Что такое lin шина в автомобиле? - Avtoshkola-Rodina.ru

Что такое lin шина в автомобиле?

Cтремительное увеличение блоков управления заставило производителей искать новые пути решения задач для поддержания бесперебойной и стабильной связи между блоками управления: шина LIN, шина MOST, беспроводная шина Bluetooth

Что такое lin шина в автомобиле?

Что такое lin шина в автомобиле?

Диагностика и ремонт: Шина системы Lin

В середине 90-х годов для обеспечения безопасности и комфорта на автомобиле «представительского» класса могло быть от 10 до 15 блоков управления.
В настоящее время такого количества блоков управления уже недостаточно, оно увеличилось, возможно, в два раза (или больше).

Такое стремительное увеличение количества блоков управления заставило производителей искать новые пути решения задач для поддержания бесперебойной и стабильной связи между блоками управления.

И в настоящий момент уже существуют следующие технологии передачи данных:
– шина LIN (однопроводная шина)
– шина MOST (оптоволоконная шина)
– беспроводная шина Bluetoot h

В данной статье мы рассмотрим шину LIN .

Шина под названием » LIN » — это сокращение от полного названия: » Local Interconnect Network «, то есть, «локальная коммутируемая сеть».
Это означает. что все коммутируемые блоки управлению подключены и располагаются в пределах одного ограниченного пространства, например, крыши автомобиля, двери автомобиля и так далее.
Обмен данными между коммутируемыми блоками системы LIN происходят по шине данных CAN .
У шины LIN есть особенность: она однопроводная.

Цвет изоляции провода — фиолетовый (на нем может быть цветная маркировка).
Толщина провода (площадь поперечного сечения) составляет около 0.35 мм2.
Провода шины LIN экранировать не обязательно.

Однако, как уже говорилось, скорости передачи данных по шине CAN и шине LIN различные.
Различными также являются и сигналы.

Для этого был придуман так называемый «Блок управления LIN-Master «, который является своеобразным «переводчиком» между шиной LIN и шиной CAN :

У этого блока существует довольно много задач:
— контроль передачи данных
— контроль скорости передачи данных
— постоянная диагностика работоспособоности всех блоков, подключенных к шине LIN

Итак, что такое LIN Master мы разобрались.
Но есть еще такое понятие, как LIN Slave .

Это не что иное, как исполнительные механизмы, электронные или электронномеханические узлы или блоки, получающие команды от блока LIN Master .
Но не только команды.

Может (и постоянно идет) опрос всех подключенных компонентов по текущему и фактическому состоянию, для своевременного обнаружения неисправности и возможности выполнять заданные функции.

Как видно из фото 1, для нескольких исполнительных механизмов требуется только один контакт () в блоке pin LIN Master .

Скорость передачи данных в шине LIN невысокая и составляет приблизительно от 5 до 25 кбитсек.

Рецессивный уровень
Если на шину данных LIN не будет послана телеграмма или рецессивный бит, то на шину данных подается напряжение, практически равное напряжению аккумуляторной батареи.

Доминантный уровень

Для передачи доминирующего бита по шине данных LIN в передающем блоке управления шина данных замыкается на массу через приемопередатчик (трансивер) — см. фото 2 :

Надежность и стабильность передачи данных обеспечивается установлением определенных допусков в сигналах на рецессивном и доминантном уровнях.

Между блоками Slave и Master постоянно «курсируют» телеграммы определенной формы.

Блок управления LIN Master периодически посылает телеграммы, которые строго разделены на четыре составляющие:

1 — пауза в синхронизации
2 — ограничение синхронизации
3 — поле синхронизации
4 — поле идентификатора

В посланной телеграмме, так называемая «пауза в синхронизации» нужна для того, что бы «сообщить» блокам о том, что посылается телеграмма. Минимальная пауза в синхронизации равняется времени передачи 13 битов. Пауза посылается с доминантным уровнем.

Поле синхронизации требуется для того, что бы все исполнительные блоки могли настроиться или проверить свои настройки перед приемом телеграммы — оно состоит из строго определенной последовательности битов 0101010101.

Применение локальной шины LIN в современном автомобиле

В этой статье автор рассматривает алгоритм работы однопроводной шины LIN (Local Interconnect Network — локальная коммутационная сеть) — интерфейса, который присутствует в любом современном автомобиле.

Развитие прогресса в автомобилестроении неуклонно ведет к повышению требований к управлению, возрастает объем функций, на совершенно новый уровень переходит информационная составляющая о работе и поведении автомобиля. В связи с этим бортовая электроника наращивает свое присутствие в современном автомобиле. По статистике, количество блоков управления в нем за последние 15 лет увеличилоь более чем в пять раз, и эта тенденция сохраняется. Потребителю хочется иметь полный контроль над любимым авто и над дорогой. Последние модели могут обойтись в сложной ситуации без водителя и принять решение согласно заложенной программе. Такие вопросы, как парковка или проезд по размытому участку сельской дороги машина может решить самостоятельно, без участия человека. С каждым годом все реальнее и ближе введение элементов автопилотирования, применяемых в авиации.

Увеличившееся число электронных модулей вынудило, в свою очередь, находить и внедрять новые технологии передачи данных между отдельными блоками управления. В вычислительной технике они уже давно существовали, поэтому оставалось только перенести опыт их использования и стандартизировать применительно к автомобилю. Сначала произошло внедрение шины данных CAN. У ведущих проиводителей это случилось в середине 90-х годов. Однако пропускной способности и скорости этой технологии хватило примерно лет на 10, после чего встал вопрос о дальнейшем развитии системы передачи информации. Особенно заметны проблемы стали после повсеместного применения инормационно-развлекательного контента. Вместе с ним пришли и технологии, применяемые в кабельном телевидении и в современных системах связи, включая диагностику и сервис.

В итоге к завоевавшей уважение и известной шине CAN на сегодня добавились:

— шина LIN (однопроводная шина);

— шина MOST (оптоволоконная шина) (рис. 1);

— беспроводная шина Bluetooth™.

Рис. 1. Оптоволоконная шина MOST в современном автомобиле

В этой статье мы рассмотрим алгоритм работы однопроводной шины LIN. Local Interconnect означает, что все блоки управления данной сети находятся в пределах одного условно ограниченного модуля (к примеру: багажника, крыши, мотора вентилятора и др.).

