動力和車速已經不再是消費者對汽車性能的唯一追求，人們越來越關心駕車時的舒適感、安全保障、功能的易用性，和對環(huán)境的保護等方面,。因此，除了車身系統(tǒng)（Carbody）和傳動系統(tǒng)（PowerTrain）等傳統(tǒng)的汽車控制單元以外，安全系統(tǒng)（Safety）和車載資通娛樂系統(tǒng)（Telematics/Infotainment）也隨著電子技術的進步而逐漸成熟。
現代的汽車電子系統(tǒng)中，電子控制組件（ECU）因在上述系統(tǒng)中賦予汽車更高效和更具智能性的操控能力而扮演了重要角色,，也實現了諸如電源,、車燈和門窗等自動檢測功能，給駕駛提供了更大便利。
汽車中的電子系統(tǒng)和組件平均達到80多個,，它們之間越來越復雜的連接和通信功能對總線技術提出了需求,。車燈、發(fā)動機,、電磁閥,、空調等設備的傳統(tǒng)連接方式為線纜連接，而如果電子元件之間也用電纜連接則必然造成連接復雜性的提高,、可靠性的下降,，和整體重量的上升；此外,，伴隨而來的線纜的磨損和老化現象也將使汽車的安全性能降低,。
為避免線纜帶來的各種麻煩，車載網絡（In-VehicleNetwork）中應用標準化總線技術則成為較理想的解決方式,。按不同的技術特點和應用領域,，車載總線技術可分為五類。如表一所示,，第一類LIN,、TTP/A等總線傳輸速度最低，適用于車體控制,；第二類中速總線,，如低速CAN、SAEJ1850,、VAN（VehicleAreaNetwork）等,，適用于對實時性要求不高的通信應用；第三類包括高速CAN,、TTP/C等技術,，適用于高速、實時死循環(huán)控制的多路傳輸網絡,；第四類如IDB-C,、IDB-M（D2B、MOST,、IDB1394）),、IDB-Wireless（Bluetooth）等，一般應用于車載資通娛樂網絡,；第五類傳輸速度最高,，用于最具關鍵性、實時性最高的人身安全系統(tǒng),，包括FlexRay和Byteflight等,。
本文將主要討論LIN總線技術規(guī)格及在門控系統(tǒng)中的應用實例,。
表一 車載網絡總線標準
LIN技術概況
LIN總線全稱為區(qū)域互連網絡（LocalInterconnectNetwork），是一種結構簡單,、配置靈活,、成本低廉的新型低速串行總線，和基于序列通訊協議的車載總線的子集系統(tǒng)（Sub-busSystem）,。
LIN總線為主從節(jié)點構架,，即一個主節(jié)點（MasterNode）最多可支持16個從節(jié)點（SlaveNode）；在從節(jié)點中不用晶振（CrystalOscillator）或陶瓷諧振器（CeramicResonator）時鐘,，也能做到自同步性,。LIN基于UART/SCI接口協議，可實現極低的軟硬件成本,；其信號傳播時間可預先計算,，以滿足傳輸的確定性?？偩€電纜的長度最多可以擴展到40米左右,，數據傳輸率可達20kbps。
1999年,，LIN1.0版推出后,，不斷有新版本出現（LIN1.3、LIN2.0）,，持續(xù)改進了LIN總線的性能與適用性,。美國汽車工程師協會（SAE）下屬的車輛架構任務組（TaskForce）也基于LIN2.0提出J2602規(guī)范，此舉讓LIN從節(jié)點所需要的軟件代碼長度縮短,，進一步降低了LIN2.0中軟件單元的復雜性,，可實現更高效的系統(tǒng)配置。此外,，主流廠商也會針對LIN的性能推出改進版本或技術,，例如意法半導體的LINSCI。
圖一 LIN總線應用領域
LIN主要用作CAN等高速總線的輔助網絡或子網絡,，能為不需要用到CAN的裝置提供較為完善的網絡功能,，包括空調控制（ClimateControl）、后視鏡（Mirrors）,、車門模塊（DoorModules）,、座椅控制（Seats）、智能性交換器（SmartSwitches）,、低成本傳感器（Low-costSensors）等,。在帶寬要求不高、功能簡單,、實時性要求低的場合,，如車身電器的控制等方面,，使用LIN總線可有效的簡化網絡線束、降低成本,、提高網絡通訊效率和可靠性。
