車身控制模塊單片機(jī)和本地互連網(wǎng)的作用

隨著應(yīng)用的不斷擴(kuò)展，今天和未來的單片機(jī)普及和車輛網(wǎng)絡(luò)正在繼續(xù)。單片機(jī)是車輛內(nèi)各種電子控制模塊的“大腦”，而網(wǎng)絡(luò)則是“系統(tǒng)互連”。本地互連網(wǎng)絡(luò)（LIN）是業(yè)界第一個提出車內(nèi)ClassA開放多路復(fù)用協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。它定義了一個支持車輛內(nèi)分布式車身控制電子系統(tǒng)的低成本的串行通信系統(tǒng)。LIN補(bǔ)充了由CAN引導(dǎo)的汽車多路復(fù)用網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有產(chǎn)品線。工業(yè)分析家指出，據(jù)估計到2010年每輛車將平均擁有20個LIN節(jié)點。車身控制應(yīng)用代表了車輛中一個重要的領(lǐng)域，LIN有利于支持低成本子網(wǎng)絡(luò)的簡化，而不需要額外的帶寬或產(chǎn)生復(fù)雜性。

通用的單片機(jī)，例如微芯科技的FlashPIC®單片機(jī)，其獨特的程序存儲器和外設(shè)的組合，非常適用于那些支持CAN和LIN標(biāo)準(zhǔn)的需要8位或16位單片機(jī)進(jìn)行車身控制的應(yīng)用

。微芯科技提供的廣泛的多樣化產(chǎn)品可為嵌入控制設(shè)計人員提供不同價格和性能的多種選擇，以滿足他們當(dāng)前的設(shè)計項目的要求。

推進(jìn)車身控制電子產(chǎn)品是汽車制造商生產(chǎn)更加令人愉悅、更加可靠和安全、更為智能化的車輛能力的基本要素。車身控制電子產(chǎn)品可通過簡化車輛的操作，并使司機(jī)從分心的次要行為中解脫出來，從而改善車輛的安全因素。每個這樣的電子控制模塊必須解決先進(jìn)性能和車輛網(wǎng)絡(luò)連通性與競爭性價位的問題。由單片機(jī)供應(yīng)商，諸如微芯科技提供的先進(jìn)外設(shè)的集成，可以使系統(tǒng)設(shè)計人員具備一種市場競爭優(yōu)勢，他們可以創(chuàng)建其采用基于RISC的PIC®架構(gòu)。

LIN是車輛網(wǎng)絡(luò)子總線的一個通信概念。該規(guī)范涉及協(xié)議和物理層的定義，以及開發(fā)工具和應(yīng)用軟件的接口定義。LIN可以實現(xiàn)車內(nèi)開關(guān)、智能傳感器和執(zhí)行器等應(yīng)用的具有成本效益的通信網(wǎng)絡(luò)，在這方面并不需要CAN的帶寬和多功能性。該通信協(xié)議基于SCI（UART）數(shù)據(jù)格式，這是一種單主/從概念，是一種單線12V總線和無需穩(wěn)定時基的節(jié)點時鐘同步。LIN聯(lián)盟圍繞串行低成本通信概念和開發(fā)環(huán)境開發(fā)了這個標(biāo)準(zhǔn)，這使汽車制造商及其供應(yīng)商能夠以一種非常成本有效的方式創(chuàng)建執(zhí)行和處理復(fù)雜的分級多路復(fù)用系統(tǒng)的方法。

LIN的典型車身控制應(yīng)用
車身控制電子可改善車輛駕駛者的舒適性和安全性。LIN總線的典型應(yīng)用是氣候控制、照明、雨水傳感器、智能雨刷、智能發(fā)電機(jī)、開關(guān)面板或射頻（RF）接收器方面的車門、方向盤、座椅、馬達(dá)和傳感器等總成單元。LIN節(jié)點可以容易地連接汽車網(wǎng)絡(luò)并易于訪問所有類型的診斷和服務(wù)。此外，通常使用的信號模擬編碼可以由數(shù)字信號取代，從而得到一條優(yōu)化的配線束。
車頂：雨水傳感器、燈光傳感器、燈光控制、天窗，等等
車門：反光鏡、中控ECU、反光鏡開關(guān)、車窗升降、座椅控制開關(guān)、門鎖，等等
氣候：小型電機(jī)、控制面板
方向盤：導(dǎo)航控制、雨刷、燈光調(diào)節(jié)，等等
可選件：氣候控制、收音機(jī)、電話，等等
座椅：座椅位置電機(jī)、人員在場傳感器、控制面板
引擎：傳感器、小型電機(jī)

