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LIN接口

news 来源：原创 2025/8/12 18:08:39

LIN接口

- 前言
- LIN接口
- - 简介
  - 帧格式
  - - 同步间隔段 (Break Field)
    - 同步段 (Sync Byte Field)
    - 受保护ID段 (Protected Identifier Field)
    - 数据段 (Data Field)
    - 校验和段 (Checksum Field)
  - 帧在总线上的传输波形
  - 帧类型
  - - 无条件帧
    - 事件触发帧
    - 偶发帧
    - 诊断帧
    - 保留帧
  - 错误类型
- IP 设计
- - 结构框图
  - 接口设计
  - 上板验证

前言

本文参考标准《LIN Specification Package-Revision 2.2A》。

LIN接口

简介

LIN是一种基于UART/SCI传输协议的总线标准，作为一种串行通信协议，其具有低成本的特点，常用于传输速度要求不高的场合中。

LIN总线的主要特点如下：

LIN总线的工作模式为单主多从模式，工作时无需仲栽机制；
LIN 协议基于UART/SCI接口标准，兼容多数微控制器，具有成本低的特点；
为单总线结构，物理层建设成本极低，符合ISO9141国际标准；
总线电平分为显性和隐性，其中‘0’为显性电平，“1’为隐性电平；
总线最大的传送速率为20Kbps。

帧格式

LIN总线上的电平分为显性和隐形，显性表示为‘0’，隐性表示为‘1’，信号在总线上传输的过程中进行“线与”逻辑，即只要有节点发送显性电平，总线电平就表现为显性；只有当所有节点均不发送信息或者均发送隐性电平时，总线才表现为隐性。

一个完整的帧包括同步间隔段、同步段、受保护的ID段、数据段和校验和段五部分。其中，同步间隔段、同步段和受保护的ID段共同构成了帧头，数据段和校验和段构成了应答。完整的帧结构如图1所示，其中，在帧与帧之间以及帧内部分布的空闲隐性电平称为帧间隔、应答间隔、字节间间隔。

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同步间隔段 (Break Field)

同步间隔段是由连续的至少13位显性电平构成的同步间隔和至少为1位隐性的同步间隔间隔段组成。由于总线空闲期间和帧中的所有间隔均为隐性电平，帧的其他段中不会发送出超过连续的9个显性电平，所以当出现连续13位的显性电平即标志帧的传输开始。

同步段 (Sync Byte Field)

除同步间隔段以外，帧中其他段都是以字节域的形式进行传输的。一个字节域包括显性的起始位、8位数据位和隐性的停止位。在数据位的传输过程中，都是先发送最低有效位（LSB），最后发送最高有效位（MSB）。

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LIN的同步段的内容是固定的字节0x55，即二进制01010101。自同步功能在同步段中实现。

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在LIN通信中，传输波特率由主机节点进行控制，因此从机节点不需要采用高精度的时钟，可大幅降低组网成本。主机节点和从机节点存在的时钟偏差可由同步段来进行调整，具体方式为以主机节点为基准，从机节点调整自身的时钟分频值。调整方法为，从机节点接收到主机节点发送的同步段之后，通过计算主机节点传输1位比特所需的时间调整自身位速率。计算公式如下：
1位时间 - (第7位的下降时刻起始位的下降时刻) / 8
通过计算，可得出主机节点传输1位比特所需的时间，即位速率。

受保护ID段 (Protected Identifier Field)

受保护的I段由6位帧ID和2位奇偶校验位组成，ID0~ID5为帧ID，ID6和ID7为奇偶校验位。

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帧ID共6位，所以帧ID的个数为2^6=64，其地址范围为0x00~0x3F。帧的类别和接收目标都是在帧ID中规定的。从机任务只有对帧头中的I进行判断后才能决定下一步是接收帧响应还是发送帧响应，亦或者是忽略帧头不作响应。奇偶校验位是通过6位用户配置的帧ID计算出来的，计算方法如下所示:

P0 = ID0 ^ ID1 ^ ID2 ^ ID4

P1=~ (ID1 ^ ID3 ^ ID4 ^ ID5)