LIN網絡架構
如上文所述,，LIN網絡基于主從節(jié)點構架而形成網絡拓撲結構,。主節(jié)點需要向從節(jié)點發(fā)出周期性的檢測信號，檢測結果由從節(jié)點反饋給主控制器,。其中周期根據事件檢測的實時性要求而設定,。
如圖二所示，LIN的信號由一個由主任務提供的標頭（Header）和由從任務處理的響應部分（Response）構成,。標頭包含一個13位的同步間隔字段（SynchBreakField）,、一個由主任務產生的同步字段（SynchField），以及一個辨識字段（IdentifierField）,。其中每一個字節(jié)字段都以串行位元組方式發(fā)送,，起始位的第一位為“0”，而終止位為“1”,。由主任務執(zhí)行的信號標頭會依整個LIN叢集的進度表決定每個信號的傳輸時間,，以確保數據傳輸的確定性及避免網絡超載的危險。在LIN網絡中只有主節(jié)點采用晶體振蕩器來為系統(tǒng)提供精確的基本時鐘,，此時鐘會嵌入上述的同步字段中,，讓從任務能與主節(jié)點時序同步。LIN信號的響應部分包含一個數據域位（DataFiled）,，長度為2/4/8個字節(jié),，和一個長度為一個字節(jié)的驗證字段（ChecksumField）。
圖二 LIN信號結構示意圖
LINSCI
LINSCI可以集成在8位MCU中,，可實現標頭偵測（HeaderDetection）,、指示器（Identifier）和非相關字節(jié)過濾（IrrelevantByteFiltering）、延伸性錯誤偵測（ExtendedErrorDetection）和再同步化（Resynchronisation）等功能,。其作用是使從設備的LIN總線功能更有效地發(fā)揮,。
LINSCI也可以實現更高的精度。LIN總線的波特率（BaudRate）預定標器（Prescaler）一般為8位整型值,，分辨率有限,，使得很難達成標準SCI位時間取樣原則所需要的誤差率為2%的準確性。LIN總線波特率一般為10kbps和20kbps,，如果按20kbps計算,，假設CPU頻率為8MHz，由于LIN的頻率寬容度為15%,，量化錯誤將達到2.33%,。LINSCI的預定標器則以12位無符號（Unsigned）定點值（即LDIV）代替8位整型值,，量化誤差則可下降到0.15%。
圖三 LINSCI數據結構圖
實現LIN系統(tǒng)的最優(yōu)化包含許多方面因素,。雖然以標準SCI所建立的LIN網絡已具備極佳性能,，但LIN數據傳輸所需要的頻寬和CPU負荷，應用上所需的頻率準確性,，以及LIN界面的穩(wěn)定和有效性等都是應該考慮的因素,。此外，硬件技術上的強化也十分必要,。
ST的LINSCI即可通過這些手段實現更高的效率和更低的成本,。首先，經過強化的硬件SCI端口減少了CPU負載,，相應提高了系統(tǒng)效能,。低成本主要由高集成度獲得，其內部集成了1MHz震蕩器,、帶有運算放大器的快速10位ADC,，以及帶有低電壓檢測器的可配置重啟電路，簡化了外部電路和系統(tǒng)設計,，降低了制造成本,。同時，8KB的擴展內存能在單一供給電壓下操作,，除了提供更快速的編程能力,，還降低了電路板的復雜程度。
汽車門控系統(tǒng)架構實例
以汽車門控系統(tǒng)舉例,。如圖四所示,，目前中高檔車型的門控系統(tǒng)主要包括車門鎖（Lock）、防盜門鎖（DeadLockLatch）,、動力車窗（PowerWindow）,、踏腳燈（Footsteplight），及切換面板照明（SwitchPanelIllumination）等,。其主節(jié)點為一個與車體CAN網絡相連的中央車體控制單元（CentralBodyECU）,，每個車門都有一個車門模塊，即按四門的車身則為DM-Driver（司機位置）,、DM-Passenger（副駕駛位置）,、DM-RearRight（右后門）和DM-RearLeft（左后門）提供門鎖和動力車窗等功能；另外兩個前門還有MMR和MML左右后視鏡控制模塊,。駕駛端的中央切換面板（CentralSwitchPanel）是一個獨立的從節(jié)點,，控制所有的動力車窗、手動門鎖及后視鏡等功能。