在集中式車身控制系統(tǒng)中，執(zhí)行器和傳感器是通過一個具有CAN連通性的電子控制部件（ECU）進(jìn)行硬連線的。ECU通過CAN鏈接與其他主ECU進(jìn)行信號交換。如果本地執(zhí)行器和傳感器需要高計算性能，就需要選擇硬連線。在那些本地性能低的系統(tǒng)中，可能需要選擇基于智能執(zhí)行器和傳感器的分布式系統(tǒng)。選擇這種配置是為了采用普遍可用的元件實現(xiàn)一個可升級的系統(tǒng)架構(gòu)。

這種架構(gòu)是具有成本效益的，由于電子元件的品種更少，本地智能和網(wǎng)絡(luò)的附加成本可以通過生產(chǎn)和開發(fā)成本的節(jié)省得到補(bǔ)償。這種架構(gòu)的關(guān)鍵方法是子總線LIN標(biāo)準(zhǔn)、低成本機(jī)電和裝配和半導(dǎo)體集成。

在LIN的低端應(yīng)用中有兩個關(guān)鍵因素：（a）與CAN相比，每個節(jié)點必須是低通信成本；（b）不需要CAN的性能、帶寬和多功能性。LIN相對于CAN的主要成本節(jié)省是由以下因素推動的：（1）單線傳輸；（2）低成本的硬件或芯片內(nèi)軟件實現(xiàn)；（3）在從節(jié)點不必使用晶體或壓電陶瓷。這些優(yōu)點包括更低的帶寬和限制性的單主節(jié)點總線接入方法。LIN和CAN協(xié)議的主要特性如下所示。

LINCAN
媒介接入控制單主節(jié)點多主節(jié)點
典型總線速度2.4至19.6kbd62.5至500kbd
多點發(fā)送信息路由6位標(biāo)識符11/29位標(biāo)識符
節(jié)點編碼NRZ8N1（USART）位填充NRZ
每幀數(shù)據(jù)位2、4、8字節(jié)0至8字節(jié)
所需傳輸時間20kbd時為3.5ms125kbd時為0.8ms
4個數(shù)據(jù)位錯誤檢測8位校驗和15位CRC

物理層單線，Vbat雙絞線，5V
時鐘生成主節(jié)點：晶體，從節(jié)點：RC/壓電陶瓷晶體
每節(jié)點相關(guān)成本0.51

LIN協(xié)議
LIN是一個基于通用SCI（UART）字節(jié)詞接口的單線串行通信協(xié)議。LIN也可以用軟件等效代碼或純狀態(tài)機(jī)執(zhí)行。LIN網(wǎng)絡(luò)中的媒介接入是由主節(jié)點控制的，這樣就不需要從節(jié)點仲裁或沖突管理，從而保證了信號傳輸（參見圖2）沒有最糟情況的延遲時間。
LIN的主要特性包括：
--低成本單線執(zhí)行
--基于VBAT的增強(qiáng)型ISO9141
--速度高達(dá)20Kbps（由于EMC的限制）
--單主節(jié)點和多從節(jié)點概念
--沒有仲裁需求
--基于通用UART/SCI接口硬件的低成本硅實現(xiàn)
--從節(jié)點自行同步，無需晶體或壓電陶瓷
--顯著減少了硬件平臺的成本
--保證信號傳輸?shù)难舆t時間
--可預(yù)知的系統(tǒng)