Она может обозначаться еще и как «локальная подсистема». Обмен данными между отдельными системами шин LIN одного автомобиля осуществляется через соответствующий блок управления по шине данных CAN. Говоря о шине LIN, необходимо понимать, что речь идет об однопроводной шине. Площадь поперечного сечения провода составляет 0,35 мм 2 . Экранирование кабеля не является обязательным условием. Цвет изоляции может быть различным, в автомобилях «Ауди» он фиолетовый. Алгоритм работы шины LIN интуитивно понятен и от того прост для освоения. Он позволяет осуществлять обмен данными между одним блоком управления LIN, его называют Master, и подчиненными блоками Slave.

Блок управления LIN Master

Напомним, что блоки управления LIN Master сопряжены с шиной данных CAN и выполняют мастер-функции управления определенной шиной LIN.

Приведем основные функции блока LIN Master:

— контролирует передачу данных в шине LIN и скорость обмена;

— отправляет посылки-телеграммы в шину LIN. В его ПО заложен цикл, какому подчиненному блоку, когда, как часто и какие посылки-телеграммы отправлять;

— выполняет функцию сопряжения подчиненных блоков шины LIN с шиной данных CAN, так как является единственным блоком управления отдельной шины LIN, подключенным к шине данных CAN (рис. 2);

Рис. 2. Применение шины LIN в современном автомобиле

— обеспечивает процесс диагностики подключенных блоков управления LIN Slave (рис. 3).

Рис. 3. Блоки управления LIN Slave

Блоки управления LIN Slave

Подключенные или подчиненные блоки управления LIN Slave в рамках отдельной системы шины данных LIN выполняют функции контроля и управления работой отдельных устройств, например, мотора вентилятора, привода люка в крыше, а также датчиков и исполнительных механизмов (датчик уклона, ручного тормоза, сирена противоугонной сигнализации и т.д.). Датчики измеряют или контролируют какие-либо величины и передают сигнал в аналоговом виде. Блок управления LIN Slave анализирует и преобразовывает принятые параметры в цифровую форму. Затем эти величины передаются по шине LIN в виде цифрового сигнала.

Блок управления LIN Master опрашивает исполнительные устройства (посылает телеграмму), получает информацию о состоянии, что позволяет провести сравнительный анализ между фактическим и расчетным состоянием и влиять на работу исполнительных механизмов через блоки управления LIN Slave. Каждый блок LIN Slave обладает электронными или электромеханическими функциями и имеет свой адрес. Адрес передается в заголовке посылки-телеграммы и его опознает блок, за которым закреплен этот адрес, иными словами происходит идентификация обращения.

Технически интерфейс LIN реализуется просто и надежно. Сопряжение блоков LIN Slave с управляющим блоком LIN (Master) осуществляется по однопроводной линии с помощью одноконтактного разъема, одного на всех.

Рассмотрим алгоритм передачи данных.

Скорость шины LIN примерно в 5 раз меньше скорости шины CAN и составляет до 20 кбит/сек. Реализовано это для того, чтобы не перегружать шину CAN. Цифровые сигналы, как это давно уже принято в вычислительной и связной технике, передаются высоким и низким уровнями сигналов. Размах сигналов зависит от уровня напряжения питания. В автомобиле используется бортовое напряжение 12 В (14,4 В при работе генератора). Отсюда и уровни сигналов шин — от 0 до 12 В.

Если по шине LIN не происходит передача телеграмм или передается «рецессивный» бит, то уровень сигнала будет около 12 В, если будет передан «доминантный» бит, то передатчик замыкает на «массу» и уровень будет близок к нулю (рис. 4) Последовательность доминантных и рецессивных битов и составляет телеграмму, с помощью которой блок управления LIN Master обменивается с блоками LIN Slave. В различных модификациях приемопередатчиков (трансиверов) внешний вид рецессивных и доминантных уровней может иметь отличия.

Рис. 4. Осциллограмма сигналов шины LIN

Чтобы устранить влияние различных факторов на качество работы шины LIN, при передаче возможны отклонения от заданных уровней (0 и 12 В) не более чем на 2 В (рис. 5).

Рис. 5. Диапазон напряжений при передаче

Уровень приема еще более защищен и сигналы принимаются амплитудой с отклонением до 40% от заданных (рис. 6).

Рис. 6. Диапазон напряжений при приеме

Опишем непосредственно «телеграммы», с помощью которых происходит общение блоков по шине LIN.

Блок управления LIN Master посылает телеграмму блоку LIN Slave и в заголовке передается код операции — что именно надо сделать. Например, необходимо переслать показания датчиков, измеряющих скорость вращения вентилятора, т.е. переслать информацию о величине скорости, которую данные датчики измеряют. Это первый видтелеграммы — опросный.

В ответ блок LIN Slave пересылает телеграмму с измеренными величинами. Это второй вид телеграммы — ответный.

Блок управления LIN Master анализирует показания датчиков, пересланные от блока LIN Slave, и посылает телеграмму с указаниями изменить скорость вращения. Это третий вид телеграммы — управляющий.

По такому алгоритму и происходит обмен между блоками, сопряженными шиной LIN.

Реализация этого алгоритма начинается с того, что блок LIN Master с определенным циклом обращается к блокам LIN Slave, посылая заголовок телеграммы (рис. 7). Цикл обращения установлен программным обеспечением и может изменяться в зависимости от ситуации, режимов работы автомобиля и других факторов.

Рис. 7. Осциллограмма заголовка телеграммы

Обращение относится ко всему возможному оборудованию, если каких-либо устройств нет на шине LIN, а это зависит от количества опций, которое оплачено владельцем, то обмен с отсутствующими блоками не состоится. Иными словами, на свой запрос к некоторым возможным блокам LIN Slave останется без ответа, ибо эти блоки просто отсутствуют в данной модификации. Это обстоятельство не влияет на работу. Если данные блоки будут поставлены, алгоритм работы с ними восстановится, напомним, что их может быть до 16-ти на каждый блок управления LIN Master.

Читайте также  Что такое drl в автомобиле?

Теперь подробнее о самой реализации взаимодействия.