其中ID0~ID3表示节点的地址，所有LIN 网络中最多含有2^4=16个节点。ID4 和ID5用于控制数据的字节数，数据长度和ID4、ID5的对应关系如下表所示：

ID5	ID4	数据长度/字节
0	0	2
0	1	2
1	0	4
1	1	8

ID0~ID3表示帧类型，帧类型详细说明见帧类型章节。

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数据段 (Data Field)

数据段一般包括2、4、8三种字节长度，最先发送的字节为 data0，后发送字节编号依次递加。数据字节之间具有一定长度的时间间隔。

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校验和段 (Checksum Field)

在 LIN 协议中，校验和分为标准型校验（LIN1.x版本）和增强型校验和（LIN2.x版本）。

标准型校验和只校验数据段各字节;
增强型校验和校验数据段的字节和受保护的ID段。

校验和的原理是发送方将各字节进行二进制累加运算，累加和始终为8位二进制数，若有进位，则将进位加至最低位，然后再进行下一字节的累加，最后将累加和按位取反作为校验和。
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校验和计算方法举例：

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帧在总线上的传输波形

帧在总线上的传输分为两种情况：

主机节点作为发布节点，发送帧头和帧响应；
从机节点作为发布节点，即帧头由主机节点发送，帧响应由从机节点发送。

两种传输方式下总线上的传输波形如下图所示。

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帧类型

LIN协议中规定了以下几种帧类型：

无条件帧（Unconditional Frame）
事件触发帧（Event Triggered Frame）
偶发帧（Sporadic Frame）
诊断帧（Diagnostic Frame）
保留帧（Reserved Frame）

无条件帧

无条件帧的特点是发布节点的帧头发送出去后，无论接收帧头的节点自身状态是否发生变化，必须无条件的对帧头发送应答。无条件帧的ID范围为0x00~0x3B。下图演示了一种无条件帧的传输过程。图中举例所用的ID是随机的，协议中并没有强制的要求。

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ID=0x30：从节点1向主节点发布信息，常用于从节点向主节点报告自身状态。
ID=0x31：主节点向从节点1和2发布信息，常用于主节点向从节点广播。
ID=0x32：从节点2向从节点1发布信息，常用于从节点间的通信。

事件触发帧

事件触发帧用于主机节点查询从机节点的状态是否发生变化，当多个从机发生变化需要发布信息时，需要通过进度表来进行仲裁。

当主机任务频繁的去轮询各从机节点时，会占用较大的带宽，所以引入了事件触发帧的概念。事件触发帧允许只有帧头而没有帧响应，也就是无从机任务进行响应；同时也允许多个节点对帧头作出响应，这种情况不应视为错误，此时主机节点需要重新进行轮询。典型的引用是用于检测车门的开关状态。下图描述了事件触发帧的几种情况。

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偶发帧

偶发帧是主节点处理“时间”信息的一种方法，偶发帧的帧响应只能够由主机节点发送。主机节点是否发送偶发帧是根据与之关联的无条件帧的状态决定的：当所有的帧信号都没有变化时，则在该帧时隙内无响应；当主机节点探测到某一个帧内的信号发生了变化，则主机节点发送偶发帧；当多个帧中的数据发生了改变，则根据事先规定好的优先级进行仲裁后依次发送偶发帧。偶发帧大大增加了通信的灵活性。

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诊断帧

诊断帧使用特定的标识符，包括主机请求帧和从机应答帧两种，主机请求帧的帧ID为0x3C，从机应答帧的帧I为0x3D。诊断帧的作用包括配置、识别和诊断。诊断帧的帧响应中数据字节长度为8，校验和为标准型校验和。

保留帧

ID等于0x3E 和 0x3F的两个帧称为保留帧，用作以后扩展。

错误类型

ID奇偶校验错误、未知ID；
数据校验和错误；
从机响应超时；
发送与回读的数据不同。

LIN接口

前言

LIN接口

简介

帧格式

同步间隔段 (Break Field)

同步段 (Sync Byte Field)

受保护ID段 (Protected Identifier Field)

数据段 (Data Field)

校验和段 (Checksum Field)

帧在总线上的传输波形

帧类型

无条件帧

事件触发帧

偶发帧

诊断帧

保留帧

错误类型

IP 设计

结构框图

接口设计

上板验证

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