汽车底层网络协议LIN的介绍

为了提高汽车的安全性、经济性和舒适性，电子技术在汽车上被广泛应用、汽车上的电子控制单元（控制器、控制模块）也越来越多（图4-40），如果仍采用常规的布线方式，将导致车上电线数目急剧增加，增加了成本、降低了车辆的可靠性并增加了维修难度。一辆采用传统布线方法的高档汽车，其导线长度可达2000m，电气节点达1500个，电线的重量可以达到40～60kg。为便于多个电子控制单元之间相互连接、协调工作和信息共享，汽车控制器局域网络CAN（Controller Area Network）应运而生。

图4-40　汽车上的应用电子控制装置

早期的汽车网络没有自身的通用网络标准，而是采用一些现有的常规标准。汽车生产厂家也主要是沿用汽车技术的传统发展模式，根据需要和自己以往的基础来开发网络系统，开放性很差。汽车网络的控制单元与信息往往有多种不同的来源，依地区或厂家的不同而制定不同的规范。

20世纪80年代初，CAN是德国BOSCH公司在为了解决汽车众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发了一种串行数据通信协议。汽车CAN总线的技术背景来源于工业现场总线和计算机局域网这样非常成熟的技术，因此具有很高的可靠性和抗干扰性。

CAN经过多次修订，于1991年9月形成技术规范2.0版本。该版本包括2.0A和2.0B两部分。其中2.0A给出了报文标准格式，2.0B给出了报文标准和扩展两种格式。推出2.0B是为了满足美国汽车制造商对C类网应用的要求。

1993年11月国际标准化组织正式颁布了CAN国际标准ISO11898，为CAN标准化、规范化的推广铺平了道路。

20世纪90年代以后，车上媒体网络、线控系统网络和智能交通系统网络的研究开始兴起，在网络协议、支撑软硬件技术和元器件等方面多处于试制性阶段。线控系统网络协议主要有两个选择：一个是TTP/C（Time Triggered Protocol/SAE Class C，满足SAEC级网络标准的时间触发协议），目前有Audi、Volkswagen、Honeywell和Delphi等倾向于选用这个协议作为线控网络的协议标准；另一个是FlexRay，其动态部分为byteflight协议，这是一种既支持时间触发访问方式，又支持事件触发访问方式的协议，目前有BMW、Motorola、Philips半导体公司、Bosch和GM等倾向于选用这个协议作为线控网络的协议标准。为了弥补CAN事件触发访问方式在实时控制应用中的缺陷，Bosch也推出了支持时间触发访问方式的CAN协议TTCAN。

随着汽车视听设备、通信设备和信息服务设备的广泛应用，1998年BMW、Daimler-Chrysler、Harman/Beeker和OASIS Silicon Systems等公司建立了在汽车上推广使用汽车媒体网络MOST标准的合作机构，车上媒体网络从此诞生。

汽车工程师协会（SAE—Societyof Automtive Engineers）按照汽车上网络系统的性能由低到高划分为三个等级标准：A级、B级和C级网络。A级网络数据传输速度小于10KB/s，主要用于要求价格低，数据传输速度、实时性以及可靠性要求较低的情况，如车身系统的门窗和后备箱网络系统。A级网络也作为一些传感器和执行器级别的底层局部连接总线使用。B级网络数据传输速度10～125KB/s，主要用于对数据传输速度要求较高的系统，包括一些车身控制系统、仪表板及低档的实时控制系统以及故障诊断系统等。C级网络数据传输速度125～1000KB/s，主要用于可靠性和实时性要求较高的系统，如发动机和动力传动系的实时控制系统、线控系统等。

（一）CAB—BUS系统

在现代轿车的设计中，CAN总线已成为汽车网络的标准装备，奔驰、宝马、大众、沃尔沃和雷诺等汽车公司以及美国通用、福特汽车公司都采用了CAN作为控制器联网的手段。目前汽车上的网络连接方式通常采用两条CAN，一条用于驱动系统的高速CAN，速率达到500KB/s；另一条用于车身系统的低速CAN，速率是100KB/s。高速CAN的主要连接对象是发动机控制器、ABS及ASR控制器以及安全气囊控制器等。低速CAN主要连接和控制汽车内外部照明、灯光信号、空调、组合仪表及其他辅助电器等。CAN总线典型的总线结构组成如图4-41所示。动力系统CAN和车身系统CAN这两条独立的总线之间设计有“网关”，以实现在各个CAN之间的资源共享，并将各个数据总线的信息反馈到仪表板上。有些先进的轿车除了上述两条CAN总线外，还会有第三条CAN总线，它主要负责卫星导航及智能通信系统。采用CAN总线控制的汽车信息系统的结构如图4-42所示。

