LIN总线培训演示幻灯片.ppt

,Bullet 1,Bullet 2,Bullet 3,Bullet 4,Klicken Sie,um das Titelformat zu bearbeiten,Bullet 1,Bullet 2,Bullet 3,Bullet 4,Klicken Sie,um das Titelformat zu bearbeiten,LIN 2.1,规范,LIN(Local Interconnect Network)Specification 2.1,大纲,概述,协议规范,物理层规范,概述,Overview,概述,功能简单，实时性低,成本低,传感器,/,执行器级的总线,与主干网,(back-bone BUS),之间需要网关,LIN,总线是一个,SUB-BUS,子网,(SUB-BUS),的概念,概述,典型车载网络分布,概述,车用总线分级,LIN(Local Interconnect Network),协会成立于,1998,年,成立时的主要成员：,5,家整车厂：,Audi,BMW,DaimlerChrysler,Volvo,VW,1,家半导体制造商：,Motorola,1,家工具提供商：,Mentor Graphics,目前的主要成员：,5,家整车厂：,Audi,BMW,DaimlerChrysler,Volvo,VW,1,家半导体制造商：,Freescale,1,家工具提供商：,Mentor Graphics,主要目的：,LIN,总线的主要目的在于提供一种低成本的车用总线，从而形成对,CAN,总线的补充。,LIN,总线已经广泛地被世界上的大多数汽车公司以及零配件厂商所接受，有望成为公认的,A,类网络标准。,概述,LIN,总线的起源,概述,LIN 1.1,1999,年，底特律,SAE,大会,包括,3,部分,协议规范,配置语言规范,API,规范,LIN 1.2,2000,年,11,月,LIN 1.3,2002,年,11,月,增加了,物理层规范,LIN,协议版本,(1/2),LIN 1.1,LIN 1.2,LIN 1.3,概述,LIN 2.0,2003,年,9,月,适应当代和未来汽车工业发展趋势,为了实现节点的“即插即用”,增加了,诊断规范,和,节点能力语言规范,LIN 2.1,2006,年,11,月,目标是改进,LIN 2.0,规范的理解力,增加了,传输层规范,和,节点配置规范,形成了,8,个子规范,LIN 1.1,LIN 1.2,LIN 1.3,LIN 2.0,LIN 2.1,LIN,协议版本,(2/2),概述,LIN,规范组成,(1/2),子规范,内容,物理层规范,(Physical Layer Specification),物理层兼容性,波特率误差,时间要求,LIN Driver/Receiver,协议规范,(Protocol Specification),信号管理,帧传输,调度表,任务行为模型,网络管理,状态管理,传输层规范,(Transport Layer Specification),PDU,规范,通信,错误处理,规定的请求,时间约束,概述,LIN,规范组成,(2/2),子规范,内容,节点配置和标识规范,(Node Configuration and Identification,Specification),LIN,产品标识,从节点模型,PDU,结构,节点配置服务,标识,诊断规范,(Diagnostic Specification),诊断级别,基于信号的诊断,传输协议处理,从节点发送句柄,从节点诊断时间要求,应用程序接口规范,(API Specification),主要,API,节点配置和标识,传输层,节点能力语言规范,(Node Capability Language Specification),文件定义,语法,配置语言规范,(Configuration Language Specification),文件定义,语法,概述,串行通信,线间干扰小，节省线束，传输距离长,单线传输,增强的,ISO 