圖四 LIN網絡門控系統(tǒng)示意圖
汽車門控系統(tǒng)的應用場景對LIN網絡提出了以下需求：當主控器收到從遙控鑰匙發(fā)出的有效信號時,，必須要啟動門控系統(tǒng),，從節(jié)點通常通過CAN總線接收；當正確的鑰匙打開前門時,，也同時啟動門控系統(tǒng),；從節(jié)點會直接反應而不需經由與主控器的通訊；切換面板的詢問動作（Polling）功能,，以確保響應對各個驅動裝置控制,，如動力車窗、后視鏡調整,、門鎖等的主動式切換；對所有從節(jié)點的詢問功能,，以得到車窗升降的位置狀態(tài),，以及車門的開關情況；以及系統(tǒng)對所有從節(jié)點的睡眠模式控制（即電池供應操作模式）等,。因此門控系統(tǒng)的MCU也需要與上述功能相符,，例如必須針對車窗的升降提供防夾（Anti-Pinch）功能、馬達的PWM控制及車窗位置監(jiān)控,；能以SPI接口來控制門鎖馬達,；對于車鑰匙的拔出及開門的動作，能夠提供電源供應模式的接觸式監(jiān)控,，以及對后視鏡及切換面板的操控功能等,。
圖五 門控模塊功能架構圖
對上述功能的參數設置上，也有一些需要考慮的因素,，例如時序的準確性和動作的實時性等,。以手動打開汽車門鎖的動作為例，從鑰匙插入門鎖到打開,，需要快速的響應,，可接受的延遲必須小于200ms。而在此期間,，傳動馬達大約需要100ms打開門鎖,，因此留給MCU來完成從低功率模式啟動、偵測到鑰匙,，并觸發(fā)傳動裝置等動作的所有時間只有100ms,。LIN總線波特率一般為10kbps或20kbps，如果按最快的20kbps計算,，為保證數據傳輸的成功,，則CPU的響應時間必須小于1ms。此外，針對系統(tǒng)的安全性（如防夾）和便利性（如門鎖偵測）等功能,，都會有實時性的要求,。
時序的準確性是為了實現正確的運作和流程。車門模塊需要一個寬容度小于3%的時間參考,，車窗防夾（Anti-Pinch）功能的復雜算法就需要這種準確性,。
功耗與節(jié)能是對于多數ECU來說是十分關鍵的因素。以門控系統(tǒng)來說,，系統(tǒng)在車輛熄火以后仍需進行間隔性的監(jiān)控詢問動作,，會造成電力的持續(xù)消耗。而監(jiān)控的延遲間隔設定很難取舍,，因為時間間隔太長,，則會造成反應延遲；太短的話,，又會增加系統(tǒng)的功耗,。
故障安全設計
故障和安全也是系統(tǒng)設計的重點，例如短路時總線線路的故障安全（Fail-Safe）機制,。因為LIN總線與車體CAN總線系統(tǒng)相比,，不具有容錯性能（FaultTolerant），因此每個節(jié)點必須有能力分辨出短路的總線線路,，同時反應動作必須遵循特定的程序,。
L9638是ST推出的LIN收發(fā)器，可提供額外的安全故障功能,，可有效處理短路等故障,。當MCU發(fā)現短路的LIN總線線路，ECU可自關閉,；而收發(fā)器在消除短路狀況后仍能夠重新啟動,。
結論
通過靈活的配置，LIN可在多種應用中發(fā)揮全面的性能,。例如將LIN協議以硬件方式建置（LINSCI）可以增加系統(tǒng)的可靠性和簡化LIN的驅動程序碼,。MCU的設計也是一大關鍵。以ST72F361為例,，它在標準MCU上提供先進的SCI接口,，并支持LIN的功能，除了能降低CPU的負荷外,，也能省卻較高成本的精準時序資源,。
LIN總線屬于低速率傳輸標準，不具備CAN總線的性能,，主要定位于CAN的關鍵性應用以外的場景中（高速,、高效率、高容錯性能等）。設計車輛電子系統(tǒng)時,，需要根據具體的需求和技術要求合理選用適合的技術標準,，才能讓LIN和CAN發(fā)揮自己特有的優(yōu)勢，并節(jié)省成本,。LIN總線以其低成本及高可靠性贏得了獨特的市場空間,，預計在歐洲新出廠的車輛中，LIN總線的應用將占有相當大的比重,。