不論屬于哪種類型，一個完整的LIN幀總是包含一個由主任務(wù)傳輸?shù)臉祟}和一個由從任務(wù)傳輸?shù)捻憫?yīng)。用于LIN的NI-CAN幀API可處理各種LIN指定幀類型。無條件幀類型最為常用。無條件幀可攜帶信號（數(shù)據(jù)），標識符位于0～59的區(qū)間內(nèi)。
事件觸發(fā)幀類型試嘗試預(yù)留總線帶寬，方法是在一個幀槽時間內(nèi)從多個從節(jié)點請求一個無條件幀響應(yīng)。
事件觸發(fā)幀的ID位于0～59的范圍內(nèi)。若主節(jié)點從無條件幀對其發(fā)起查詢，每個可能響應(yīng)事件觸發(fā)型標題ID的從節(jié)點將在首個數(shù)據(jù)字段載入其需要響應(yīng)的受保護ID。事件觸發(fā)幀的工作原理如下。主方在標題中寫入一個事件觸發(fā)ID。從方在數(shù)據(jù)更新時，只響應(yīng)事件觸發(fā)ID。
若僅有一個從方發(fā)布響應(yīng)，主方將接受該響應(yīng)，并在讀取第一個數(shù)據(jù)字段后了解哪個從方（根據(jù)受保護的ID）發(fā)布了該響應(yīng)。若有多個從方發(fā)布響應(yīng)，將發(fā)生碰撞，主設(shè)備的從任務(wù)將報告總線錯誤。主設(shè)備將通過無條件幀從每個從方查詢響應(yīng)。
偶發(fā)幀嘗試向LIN提供一些動態(tài)行為。偶發(fā)幀總是攜帶信號（數(shù)據(jù)），ID范圍為0～59。當主任務(wù)知道幀內(nèi)數(shù)據(jù)值（信號）已更新時，偶發(fā)幀的標題應(yīng)當僅在其幀槽內(nèi)發(fā)送。該要求使主設(shè)備的從任務(wù)成為偶發(fā)幀響應(yīng)的標準發(fā)布者。
診斷幀的長度總是8數(shù)據(jù)字段，攜帶診斷或配置數(shù)據(jù)。對于主請求幀，其ID為60；對于從請求幀，其ID為61。用戶定義幀的ID為62，可攜帶任意類型的信息。保留幀的ID為63，且必須在LIN 2.0簇內(nèi)使用。
8. 推薦的PC LIN接口
NI-XNET LIN
NI-XNET產(chǎn)品線包括加速的CAN、LIN以及FlexRay接口；優(yōu)化的驅(qū)動；易用的API；以及配置和調(diào)試工具。通過NI-XNET接口，用戶可在NI LabVIEW、LabVIEW Real-Time和C/C++中更加快捷簡單地開發(fā)應(yīng)用程序，用于原型設(shè)計、仿真和測試CAN、LIN以及FlexRay網(wǎng)絡(luò)。
NI-XNET PCI/PXI及C系列LIN接口還具備集成式LDF支持、硬件定時調(diào)度主任務(wù)以及幀和信號通信。
圖4. 用于CAN、LIN和FlexRay的NI-XNET平臺
NI USB LIN
圖5. NI USB-8476 LIN接口
用戶還可通過NI?USB-8476 LIN接口與LIN設(shè)備進行通信。這是一種廉價、可移動的與LIN網(wǎng)絡(luò)進行通信的方法。??
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