9141,总线电压基于,V,BAT,最高速率,20Kbit/s,满足车身上大部分的应用需求,单主多从结构,无需仲裁,基于通用,UART/SCI,的低成本接口硬件,几乎所有,MCU,有具备,LIN,总线的硬件基础,从节点无须晶振或陶瓷震荡器就可以实现同步,大幅度降低成本,LIN,总线的特点,(1/2),概述,LIN,总线的特点,(2/2),可计算的信号传输的延迟时间,网络通信可预期性,可灵活的增加或减少从节点,无需改变其他节点的硬件电路,一条总线最多可连接,16,个节点,由总线电气特性决定,支持多包报文传输,基于,ISO15765-2,的传输层规范,支持诊断功能,支持基于,ISO14229-1,的诊断服务,概述,帧与信号,帧,总线上传输的实体，是作为一个完整单元传输的数据。,帧的数据场中包含一个或多个信号,注意：一帧并不代表只能由单一节点发送,信号,信号一般是反映真实世界的物理量或逻辑量，如发动机转速、电机的状态等,信号由帧来传输，一个帧可以包含一个或多个信号,每个信号由固定的节点产生，但可以由不同的节点接收,信号的大小从一个位到多个字节,概述,LIN,网络拓扑结构,一个,LIN,网络包含一个主任务，多个从任务,主节点同时包含主任务和从任务,从节点只包含从任务,主任务负责决定总线上的报文，从任务负责发送数据,概述,LIN,帧,通信原理：,主任务发送报头，从任务用响应来补充报头形成完整的报文。,系统灵活性：,可以自由地增减从节点，而不需要改变其它从节点的软件和硬件,报文传输：,报文的内容由,ID,来定义,广播：,所有节点都能够接受总线上的帧,概述,LIN,总线上可以传输的两类数据,信号报文,信号位于帧的数据场中，以数字或数组的形式出现,同一种信号在相同,ID,的报文中的位置总是固定的,诊断报文,诊断报文由两个保留,ID,来传输，用来传输节点的诊断信息,数据传输,概述,负责调度网络各报文发送的顺序,为每帧报文分配发送时隙（,slot,）,发送时隙：报文可以被发送的时间,不同报文的发送时隙可能不同,调度表在网络系统设计阶段确定,调度表使得,LIN,通信具有可预测性,调度表,概述,主任务可以拥有多个调度表，并在不同的调度表之间切换,增加通信的灵活性,切换调度表,决策,大纲,概述,协议规范,物理层规范,协议规范,Protocol Specification,协议规范,显性间隔,同步场,响应间隔,标识符场,数据场,校验和场,报头（,Header,）,响应（,Response,）,间隔界定,间隔场,字节间隔,D0,D1,Dn,帧的结构,(Frame Sturcture),字节间隔位于每个字节之间，响应间隔位于报头与响应之间,留给,MCU,足够的处理时间,帧长度可能增长,协议规范,字节场,(Byte Field),报头（,Header,）,响应（,Response,）,D1,Dn,D0,起始位,结束位,0,7,4,1,2,3,5,6,基于,SCI,的通信格式,发送一个字节需要,10,个位时间（,T,BIT,）,协议规范,间隔场,(Break Field),表示一帧报文的起始，由主节点发出,间隔信号至少由,13,个显性位组成，间隔界定符至少由,1,个隐形位组成,间隔场是唯一一个不符合字节场格式的场,从节点需要检测到至少连续,11,个显性位才认为是间隔信号,间隔信号,报头（,Header,）,响应（,Response,）,间隔界定符,间隔场,D0,D1,Dn,协议规范,同步场,(Sync Break Field),同步场,报头（,Header,）,响应（,Response,）,D0,D1,Dn,起始位,结束位,0 x55,1,0,1,0,1,0,0,1,确保所有从节点使用与节点相同的波特率发送和接收数据,一个字节，结构固定,:0X55,协议规范,标识符场,(Identifier Field),起始位,ID0,ID1,ID2,ID3,ID5,P0,P1,ID4,结束位,标识符,奇偶校验符,标识符场,报头（,Header,）,响应（,Response,）,D0,D1,Dn,ID,的范围从,0,到,63(Ox3f),奇偶校验符,(Parity)P0,P1,协议规范,数据场,(Data