Как было сказано ранее, блок управления LIN Master посылает с разной периодичностью, зашитой в программном обеспечении, опросные телеграммы. Каждая телеграмма содержит заголовок (Header) и собственно текст, состоящий из переданных данных.

Заголовок состоит из четырех частей (рис. 7):

— пауза в синхронизации;

Опишем каждую из них.

Пауза в синхронизации (synch break)

Представляет собой не менее 13-ти битов, пересылаемых доминантным уровнем, что в вычислительной технике расценивается как передача не менее 13-ти «нулей». Блоки LIN Slave имеют возможность настроиться на прием телеграммы, ибо в тексте самой телеграммы не может быть подобной информации и столь долгая передача только доминантного уровня подсказывает блокам, что после этого поля последуют другие.

Окончание синхронизации (synch delimiter)

Эта часть передается рецессивным уровнем (около 12 В), что соответствует передаче «единицы» и сообщает блокам LIN Slave о том, что пауза закончилась и необходимо приготовиться к синхронизации.

Поле синхронизации (synch field)

Эта часть заголовка служит для непосредственной настройки блоков LIN Slave на работу с блоком управления LIN Master. Поле состоит из последовательности доминантных и рецессивных битов, то есть последовательности «нулей» и «единиц». Таким образом синхронизируется частота, на которой блоки LIN Slave должны работать по шине LIN, принять поле идентификатора и последующие за ним данные.

Это поле состоит из восьми бит. В первых 6-ти битах передаются адрес блока LIN Slave для его опознавания (идентификации) и количество полей для передачи данных, отведенных для ответа (от 0 до 8). Два оставшихся бита предназначены для передачи контрольной суммы. Контрольная сумма вычисляется согласно определенному алгоритму и необходима для того, чтобы избежать ошибок в передаче. При совпадении контрольной суммы оборудование считает что информация передана корректно.

Получая информацию о количестве полей для передачи данных (Datafields), блок LIN Slave передает данные о состоянии сопряженных с ним датчиков, например, о скорости вращения вентилятора. Каждое поле — это 10 бит информации, из них первый бит — доминирующий стартовый, далее передается байт (8 бит) информации и заканчивается поле стоповым рецессивным битом (рис. 8). Стартовый и стоповый биты служат для синхронизации при передаче данных.

Рис. 8. Осциллограмма ответа

В свою очередь, блок управления LIN Master принимает информацию, в нашем примере — это скорость вращения вентилятора. Если скорость вращения удовлетворяет ситуации и не требуется ее коррекция, то блок управления LIN Master через некоторое время (определяется ПО) снова пошлет запрос в виде телеграммы для контроля за работой данного блока LIN Slave.

Если необходимо изменить скорость вращения вентилятора, то блок управления LIN Master посылает телеграмму с нужной скоростью вращения, и блок LIN Slave, получив указание, изменяет скорость вентилятора (рис. 9).

Рис. 9. Регулировка скорости вращения вентилятора

Напомним, что опрос блоков LIN Slave осуществляется с частотой, заложенной в программном обеспечении, но при изменении ситуации эта частота может меняться. Факторов к изменению частоты обращения к блокам LIN Slave тем больше, чем лучше ПО и чем современнее бортовое оборудование автомобиля.

Комплектация современного автомобиля может быть разной, и если блок управления LIN Master имеющий полное ПО, посылает запрос несуществующему блоку LIN Slave, то заголовки телеграмм возвращаются к LIN Master без ответа (рис. 10). Это не мешает алгоритму работу шины LIN и при установке соответствующего блока LIN Slave незамедлительно начинается его опрос и контроль работы со стороны блока управления LIN Master.

Рис. 10. Осциллограммы с заголовками телеграмм без ответов

Алгоритм работы шины LIN постоянно находится под контролем блока управления LIN Master и потому защищен от несанкционированного внешнего доступа (от блоков, размещенных за наружной обшивкой автомобиля), что и позволяет размещать блоки LIN Slave, которые работают только на выполнение команд от LIN Master и не требуют передачи данных на внешних деталях машины. Вмешательство извне затруднено, поэтому, к примеру, блок управления открытием гаражных ворот может располагаться в переднем бампере.

Диагностика шины LIN и всех блоков, сопряженных с этой линией, осуществляется через диагностический разъем. При тестировании происходит имитация обмена между блоками, анализируются ответы от блоков LIN Slave и задающие команды от LIN Master.

1. Новые технологии обмена данными — LIN, MOST, BluetoothTM. Программа самообучения 286.

Автор: Михаил Митин (г. Москва)

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

LIN — цифровая шина в автомобиле

LIN -шина, это однопроводная цифровая шина для управления по одному проводу группой разнообразных исполнительных устройств, широко применяемая в современных автомобилях. Например двигателями заслонок климата, корректорами фар, замками и стеклоподъемниками дверей и т.п. Конкретно у меня сейчас стоит задача заставить управлять шаговыми двигателями корректора фар. Шаговые двигатели управляются драйвером-контроллером AMIS-30621 Моя задача сделать контроллер, который бы умел контролировать и управлять шаговыми моторчиками корректора фар. А чтоб сделать контроллер, необходимо изучить сам протокол данных LIN и конкретно сам даташит драйвера.
Протокол LIN достаточно не сложный, не быстрый, но при этом надежный и в общем мне очень понравился. В даташитах все подробно описано, я лишь пробегусь вкратце. Если кратко, то цифровая посылка LIN контроллера состоит из этого:

Sync Break — передача данных всегда начинается с притягиванию к нулю шины не менее чем на 13 тактов. Увидев эту притяжку, все устройства на шине оживают, и понимают, что сейчас пойдет что то интересное и начинают ждать. А далее следует:
Sync Field — сигнал синхронизации. Все устройства на шине обязаны подстроится под этот сигнал и подстроить свои тактовые сигналы.
PID Field — служебный байт, который содержит адрес конкретного устройства на шине, последующую длину данных байт и два бита контроля ошибок
Data — передаваемые данные, до восьми байт
Checksum — контрольная сумма

Общее описание стало понятно, пора было собрать макетную плату контроллера шины.
За основу взят микроконтроллер ATTiny13 и транслятор-приемник шины LIN TJA1020 Регулятор положения сделан на обычном энкодере. Вот получилась такая схема:

Далее пошло изучение даташита контроллера шагового мотора. AMIS-30621 это контроллер последнего поколения, который включает в себя все, что можно. Он имеет ЦАП, контроль тока, контроль температуры, напряжения, режим разгона-торможения, настройку силы тока и еще кучу настраиваемых параметров. Достаточно ему подать команду, насколько нужно нашагать, остальное полностью он делает сам. Очень умный драйвер короче. Даташит немного замудреный, много неясностей было при прочтении, но в итоге удалось оживить этого монстра, читать с него данные и управлять им. Вот пример из анализатора:

А вот пример из кода:
Сначала нужно считать данные состояния, это обязательное условие из даташита:
void GetFullStatus (void)
<
// PREPARING FRAME
SyncLIN (); // Sync Break и Sync Field
DataTX(0b00111100); // Identifier
DataTX(0x80); // AppCMD
DataTX(0x81); // CMD
DataTX(0b11110000); // slave address
DataTX(0xff); // DATA
DataTX(0xff); // DATA
DataTX(0xff); // DATA
DataTX(0xff); // DATA
DataTX(0xff); // DATA
DataTX(0b00001101); // CHK байт контроля ошибок

// READING FRAME
SyncLIN (); // Sync Break и Sync Field
DataTX(0B01111101);

В ответ драйвер мотора посылает восемь байт своего состояния, после этого можно слать команду установки на нужную позицию — мотор оживает и делает нужное количество шагов:
SyncLIN ();// Sync Break и Sync Field
DataTX(0x3c); // Identifier
DataTX(0x80); // AppCMD
DataTX(0x8b); // CMD
DataTX(0xf0); // AD1[6:0] slave address 1 шагового мотора
DataTX(0x55); // DATA нужная позиция 1 мотора (16 бит, поэтому в два захода)
DataTX(0xff); // DATA нужная позиция 1 мотора
DataTX(0xNN); // DATA slave address 2-го шагового мотора
DataTX(0xNN); // DATA нужная позиция 2 мотора (16 бит, поэтому в два захода)
DataTX(0xNN); // DATA нужная позиция 2 мотора
DataTX(0xNN); // CHK
контрольная сумма

Это минимальный код, заставляющий двигаться шаговый мотор. В железе это вышло так:

Внизу: плата контроллера
Слева: программатор
Вверху: шаговый мотор и драйвер

Плата драйвера крупнее:

В итоге можно организовать корректор вертикального положения фар, управляемый при помощи энкодера (управлять шаговым мотором при помощи шагового энкодера — что может быть лучше?) с отдельным управлением левой и правой фарой (для сервисной настройки фар) с возможностью оперативного изменения угла энкодером и все это от одного управляющего проводка.

Что такое шина LIN

Шина LIN – это простая последовательная однопроводная шина для автомобильных применений и используется в тех случаях когда применение CAN шины – дорого. По шине LIN управляются различные приводы (корректоры фар, заслонки климатической системы, приводы центрального замка), а так же собирается информация с простых датчиков (датчики дождя, света, температуры).

Для изучения шины LIN Вы можете использовать наш адаптер CAN-Hacker 3.0 с дополнительной опцией LIN анализатора.
А так же интерфейс CAN-Hacker CH-P

Пример системы управления дверью с шиной LIN и без нее:

Еще пример, в автомобиле Porsche Macan 2015 г. все привода и датчики климатической системы подключены к шине LIN а сам блок климат контроля связан с автомобилем при помощи CAN шины.

Дешевизна LIN обусловлена тем что реализация протокола LIN полностью программная и строится на базе обычного UART (родственник RS232, COM порт). Так же LIN не требует применения точных времязадающих цепей – кварцевых резонаторов и генераторов. Поэтому можно применять дешевые микроконтроллеры.

Скорость передачи данных

Скорость передачи данных на шине LIN стандартная для устройств построенных на базе UART: 2400; 9600; 10400; 19200; 20000 Бод. Это немного но достаточно для передачи данных от датчиков и для управления медленными механизмами.

Электрическая реализация LIN

Электрически интерфейс LIN реализован так же просто. В каждом узле линия шины подтянута к шине питания +12V. Передача осуществляется опусканием уровня шины до уровня массы GND. Микроконтроллер подключается к шине LIN при помощи специальной микросхемы Трансивера, например TJA1021

Подключение LIN трансивера к микроконтроллеру

Архитектура сети LIN

Особенностью шины LIN является то, что в сети присутствует два вида узлов: Master и Slave, Master – ведущий, Slave – подчиненный.

Master может опрашивать Slave о его состоянии, будить его, отправлять ему команды. Обмен информации на шине LIN происходит в формате обмена пакетами, и на первый взгляд может показаться что механизм идентичен шине CAN, это не так. Объясняем почему:

Структура LIN пакета выглядит так:

Frame – Header – заголовок кадра, который отправляется в шину Мастером. Включает в себя ID кадра

Frame – Response – данные которые отправляет Slave в ответ на запрос Master -а.

Уловите разницу – в шине CAN все узлы передают и ID кадра и данные. В шине LIN – заголовок пакета это задача Мастер-узла.

Поле Frame-Header состоит из полей:

BREAK – Это сигнал шине о том что мастер сейчас будет говорить

Читайте также  Как выбрать компрессор для покраски автомобиля?

Поле синхронизации – это просто байт = 0x55. При его передаче приемники подстраивают свою скорость.

PID – это поле защищенного идентификатора. В дальнейшем будем писать просто – идентификатор.

Идентификатор может принимать значения от 0 до 59 (0x3B в HEX) для пользовательских пакетов. Так же возможно использование специальных служебных пакетов с ID 0x3C, 0x3D, 0x3E и 0x3F. Защищенность идентификатора заключена в следующем:

В структуре байта ID мы видим биты собственно самого идентификатора с ID0 по ID5, а затем идут два контрольных бита P0 и P1, которые рассчитываются так:

P0 = ID0 ⊕ ID1 ⊕ ID2 ⊕ ID4
P1 = ¬ (ID1 ⊕ ID3 ⊕ ID4 ⊕ ID5)

ID = 0x00 PID =0x80

ID = 0x0C PID = 0x4C

Если в PID контрольные биты рассчитаны неверно то пакет не будет обработан принимающей стороной.