图4-41　CAN总线典型的总线结构（多终端结构）

图4-42　采用CAN总线控制的汽车信息系统的结构

CAN具有多主节点、开放式结构、错误检测及自恢复能力等优点。CAN总线的通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率为5～1000KB/s，通信距离与通信速率成反比，可达0.01～10kin（1in=0.0254m），可完全满足汽车网络通信的要求。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码，使网络内的节点个数在理论上不受限制。

CAN网络还可实现无线传输。在两个相对运动的子系统间进行连接时，可把CAN网络在适当地方打开，然后加入一对无线CAN网桥，通过这对节点实现无线连接的两部分的通信。实现这种无线连接的媒体可以是电磁波、红外线等。

（二）LAN—BUS系统(www.xing528.com)

局部连接网络简称LIN（Local Interconnect Network）是由Audi、BMW、Daimler—Chrys-ler、Motorola、Volcano Communications Technologies（VCT）、Volkswagen和Volvo等公司组成的LIN联合体提出的一个汽车底层网络协议。其目的是给出一个价格低廉、性能可靠的低速网络，在汽车网络层次结构中作为低端网络的通用协议，并逐渐取代目前各种各样的低端总线系统。LIN标准于1999年7月发行LIN1.0版本，2000年4月发行LIN1.1版本，2000年11月发行LIN1.2版本。

LIN网络及其开发应用，将会降低车上电子系统开发、生产、使用和维护的费用。LIN网络典型的应用是车上传感器和执行器的联网，LIN网络结构如图4-43所示。按SAE的车上网络等级标准，LIN属于汽车上的A级网络。

图4-43　LIN网络结构

LIN采用单主/多从、带信息标识的广播式信息传输方式，网络节点根据在通信中的地位分为主节点和从节点。为了降低成本，LIN网络中，从节点的同步不需要固定的时间基准。LIN完全满足汽车环境的电磁环境兼容性EMC（Electro Magnetic Compatibility）、静电放电ESD（Elecrt Static Dischage）和抗噪声干扰EMI（Electro Magnetic Interference）的要求。

受单线传输媒体电磁干扰的限制，LIN最大位流传输速度为29Kb/s；另一方面，为了避免与实际系统定时溢出时间发生冲突，最小位流传输速度限定为1Kb/s。在实际应用系统中，支持LIN的元器件传输速度：低速为2400b/s，中速为9600b/s，高速为19200b/s。

（三）MOST网络

汽车多媒体设备、信息设备的MOST网络（Media Oriented Systems Transport，简称MOST）是媒体信息传送的网络标准。1998年开始建立的MOST标准合作机构，到2000年已经发展为有Audi、BMW、Daimler—Chrysler、Fiat、Ford、Opel、Porsche、PSA、Renault、Saab、Toyota以及Volvo等汽车公司和Bosch、Delphi、FujitsuTen、Infineon、Motorola、No-kia、Philips以及Siemens等几十家汽车部件公司加盟的联合体。

MOST联合体的第一个目标是建立一个高速、低成本的汽车媒体网络标准。

MOST网络具有以下特点。

①保证低成本的条件下，达到24.8Mb/s的数据传输速度。

②不需要额外的主控计算机系统，结构灵活、性能可靠和易于扩展。

③使用光纤作为信息传输介质，可以连接视听设备、通信设备以及信息服务设备。

④支持“即插即用”方式，在网络上可以随时添加和去除设备。

⑤支持声音和压缩图像的实时处理、支持数据的同步和异步传输等。

MOST网络的特点非常适应汽车多媒体设备应用环境的需要，具有可靠、成本低、系统简单、结构灵活、数据兼容性好和良好的抗电磁干扰性能。使用光纤可以减少250m线束，减轻4.5kg重量。随着车上信息设备的不断增加，通过声控系统访问这些设备是最安全和最经济的方式，MOST网络将是首选人机接口方式，通过MOST网络把人机语音接口与车上多媒体设备、通信设备以及其他信息设备连接，实现车上语音设备与操作者的对话。车上多媒体设备、信息设备的MOST网络应用如图4-44所示。

图4-44　车上多媒体设备、信息设备的MOST网络应用