Field),报头（,Header,）,响应（,Response,）,D0,D1,Dn,数据场,bit0,bit7,bit1,bit2,起始位,结束位,最低有效位先发送,D0,D1,D2,Dn(,小于,8),最低有效字节先发送,数据场长度,1,到,8,个字节,低字节先发，低位先发,如果某一信号长度超过,1,个字节，采用低位在前的方式发送（小端）,协议规范,校验和场,(Checksum Field)(1/2),校验和场,报头（,Header,）,响应（,Response,）,D0,D1,Dn,用于校验接收的数据是否正确,经典校验（,Classic Checksum,）,仅校验数据场,(1.3),增强校验（,Enhance Checksum,）,校验标识符场与数据场内容,(2.0),标识符为,0 x3C,和,0 x3D,的帧只能使用经典校验,协议规范,校验和场,(Checksum Field)(2/2),翻转八位和,（,inverted eight bit sum,）,例,：,Data=,0 x4A,0 x55,0 x93,0 xE5,Checksum =0 xE6,帧长度,(Frame Length),最小帧长度,T,HEADER_NOMINAL,=34*T,BIT,TRESPONSE_NOMINAL,=10*(N,DATA,+1)*T,BIT,T,FRAME_NOMINAL,=T,HEADER_NOMINAL,+T,RESPONSE_NOMINAL,最大帧长度,T,HEADER_MAX,=1.4*T,HEADER_NOMINAL,T,RESPONSE_MAX,=1.4*T,RESPONSE_NOMINAL,T,FRAME_MAX,=T,HEADER_MAX,+T,RESPONSE_MAX,协议规范,协议规范,帧类型,(Frame Type),普通帧,（,Unconditional frame,）,事件触发帧（,Event triggered frame,）,零星帧,（,Sporadic frame,）,诊断帧,（,Diagnostic frame,）,用户自定义帧,（,User-defined frame,）,保留帧,（,Reserved frame,）,协议规范,普通帧,(Unconditional Frame),标识符,(ID),为,0,到,59(0 x3b),主任务发出报头，一个任务响应，一个或多个任务接收,三种情况,协议规范,事件触发帧,(Event Triggered Frame)(1/2),目的,:,增强,LIN,总线的响应能力，避免为了很少发生的事件而对从节点进行轮询，从而浪费了大量的带宽,标识符：,059(0 x3B),事件触发帧必须有一个独立的,ID,，该,ID,可以与多个普通帧相关联,在事件触发帧时隙内发送帧头，只有当相关联的无条件帧内有信号被更新时才发送帧响应,帧响应的第一个数据字节等于标识符，即响应最多可以传输,7,个字节的数据,如果没有帧响应，帧头被忽略,帧响应可由多个节点发送，发生冲突时切换到“冲突解决调度表”，之后再切换回到原来的调度表,协议规范,事件触发帧,(Event Triggered Frame)(2/2),假设与事件触发帧,0 x10,相关联的两个普通帧,如果只有一个节点响应事件触发帧的报头,如果同时有多个节点响应事件触发帧的报头,总线产生冲突,切换调度表，进行轮询,协议规范,零星帧,(Sporadic Frame),表示共用一个时隙、在需要时才被发送的一组普通帧,目的,将动态行为和实时性添加到调度表中，同时不影响调度表其余部分的确定性,标识符：,059(0 x3b),仅由主节点发送零星帧内的普通帧,若有普通帧需要发送，则根据帧的优先级裁定发送顺序,若没有普通帧需要发送，则时隙保持空白,诊断帧用来传输诊断或配置信息，一般包含,8,个字节数据。,标识符,60(0 x3c),：主请求帧,61(0 x3d),：从响应帧,诊断响应基于,ISO15765-2,传输层和,ISO14229,应用层,传输方式：,协议规范,诊断帧,(Diagnostic Frame),0 x3C,Sync,Break,诊断服务,0 x3D,Sync,Break,根据诊断服务的响应,主节点,从节点,协议规范,保留帧,(Reserved Frame),用户自定义帧,(User-defined frame),标识符：,62(0 x3e),可以传输任何信息,(,由用户自定义,),保留帧,(Reserved frame),标识符：,63(0 x3f),在,LIN 2.1,中未对保留帧进行定义,协议规范,调度表,(Schedule Table),LIN,总线最小时间单位是时基,(,T,base,),。