　　LIN的一個特殊特性是同步機(jī)制，它允許由從節(jié)點進(jìn)行時鐘恢復(fù)，而無需晶體或壓電陶瓷。線驅(qū)動器和接收器的規(guī)范遵循某種增強(qiáng)的ISO9141單線標(biāo)準(zhǔn)。最高傳輸速度是20kbps，這是電磁兼容性（EMC）和時鐘同步要求所致。

　除了主節(jié)點的命名外，LIN網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點不使用任何與系統(tǒng)配置有關(guān)的信息。節(jié)點可以增加到LIN網(wǎng)絡(luò)中，而無需改變其他從節(jié)點的硬件或軟件。LIN網(wǎng)絡(luò)的典型大小為12個節(jié)點（盡管這是不受限制的），這是由于少量的64個標(biāo)識符和比較低的傳輸速度所致。時鐘同步、UART通信的簡單和單線媒介是LIN具有成本效益的主要因素。

通信概念
　　LIN網(wǎng)絡(luò)由一個主節(jié)點和一個或更多的從節(jié)點組成。所有節(jié)點都包括一個分為發(fā)送和接收任務(wù)的從節(jié)點通信任務(wù)，而主節(jié)點包括一個附加的主節(jié)點發(fā)送任務(wù)。主動LIN網(wǎng)絡(luò)中的通信總是由主節(jié)點任務(wù)開始的。

　主節(jié)點發(fā)送一個由同步中斷、同步字節(jié)和信息標(biāo)識符組成的信息報頭。正好一個從任務(wù)在接收和過濾標(biāo)識符時被激活，然后開始傳輸信息響應(yīng)。該響應(yīng)包括兩個、四個或八個數(shù)據(jù)字節(jié)和一個校驗和字節(jié)。報頭和響應(yīng)部分形成一個信息幀。

　　信息標(biāo)識符表示信息的內(nèi)容，而不是目的文件。這個通信概念可以實現(xiàn)各種方法的數(shù)據(jù)交換：從主節(jié)點（使用其從任務(wù)）到個一個或更多從節(jié)點，從一個從節(jié)點到主節(jié)點和/或其他從節(jié)點。直接在從節(jié)點開始將信號發(fā)送到從節(jié)點，而無需通過主節(jié)點進(jìn)行路由是可能的，或從主節(jié)點將信息廣播到網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點。信息幀的順序是由主節(jié)點控制的。主節(jié)點時序幀中的信息數(shù)目、順序和頻率是與波特率、系統(tǒng)響應(yīng)時間和時間行為一起確定的。統(tǒng)的設(shè)計必須仔細(xì)，因為如果主節(jié)點錯過了一個從節(jié)點的信息，由于主從的概念，這條信息將在下一個時序最先到達(dá)主節(jié)點。

　　LIN協(xié)議提供了一個啟動每個信息幀的專用同步模式，可使從節(jié)點在無需晶體或壓電陶瓷的條件下，使其本地時基與主節(jié)點的時基保持同步。

LIN物理層
　　LIN總線是由一個正電池節(jié)點Vbat的終止電阻器終端匹配電阻供電的單線總線。該總線的線收發(fā)器是一個ISO9141標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型工具?？偩€可以采用兩個補(bǔ)充的邏輯水平：代表一個邏輯‘0’的具有接近接地電氣電壓的顯性值，以及代表邏輯‘1’的具有接入電池供電電壓的電氣電壓隱性值。

　　該總線利用一個主節(jié)點的1Ω上拉電阻和從節(jié)點上的30Ω電阻進(jìn)行終端匹配。從節(jié)點終端匹配電容的典型值為220pF。主節(jié)點的電容比較高，是為了使整個線電容不依賴于從節(jié)點的數(shù)目。
LIN物理層的主要電氣參數(shù)在以下列出：

參數(shù)典型值
通信速度9.6kbd，19.2kdb
電壓水平13.5V
信號回轉(zhuǎn)率2V/μs
終端匹配電阻器主節(jié)點：1kΩ
從節(jié)點：30kΩ
終端匹配電容器主節(jié)點：220pF
從節(jié)點：2.2nF
線電容100？150pF/m