В случае если мы будем эмулировать работу какого либо узла Master, предварительно изучив отправляемые им данные при помощи LIN сниффера, то нам не придется задумываться о расчете контрольных битов ID, поскольку в пакетах которые мы видим сниффером все уже посчитано до нас.

После того как Slave принял Header мастера он отвечает полем Frame Response который состоит из байтов данных в количестве от 1 до 8 и байта контрольной суммы.

Контрольная сумма (CRC) считается как инвертированная сумма всех байтов данных с переносом либо сумма всех байтов данных + значение защищенного ID . В первом случае CRC называется классической, во втором – расширенной. Вариант подсчета контрольной суммы определяется версией стандарта шины LIN. В версиях 1.xx применяется классический алгоритм, в версиях 2.xx применяется расширенный.

Обратите внимание на отсутствие поля DLC отвечающего за количество байтов данных как в CAN шине. В шине LIN количество байтов данных определяется на этапе написания ПО контроллера. Поэтому процесс обмена на шине LIN сложнее анализировать при помощи сниффера – приходится вводить специальный алгоритм разделения пакетов, который угадывает сколько байтов данных было в принятом пакете.

На этой схеме мы видим как один Мастер общается с двумя узлами Slave. Обратите внимание на третий кадр, в нем заголовок Header и тело пакета Response передает Мастер – это важный момент, такие кадры используются для диагностики и конфигурирования Slave узлов.

На осциллограмме обмен одного Master и одного Slave выглядит так:

Здесь мы видим запрос мастера состоящий из полей Break – S – затем следует ответ узла Slave состоящий из четырех байт и контрольной суммы равной 0x3F.

Если мы отключим узел Slave от шины LIN, то увидим уже такую осциллограмму:

Так же в протоколе шины LIN предусмотрены и специальные служебные пакеты служащие для диагностики шины, пробуждения устройств и других функций. В этом случае Master может передавать как Frame Header так и Frame Response последовательно, тогда пакет Master -а может иметь такой вид:

ID=0x3C DATA : FF FF FF FF FF FF FF FF

Обмен диагностическими сообщениями на шине LIN выглядит так :

При помощи длинных пакетов Master может конфигурировать и программировать узлы Slave. Если для программирования или конфигурирования узла LIN необходимо более 8 байт, то поток данных сегментируется и пересылается частями. Механика передачи данных определяется специальным транспортным протоколом работающим поверх физики шины LIN, о нем мы напишем в следующих статьях.

Видео пример работы с шиной LIN и адаптером CAN-Hacker 3.2

Автомобильный справочник

для настоящих любителей техники

LIN шина

LIN протокол разработан для создания дешевых локальных сетей обмена данными на коротких расстояниях. Он служит для передачи входных воздействий, состояний переключателей на панелях управления, а также ответных действий различных устройств, соединенных в одну систему через LIN.

Первая спецификация стандарта под брендом LIN была издана в 1999 году по инициативе консорциума европейских автопроизводителей и других известных компаний, включая Audi AG, BMW AG, Daimler Chrysler AG, Motorola Inc., Volcano Communications Technologies AB, Volkswagen AG и VolvoCar Corporation. Последняя спецификация, LIN 2.2, издана в 2010 году. В настоящее время документы стандарта переданы под контроль Международной организации по стандартизации (ISO), где стандарту был присвоено новое наименование ISO 17987. В связи с политикой ISO копия стандарта стала платной.

Шина LIN

LIN шина (локальная сеть воздействия) была разработана для удовлетворения потребно­стей в связи для систем класса А (см. табл. «Классификация шинных систем» ) с использованием самого экономичного обо­рудования. Типичные области применения:

  • Дверной модуль с дверным замком;
  • Приводы стеклоподъемников;
  • Регулировка боковых зеркал заднего вида;
  • Система кондиционирования (передача сигналов от элемента управления, актива­ция вентилятора свежего воздуха).

Текущую спецификацию LIN можно найти на сайте консорциума LIN.

Важные особенности шины LIN:

  • Концепции с одним ведущим и несколь­кими ведомыми устройствами;
  • Небольшая стоимость оборудования за счет передачи данных по неэкранированному однопроводному кабелю;
  • Самосинхронизация ведомых устройств без кварцевого генератора;
  • Связь в виде очень коротких сообщений;
  • Скорость передачи данных до 20 кбит/с;
  • Длина шины до 40 м, до 16 узлов.

Система передачи в шине LIN

Шина LIN представляет собой неэкранированный однопроводный кабель. Уровень шины может принимать два логических состояния. Доминантный уровень соответствует напря­жению приблизительно 0 В (масса) и пред­ставляет собой логический 0. Рецессивный Уровень соответствует напряжению батареи Ubatt и представляет собой логическую 1.

Из-за наличия разных вариантов электри­ческих цепей уровни могут быть разными. Определение допусков на передачу и прием в области рецессивных и доминантных уровней обеспечивает стабильную передачу данных. Диапазоны допусков шире на приемном конце (рис. «Уровень напряжения на линии данных шины LIN» ), чтобы действительные сигналы тоже можно было получать, несмотря па излучаемые помехи.

Скорость передачи по шине LIN ограничена величиной 20 кбит/с. Это компромисс между большой крутизной фронта импульсов, не­обходимой для синхронизации ведомых устройств, с одной стороны, и небольшой его крутизной, необходимой для улучшения ЕМС — с другой. Рекомендуемая скорость передачи составляют 2400, 9600 и 19200 бит/с. Минимально допустимая скорость составляет 1 кбит/с.

Максимальное количество узлов не регла­ментируется в спецификации LIN. Теоретиче­ски оно ограничено количеством доступных идентификаторов сообщений. Возможности линии и узла и крутизна фронта импульсов ограничивают сочетание длины и количества узлов сети LIN. Рекомендуется не более 16 узлов.

Пользователи шины обычно располага­ются в линейной топологии; однако эта топо­логия не является обязательной.