,调度表中用来发送一帧报文的时间称为帧时隙,(,Frame_Slot,),，帧时隙必须是时基的整数倍，调度表是由帧时隙组成的。,TFrame_Slot=Tbase*n,偏移,(,jitter,),是指一帧报文实际开始发送的时刻与帧时隙起点的时间差。,TFrame_Slot jitter+TFrame_Maximum,协议规范,睡眠,(Go To Sleep),主节点可以发送一帧,ID,为,0 x3c,，第一个字节为零的主请求帧来使处于工作状态的从节点进入睡眠。这帧报文称为睡眠指令。,从节点在接到睡眠指令之后，也可以选择不进入睡眠状态而继续工作，这根据应用层协议而定。,当总线空闲,4,到,10,秒的时候，所有从节点必须进入睡眠状态。,注：空闲的定义是没有显性位和隐性位之间的转换。,协议规范,唤醒,(Wake Up)(1/2),在一个处于睡眠状态的,LIN,网络中，任何一个节点都可以发送唤醒信号,唤醒信号是一个,250us(,在,20Kbit/s,波特率下的,0 x0F),到,5ms(,在,1Kbit/s,波特率下的,0 x0F),的显性电平,每一个从节点都需要做,检测唤醒信号,(,持续,150us,以上的显性位,),当检测到唤醒信号之后，在,100ms,以内完成初始化工作,主节点除了需要完成唤醒以外，还需要检测出发送唤醒信号的节点,(,利用信号,),当从节点发出唤醒信号之后,150ms,，主节点仍未发送报头时，从节点可以再次发送唤醒信号。当连续发送了,3,次唤醒信号之后如果主节点仍未发送报头，从节点要等待,1.5,秒以后才可以再次发送唤醒信号,协议规范,唤醒,(Wake Up)(2/2),发送节点发送的唤醒信号,接收节点检测的唤醒信号,大纲,概述,协议规范,物理层规范,物理层规范,Physical Layer Specification,物理层规范,位速率容差,(Bit Rate Tolerance),节点类型,符号,F/F,NOM,主节点,F,TOL_RES_MASTER,0.5%,不使用同步场同步的从节点,F,TOL_RES_SLAVE,1.5%,使用同步场同步的从节点（在同步之前）,F,TOL_UNSYNC,14%,相对于标称位速率,相对于主节点位速率,节点类型,符号,F/F,MASTER,同步后从节点,F,TOL_SYNC,2%,物理层规范,位定时,(Bit Timing),所有从节点的位定时必须以主节点的位定时为参考,同步过程,T,BIT,=(T,1,-T,0,)/8,T,0,T,1,物理层规范,位采样定时,(Bit Sample Timing),EBS=Early bit sample,(,前采样,),LBS=Lastest bit sample,(,后采样,),t,EBS,=7/16 T,BIT,t,LBS,=10/16 T,BIT,t,BFS,采样点在,EBS,和,LBS,之间,物理层规范,信号规范,(Signal Specification),V,BAT,:818V,V,SUP,=V,BAT,-V,diode,显性位,(dominant),逻辑,0,发送：总线电平,20%V,SUP,接收：总线电平,80%V,SUP,接收：总线电平,60%V,SUP,20%,80%,物理层规范,总线特性,(Line Characteristics)(1/2),物理层规范,总线特性,(Line Characteristics)(2/2),问题,假设总线速率为,20K,，网络中有,11,个从节点，总线长度,40,米，主节点、从节点的电阻和电容均为标准值，总线的电容也为标准值。总线特性如何,?,解答,C,BUS,=220,11,220,40,100=6640pF,R,BUS,=1 30 30 30=0.75K,=,C,BUS,R,BUS,=4.98,s,经过计算总线的时间常数为,4.98 s,