LIN物理層的規(guī)范對收發(fā)器出了高性能的要求.收發(fā)器交換不應(yīng)該干擾其他電子元件。特別需要注意的是必須滿足汽車制造商的EMC要求

。利用波形成形或邊緣圓化，可以最大限度地減少收發(fā)器的傳導(dǎo)發(fā)射。

LIN總線系統(tǒng)實例：車門和反光鏡模塊
汽車車門中電子功能增加的數(shù)目是LIN總線用法的一個很好的例子。在進(jìn)行保養(yǎng)時，可以增加或減少功能，而不會影響原來的系統(tǒng)設(shè)計，也不會影響其余從節(jié)點的硬件和軟件。在開發(fā)過程中需要增加功能或選項，以及在車輛的LIN裝配結(jié)束時，都可以對預(yù)先裝配、預(yù)先測的試模塊進(jìn)行集成。車門LIN功能集群包括：
·車窗升降，有/無防夾控制
·馬達(dá)PWM控制、車窗位置監(jiān)控
·門鎖執(zhí)行器控制，包括馬達(dá)控制（鎖死）和車門開關(guān)控制
·開關(guān)面板控制
·開關(guān)照明
反光鏡功能可以在更多的LIN從節(jié)點上進(jìn)行集成，這取決于OEM為用戶提供的可選功能計劃的靈活性。這些反光鏡功能包括反光鏡上/下、進(jìn)/出馬達(dá)控制、加熱、水坑燈、轉(zhuǎn)向指示燈、減光（電鍍反光鏡）電動折疊。

總結(jié)
車身控制功能的持續(xù)進(jìn)步，以及單片機(jī)和LIN協(xié)議是降低系統(tǒng)成本的關(guān)鍵因素。若干因素已在促進(jìn)LIN作為一種“通用子總線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)”的擴(kuò)展，其中包括：
·LIN的引進(jìn)發(fā)生在車內(nèi)電子控制模塊經(jīng)歷戲劇性增長的時刻。今天的許多汽車方面的創(chuàng)新都是通過采用先進(jìn)的電子概念實現(xiàn)的。用戶追求車輛具有更多的舒適性與安全性為這個市場的開發(fā)添加了燃料。監(jiān)管規(guī)范準(zhǔn)則促進(jìn)了這一趨勢的發(fā)展。與此同時，汽車制造商需要從他們的供應(yīng)商手中得到具有成本效益的實現(xiàn)方法。
·LIN是車內(nèi)子網(wǎng)絡(luò)具有成本效益的總線概念。它有助于優(yōu)化系統(tǒng)成本和增加系統(tǒng)效率。在全球整個汽車工業(yè)中LIN概念不斷找許多支持者。即使LIN聯(lián)盟是由一個OEM、工具制造商和半導(dǎo)體廠商小組發(fā)起的，這個具有成本效益的通信開放串行總線標(biāo)準(zhǔn)已在保證統(tǒng)一的工具概念和適當(dāng)?shù)能浖涌诜矫骘@示出了同時可用性。

作為用于實現(xiàn)分級車輛網(wǎng)絡(luò)的驅(qū)動因素之一，LIN標(biāo)準(zhǔn)為涵蓋了傳輸協(xié)議、傳輸媒介、開發(fā)工具之間的接口和軟件編程界面等規(guī)范。LIN從硬件和軟件的角度保證了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的協(xié)同工作能力，并可預(yù)知EMC行為。LIN總線可滿足車身控制應(yīng)用在性能和成本方面的要求。它支持執(zhí)行器和傳感器設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化和再用性。

車身控制應(yīng)用受益于具有廣泛存儲器、外設(shè)和封裝組合的基于閃存的單片機(jī)的持續(xù)進(jìn)展，以及LIN作為一個低端多路復(fù)用解決方案標(biāo)準(zhǔn)的全球性支持。PIC單片機(jī)是通用的構(gòu)建模塊，有助于開發(fā)應(yīng)對復(fù)雜的車身控制應(yīng)用挑戰(zhàn)的有效的解決方案，并且加快了汽車電子控制模塊開發(fā)商的產(chǎn)品上市時間。