LIN (Контроллерная локальная сеть)

Применимость

Общая информация

LIN (Контроллерная локальная сеть) соответствует стандартному протоколу последовательной коммуникации на одинарном кабеле между главным и ведомыми узлами.Протокол LIN поддерживает мультиплексную коммуникацию, это означает, что несколько узлов могут осуществлять связь по одному и тому же кабелю, не мешая один другому.LIN была разработана консорциумом изготовителей автомобилей в конце 90-х годов, с целью создания сети для обмена компьютерной информацией на коротком расстоянии и при малых затратах. Разработка стандарта LIN продолжается и Volvo принимает активное участие в этой работе.LIN приспособлен для управления максимально 16-ю ведомыми узлами на каждой коммуникационной шине.Возможно также использование коммуникационных шин, которые в этом случае должны быть подключены через главный узел. Главный узел определяет также сопряжение с другими типами коммуникационных шин, например CAN или MOST.LIN функционирует в обоих направлениях (половинный дуплекс), это означает, что информация может передаваться в обоих направлениях. Модули могут передавать информацию поочередно. Уровень шины обычно высокий (примерно 13 В), но понижается сопротивлением до низкого (примерно 1 В), когда один из узлов передает информацию.Протокол LIN является дополнением CAN. LIN представляет собой более дешевый вариант в сравнении с CAN и используется там, где скорость передачи и эффект не являются определяющими.Помимо того, что количество кабелей будет меньше, LIN приспособлена для более простых коммуникационных контуров, это означает, что внутренние часовые контуры в подчиненном узле могут быть дешевыми колеблющимися контурами (т.н. RC-контуры) вместо кристаллов и фарфоровых осцилляторов, используемых в высокочувствительных системах для разницы времени.Это делает стоимость модулей управления в системах стандарта LIN низкой.Чтобы зависимая от времени коммуникация была возможной, в каждом сообщении на LIN используется процесс синхронизации. Количество битов в начале каждого сообщения используется для того, чтобы часовые контуры в ведомых узлах могли выполнить саморегулировку на правильную частоту, чтобы последующие данные в сообщении принимались безошибочно.Если шина LIN неактивна в течение определенного времени, ведомые узлы переходят в состояние покоя (спящий режим), чтобы уменьшить потребление тока.Скорость на LIN может достигать от 5 до 20 кбит в секунду, но установлены Volvo на 9,6 кбит в секунду. Скорость на сети CAN достигает 125-500 кбит в секунду.1 кбит в секунду = 1000 битов в секунду.Причиной ограничения скорости Volvo до 9,6 кбит в секунду является стремление сохранить эффект не теряя качество. В определенных ситуациях, может быть использована и более высокая скорость.На шине LIN всегда один модуль управления является главным модулем (т.н. главный узел). Другие модули на той же шине LIN являются ведомыми узлами.В главном узле имеется список, в котором указано какие ведомые узлы подключены к данной шине LIN. В списке в главном узле описано также какие сообщения должны передаваться по шине LIN и в каком порядке.Сообщения передаются поочередно согласно списку в главном узле, с определенной задержкой между сообщениями, чтобы главный узел мог получить возможный ответ от ведомых узлов.То, что должны делать ведомые узлы и/или какую ответную информацию они должны передавать в ответ на принимаемое сообщение, описано в свою очередь в списке, запрограммированном в каждом ведомом узле. Если ведомый узел не успел обработать ответ и передать его, но главный узел передает уже следующее сообщение, то главный узел все равно начнет передавать сообщение, и передача ведомого узла будет прервана.Максимальная длина шины установлена на 35 метров. Высокий уровень на LIN означает, что аккумулятор дает напряжение, т.е. примерно 9-18 В, но контуры, подключенные к шине должны выдерживать примерно 25 В.Шина LIN завершена на напряжение аккумулятора с сопротивлением на всех узлах, главный узел имеет сопротивление в 1 kОм, и ведомые узлы - на 20-47 kОм, обычно 30 kОм.Благодаря этому, напряжение в состоянии покоя на шине LIN будет примерно 13 В, а преобладающий уровень на шине (т.е. когда передается "1" и когда какой-либо узел во время передачи переводит шину на низкий уровень) будет примерно 1 В.

Подсказка: Напряжение на коммуникационном кабеле зависит от питающего напряжения. Определяющим является среднее значение, когда коммуникация составляет примерно 2/3 питающего напряжения. Это позволяет поддерживать уровень напряжения на шине LIN при нормальном питании и при нормальной коммуникации примерно на 7-8 В.

Остаточный уровень напряжения зависит от внутренних защитных диодов в модуле управления.Ведомые узлы имеют также диод в серии сопротивления, не допускающий того, чтобы подключенные компоненты давали шине чрезмерную нагрузку, проводя ток обратным путем, когда они не получают напряжение питания.

Проводка

Коммуникационный кабель LIN представляет собой одинарный неэкранированный кабель, которых входит в обычную проводку автомобиля. По причине того, что этот кабель не экранирован, EMC может ставить определенные ограничения при прокладывании проводки.

Сообщение LIN

Полное сообщение

A = RamB = ГлавныйC = Сообщение

Сообщение по сети LIN называется "ram" и состоит из следующих составных частей:

1. Обрыв синхронизации. Используется для пробуждения ведомого узла, который находится в состоянии покоя.
2. Поле синхронизации. Поле синхронизации помогает ведомому узлу синхронизироваться на частоту главного узла, чтобы передаваемые сообщения принимались правильно.
3. Поле идентификации. Содержит информацию о содержании сообщений. Все узлы могут считывать и отвечать на сообщение и выполнять действия, но только один узел имеет право отвечать на сообщение. То какой узел имеет такое право (отвечать на сообщение), определяется идентификатором.
4. Информационные данные. Передаваемые данные могут быть длиной от двух до восьми байтов. Информационным данным предшествует самый малозначительный бит.
5. Проверочная сумма. Проверочная сумма, это метод проверки ведомыми узлами были ли переданные сообщения правильно переданы, или имелись ли помехи во время передачи, что могло изменить данные. Если возникла неисправность в сообщении во время передачи от главного узла на ведомый узел, т.е. если проверочная сумма, высчитанная ведомым узлом не совпадает, то ведомый узел сотрет сообщение и будет ждать следующего сообщения от главного узла.

Ведомый узел не передает подтверждения о правильном принятии сообщения. Главный узел считывает сообщение, передаваемое по шине LIN и сравнивает прочитанное сообщение с переданным.Если переданное и обнаруженное сообщение одинаковы, то главный узел определяет это как правильно принятое ведомым узлом сообщение.

Пример осциллоскопа

Если у Вас имеется осциллоскоп и если Вы произведете измерение на шине LIN во время запуска и последующей коммуникации, то коммуникация будет выглядеть так, как показано на иллюстрации выше.Нижний график является увеличенной частью верхнего графика.В верхнем графике в начале показана шина LIN в состоянии покоя с последующим сообщением. Затем поступают другие сообщения.Цифры в верхнем поле соответствуют частям сообщения, описанного в списке выше.На иллюстрации можно увидеть, что напряжение на шине LIN в состоянии покой примерно 13 В, и при коммуникации оно понижается примерно до 1 В.

Примечание: Иллюстрация выше является примером тому, как может выглядеть сообщение в сети LIN.