Доступ к шине LIN

Доступ к шине LIN обеспечивается на основе доступа «ведущий-ведомый». В сети имеется ведущее устройство, инициирующее каждое сообщение. Ведомое устройство имеет воз­можность ответить. Обмен сообщениями происходит между ведущим и одним, не­сколькими либо всеми ведомыми устрой­ствами.

Во время обмена сообщениями между ве­дущим и ведомым устройством возможны следующие взаимосвязи:

  • Сообщение с ответом ведомого: ведущее устройство передает сообщение одному или нескольким ведомым устройствам и запрашивает данные (например, состояния измеренных значений);
  • Сообщение с инструкцией ведущего: веду­щее устройство передает инструкции ве­домому устройству (например, включение сервопривода);
  • Сообщение для использования: ведущее устройство инициирует связь между двумя ведомыми устройствами.

Протокол LIN

Фрейм данных LIN

Информация на шине LIN встраивается в определенный фрейм данных, фрейм LIN (рис. «Фрейм LIN» ). Инициированное ведущим устрой­ством сообщение начинается с заголовка. В поле сообщения (ответ) содержится раз­личная информация, зависящая от типа со­общения. Если ведущее устройство передает инструкции ведомому устройству, то оно опи­сывает поле сообщения данными, которые должно использовать ведомое устройство. В случае запроса данных адресуемое ведомое устройство описывает поле сообщения дан­ными, запрошенными ведущим устройством.

Заголовок

Заголовок состоит из разрыва синхронизации, поля синхронизации и поля идентификации.

Синхронизация LIN

Синхронизация происходит в начале каж­дого фрейма для обеспечения последова­тельной передачи данных между ведущим и ведомыми устройствами. Сначала разрывом синхронизации четко определяется начало фрейма. Он состоит из не менее 13 после­довательных доминантных уровней и одного рецессивного уровня.

После разрыва синхронизации ведущее устройство передает поле синхронизации, состоящее из последовательности битов 01010101. Это дает ведомым устройствам возможность адаптироваться к временной оси ведущего. Тактовый импульс ведущего устройства не должен отличаться от номи­нального значения более чем на ±0,5%. Так­товый импульс ведомых устройств перед син­хронизацией может иметь разброс ±15 %, если синхронизация к концу сообщения достигает уровня ±2 %. Таким образом, ведомым устрой­ствам не нужен дорогой кварцевый генера­тор — они могут быть выполнены, например, с экономичной резистивно-емкостной цепью.

Идентификатор LIN

Третий байт в заголовке служит иденти­фикатором LIN. По аналогии с шиной CAN здесь используется адресация по содержа­нию — идентификатор дает информацию о содержании сообщения. Все подключенные к шине узлы на основании этой информации решают, намерены ли они получить и обрабо­тать сообщение или же проигнорировать его (фильтрация при приемке).

Шесть или восемь битов в поле идентифи­катора определяют сам идентификатор; из них получается 64 возможных идентифика­тора (ID). Имеются следующие значения:

  • ID = 0 — 59: передача сигналов;
  • ID = 60: запрос команд и диагностики от ведущего устройства;
  • ID = 61: отклик ведомого устройства на ID 60;
  • ID = 62: зарезервирован для связи с изго­товителем;
  • ID = 63: зарезервирован для будущих рас­ширений протокола.

Из 64 возможных сообщений 32 могут содер­жать только два байта данных, 16 — четыре байта данных, и остальные 16 — восемь бай­тов данных.

Последние два разряда в поле иденти­фикации содержат контрольные суммы, за­щищающие идентификатор от ошибок при передаче и неправильного распределения сообщений.

Поле данных

После передачи ведущим устройством за­головка начинается передача фактических данных. Ведомые устройства по передан­ному идентификатору определяют, являются ли они адресатами и, при необходимости, от­правляют ответ в поле данных.

В один фрейм можно включить несколько сигналов. Здесь у каждого сигнала есть один генератор, т.е. он всегда описывается одним и тем же узлом сети. Во время работы не разрешается сопоставлять сигналу другой генератор, что возможно в других сетях с управлением по времени.

Данные в ответе ведомого устройства за­щищаются контрольной суммой (CS).

Описательный файл LIN

Конфигурация шины LIN, т.е. спецификация пользователей сети, сигналов и фреймов, выполняется в описательном файле LIN. Спецификация LIN для этой цели имеет под­ходящий язык конфигурации.

Из описательного файла LIN автоматиче­ски генерируется набор кодов на С и файлов заголовков; эти коды и файлы используются для реализации функций ведущего и ведо­мых устройств в ЭБУ, расположенных на шине. Таким образом, описательный файл LIN служит для конфигурации всей сети LIN. Это общий интерфейс между автопроизво­дителем и поставщиками ведущих и ведомых устройств.

Составление графика отправки сообщений

Таблица-график в описательном файле LIN определяет порядок и время отправки со­общений. Часто запрашиваемая информа­ция отправляется время от времени. Когда таблица проработана, ведущее устройство снова начинает с первого сообщения. После­довательность обработки можно изменить в зависимости от режима работы (например, активна/неактивна диагностика, включено/ выключено зажигание).

Таким образом, известен фрейм передачи каждого сообщения. Детерминированные характеристики гарантируются тем фактом, что все передачи инициируются ведущим Устройством в случае управления доступом по принципу «ведущий-ведомый».

Управление сетью LIN

Для минимизации тока замкнутой цепи узлы сети LIN можно переводить в спящий режим. Это можно сделать двумя способами. Веду­щее устройство передает команду «перейти в спящий режим» зарезервированным иден­тификатором 60, либо ведомые устройства переходят в спящий режим автоматически, если в течение относительно длительного времени (4 секунды) не было передачи данных по шине. И ведущее, и ведомые устройства могут снова активировать сеть. Для этого необходимо передать сигнал ак­тивации. Он состоит из байта данных с номе­ром 128, обозначающим содержание. После перерыва времени бита 4-64 (разграничитель активации) все узлы должны быть инициа­лизированы и способны ответить ведущему устройству.

Читайте также  Вход aux что это такое в автомобиле?

Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library

Персональные инструменты

  • Главная
  • Рубрикация
  • Указатель А — Я
  • Порталы
  • Произвольно
  • Журнал
  • Редакторам
    • Ссылки сюда
    • Связанные правки
    • Загрузить файл
    • Спецстраницы
    • Версия для печати
    • Постоянная ссылка
    • Сведения о странице
    • Цитировать страницу
    • Читать
    • Просмотр
    • История

LIN (Local Interconnect Network)

LIN (англ. Local Interconnect Network ) — стандарт промышленной сети, ориентированный на управление автомобильными системами низкой ответственности, разработанный специально для организации связи между простыми электронными блоками в автомобилях консорциумом европейских автопроизводителей и других известных компаний, включая Audi AG, BMW AG, Daimler Chrysler AG, Motorola Inc., Volcano Communications Technologies AB, Volkswagen AG и VolvoCar Corporation.

Содержание

  • 1 История
  • 2 Позиционирование
  • 3 Сетевая топология
  • 4 Аппаратное обеспечение LIN
  • 5 Обзор
    • 5.1 Функции протокола
    • 5.2 Применение
  • 6 LIN блок сообщений
  • 7 Принципы построения LIN-сети
  • 8 Принцип работы LIN-интерфейса
    • 8.1 Типы передаваемых данных в LIN-интерфейсе
  • 9 Спецификации
    • 9.1 LIN 1.3
    • 9.2 LIN 2.0
    • 9.3 Сравнение спецификаций
  • 10 ИМС, реализующие протокол
  • 11 Ссылки
  • 12 Источники

История

В конце 1990-х годов консорциум LIN был основан пятью автопроизводителями (BMW, Volkswagen Group, Audi Group, Volvo Cars, Mercedes-Benz) с использованием технологий (опыт работы в области сетей и аппаратного обеспечения) от Volcano Automotive Group и Motorola.

В 1996 г. концерн Volvo и Volcano Communication (VCT) совместно разработали интерфейс на основе UART/SCI-технологии для применения его в новой серии автомобилей Volvo S80. В дальнейшем этот интерфейс получил название Volcano Lite. Данный интерфейс стал неотъемлемой частью автомобильных средств коммуникации. В 1997 г. Motorola совместно с Volvo и VCT с целью удовлетворения новых технических требований (например, реализовав концепцию самосинхронизации ведомого узла без применения кварцевого резонатора) улучшила Volcano Lite и сформировала новый открытый стандарт, позволяющий поддерживать широкий ряд автомобильных систем. В декабре 1998 г. Audi, BMW, DaimlerChrysler и VW основали LIN-консорциум/

Первая полностью реализованная версия новой спецификации LIN (LIN версия 1.3) была опубликована в ноябре 2002 года. В сентябре 2003 года была введена версия 2.0 для расширения возможностей и обеспечения дополнительных функций диагностики. LIN также может использоваться по линии электропитания аккумулятора автомобиля с помощью специального трансивера LIN-DC Powerline (DC-LIN).

Линия электропередачи LIN через DC (DC-LIN) стандартизирована как ISO / AWI 17987-8. CAN in Automation (CIA) был назначен Советом по техническому управлению ISO (TMB) в качестве регистрирующего органа для идентификатора поставщика LIN, стандартизированного в серии ISO 17987. [Источник 1]

Позиционирование

Основная цель протокола LIN это создание дешёвых локальных сетей обмена данными на коротких расстояниях. Он предназначен для передачи входных воздействий, состояний переключателей на панелях управления и так далее, а также ответных действий различных устройств, соединённых в одну систему через LIN, происходящих в так называемом «человеческом» временном диапазоне (порядка сотен миллисекунд).

К основным задачам, которые возлагает на LIN консорциумом европейских автомобильных производителей, относится в первую очередь объединение автомобильных подсистем и узлов (таких как дверные замки, стеклоочистители, стеклоподъёмники, управление магнитолой и климат-контролем, электролюк и так далее) в единую электронную систему. LIN протокол утверждён Европейским Автомобильным Консорциумом как дешёвое дополнение к сверхнадёжному протоколу CAN.

LIN и CAN являются дополнениями друг к другу и позволяют объединить все электронные автомобильные приборы в единую многофункциональную бортовую сеть. Следуут учитывать, что область применения CAN — участки, где требуется сверхнадёжность и скорость; область же применения LIN — объединение дешёвых узлов, работающих с малыми скоростями передачи информации на коротких дистанциях и сохраняющих при этом универсальность, многофункциональность, а также простоту разработки и отладки. Стандарт LIN включает технические требования на протокол и на среду передачи данных. Как последовательный протокол связи, LIN эффективно поддерживает управление электронными узлами в автомобильных системах с шиной класса «А» (двунаправленный полудуплексный), что подразумевает наличие в системе одного главного (англ. master ) и нескольких подчинённых (англ. slave ) узлов.

Сетевая топология

LIN — широковещательная последовательная сеть в составе которой 16 узлов (один мастер и, как правило, до 15 подчиненных). Все сообщения инициируются мастером с не более чем одним ответом на данный идентификатор сообщения от подчиненного узла. Главный узел может также выступать в качестве подчинённого (англ. slave ), отвечая на свои собственные сообщения. Поскольку все коммуникации инициируются мастером, то не нужно осуществлять обнаружение противоречий. Главный и подчиненные узлы, как правило, микроконтроллеры, но в целях экономии стоимости, места, или потребления, так же могут быть реализованы в специализированных аппаратных средствах или ASIC.

Аппаратное обеспечение LIN

Спецификация LIN была разработана для того, чтобы в сети могли использоваться очень дешевые аппаратные узлы. Это недорогая однопроводная сеть, основанная на стандарте ISO 9141. В современных автомобильных топологиях используются микроконтроллеры с возможностью UART или выделенным оборудованием LIN. Микроконтроллер генерирует все необходимые данные LIN с помощью программного обеспечения и подключается к сети LIN через приемопередатчик LIN (преобразователь уровня с некоторыми надстройками). Работа в качестве узла LIN является лишь частью возможной функциональности. Аппаратное обеспечение LIN может включать этот трансивер и работать как чистый узел LIN без дополнительных функций.

Поскольку подчиненные узлы LIN должны быть как можно более дешевыми, они могут генерировать свои внутренние часы, используя RC-генераторы вместо кристаллических (кварцевых или керамических). Для обеспечения стабильности скорости передачи в одном блоке данных LIN используется поле SYNC в заголовке.

Обзор

Шина LIN представляет собой недорогой последовательный коммуникационный протокол, который эффективно поддерживает удаленное приложение в сети автомобиля. В частности предназначен для мехатронных узлов, но в равной степени подходит для промышленного применения. Она предназначена как дополнение к существующей сети CAN. [Источник 2]

Первая версия LIN 1.0 под влиянием некоторых автомобильных компаний была реализована в июле 1999 г. благодаря переделке стандарта VLITE. В дальнейшем LIN-стандарт был переделан дважды в течение 2000 г., в результате чего появилась следующая версия LIN 1.2. В ноябре 2002 г. LIN-консорциум выпустил новый стандарт LIN 1.3. Изменения в нем в основном коснулись только физического уровня, благодаря чему была достигнута лучшая совместимость между узлами сети. Последняя версия стандарта, названная LIN 2.0, была принята в сентябре 2003 г., обновление позволило расширить возможности конфигурации и дополнительной диагностики.

Функции протокола

Основные функции протокола перечислены ниже:

  • В основу LIN положена концепция «single-master/multi-slave»
  • Один ведущий, до 16 подчиненных. Это значение, рекомендованное Консорциумом LIN для достижения детерминированного отклика времени.
    • Обнаружение положения подчиненного узла (ОППД) позволяет назначать адреса узла после включения питания.
  • Топология «общая шина»
  • Реализуется с помощью асинхронного последовательного интерфейса (UART).
  • Переменная длина блока данных (2, 4 и 8 байт).
  • Передача данных по одному проводу
  • Обнаружение дефектных узлов.
  • Скорость до 20 Кбит/с
  • Длина шины до 40 м
  • Напряжение на шине в пассивном состоянии 9. 18 В (подключенные к шине узлы должны выдерживать повышение напряжения до 40 В)

Данные передаются по шине в фиксированной форме сообщений выбираемых длин. Мастер задача передает заголовок, который состоит из сигнала разрыва и идентификаторов полей. Подчинённые узлы присылают блок данных, который состоит из от 2, 4 и 8 байт данных плюс 3 байта информации управления.

Применение

Примеры применения протокола в различных компонентах автомобиля:

Сегмент Пример применения
Крыша Датчик освещенности, управление освещением, солнечная крыша
Руль Круиз-контроль, стеклоочиститель, поворотник, климат-контроль, автомагнитола, блокировка руля
Сиденье Моторы положения сиденья, датчики пассажира, панель управления
Двигатель Датчики, малые моторы, моторы вентиляторов охлаждения
Решетка Решетка жалюзи
Климат Малые моторы, панель управления
Дверь Зеркало, центральный ЭБУ, выключатель зеркала, стеклоподъемник, выключатель сиденья, замок двери
Освещение Улучшение отделки салона автомобиля, накладки на пороги освещены светодиодом RGB

LIN блок сообщений

Сообщения содержат следующие поля:

  • Разрыв синхронизации
  • Байты синхронизации
  • Байты дентификатора
  • Байты данных
  • Контрольная сумма
  1. Безусловный блок. Они всегда несут сигналы, и их идентификаторы находятся в диапазоне от 0 до 59 (от 0x00 до 0x3b). Все подписчики безусловного блока должны получить блок и сделать его доступным для приложения (при условии, что ошибок не обнаружено).
  2. Блок, инициированный событием. Его целью является повышение скорости отклика кластера LIN без выделения слишком большой полосы пропускания шины для опроса множества подчиненных узлов с редко возникающими событиями. Первый байт данных переносимого безусловного блока должен быть равен защищенному идентификатору, назначенному блоку, инициированному событием. Подчиненное устройство должно ответить связанным безусловным блоком, только если его значение данных изменилось. Если ни одна из подчиненных задач не отвечает на заголовок, оставшаяся часть слота блока молчит, а заголовок игнорируется. Если более чем одна подчиненная задача отвечает на заголовок в одном и том же временном интервале блока, произойдет конфликт, и мастер должен разрешить конфликт, запросив все связанные безусловные блоки, прежде чем запросить блок, инициированный событием.
  3. Спорадический блок. Этот блок передается ведущим по мере необходимости, поэтому столкновение не может произойти. Заголовок спорадического блока должен отправляться только в соответствующий ему интервал блока, когда главная задача знает, что сигнал, переносимый в блоке данных, обновлен. Издатель спорадического блока всегда должен предоставлять ответ на заголовок.
  4. Диагностический блок. Они всегда содержат диагностические данные или данные конфигурации, и они всегда содержат восемь байтов данных. Идентификатор: 60 (0x3C), называемый основным блоком запроса, или 61 (0x3D), называемый ведомым ответным блоком. Прежде чем генерировать заголовок диагностического блока, мастер задач спрашивает свой диагностический модуль, должен ли он быть отправлен или шина должна молчать. Подчиненные задачи публикуют и подписываются на ответ в соответствии с их диагностическим модулем.
  5. Пользовательский блок. Они могут нести любую информацию. Их идентификатор — 62 (0x3E). Заголовок пользовательского блока всегда передается, когда обрабатывается интервал блока, выделенный для блока данных.
  6. Зарезервированный блок. Они не должны использоваться в кластере LIN 2.0. Их идентификатор — 63 (0x3F).

Принципы построения LIN-сети

LIN-сеть состоит из одного ведущего узла (master node) и нескольких ведомых (slave nodes). Пример построения LIN-сети с одним ведущим узлом и двумя ведомыми показан на (рис.1). Обычный ведущий узел выполняет как «задачу ведущего» (Master Task), так и «задачу ведомого» (Slave Task). Все остальные узлы (ведомые) выполняют только Slave Task. В задачу ведущего узла входит: принятие решения, а также когда и какие данные должны быть переданы, в то время как ведомый узел отвечает только за обеспечение данных на запросы ведущего [Источник 3] .

Алексей Рубанов/ автор статьи

Приветствую! Я являюсь руководителем данного проекта и занимаюсь его наполнением. Здесь я стараюсь собирать и публиковать максимально полный и интересный контент на темы связанные с ремонтом автомобилей. Уверен вы найдете для себя немало полезной информации. С уважением, Алексей Рубанов.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Avtoshkola-Rodina.ru
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: