當 Galvin Manufacturing Corp.（今天的摩托羅拉）在 1930 年代推出車載收音機時，很少有人能想象未來會是什么樣子。多年來，汽車中的電子元件是收音機。當今汽車中的信息娛樂系統(tǒng)只是眾多電控系統(tǒng)之一：當今現代汽車中的電子控制單元 (ECU) 數量可高達 80 個（圖 1 ）。難怪汽車電子元件市場一直在上升，預計到 2018 年將達到 $18.5B。

在初幾年，實踐是擁有獨立的自主電子系統(tǒng)。人們很快意識到需要一種機制來使系統(tǒng)能夠相互通信。這導致了串行通信通道（總線）等網絡的引入，這些網絡可以協(xié)調各個電氣系統(tǒng)并改善整個車輛的功能。

圖 1：汽車中的多個電氣系統(tǒng)

1983 年，博世開始開發(fā)控制器局域網 (CAN) 總線，并于 1986 年正式發(fā)布該協(xié)議。即使在汽車總線標準多種多樣的今天，CAN 仍然是的。在 CAN 網絡中，所有節(jié)點（來自不同的 ECU）充當主節(jié)點（即沒有主從拓撲）并且沒有分配特定地址。相反，消息包含“標識符”。

在給定時間，多個節(jié)點可以向 CAN 總線傳輸數據。然后，消息標識符有助于確定消息的優(yōu)先級。優(yōu)先級的消息會將 CAN 總線拉至顯性狀態(tài)，所有其他節(jié)點停止傳輸。這些節(jié)點實際上是收發(fā)器，并且基于特定的功能，除了傳輸消息之外，它們還可以從總線中尋找特定的消息。因此，信息流發(fā)生在連接到 CAN 總線的不同節(jié)點之間。

CAN 是高度可靠的，因為它有多重錯誤檢查，例如填充錯誤、位錯誤、校驗和錯誤、幀錯誤和確認錯誤。在數據速率方面，CAN 支持 1MB/s。因此，CAN 是連接車輛中關鍵功能 ECU（例如，變速箱、溫度傳感器等）的默認選擇。

然而，電子設備在汽車中的作用并不僅限于這些關鍵單元。多年來，汽車車身電子市場一直在增長。車身控制應用示例包括座椅、窗戶、智能雨刷和氣候控制傳感器。對于車身電子設備，關鍵要求是確保提高車輛的舒適性和安全性。這些系統(tǒng)可能不需要像關鍵 ECU 那樣高的可靠性，但它們仍然需要汽車標準來通過網絡進行通信。

不同的系統(tǒng)和它們需要的網絡類型分類如下：

• 傳統(tǒng)的車身和動力傳動系統(tǒng)應用使用具有實時屬性的協(xié)議，并且主要需要 CAN。
• 多媒體應用需要更高的帶寬、速度，甚至無線互連。Bluetooth、MOST 或 Firewire 是用于這些應用程序的一些網絡。
• 安全關鍵應用程序需要可靠且容錯的協(xié)議。TT-CAN（時間觸發(fā) CAN）和 FlexRay 是此類網絡的典型代表。
• 座椅、車窗、雨刷甚至一些復雜的 ECU 中的智能傳感器和執(zhí)行器都具有更簡單的通信需求。這些應用通常由自定義 OEM 協(xié)議處理，不需要 CAN 或 FlexRay 接口進行通信。

對于一類，原始設備制造商使用他們自己的協(xié)議時，會出現困難，例如原始設備制造商的供應商在沒有標準的情況下設計不同系統(tǒng)的復雜性和費用。因此，在 1990 年代后期，不同的汽車制造商成立了 LIN 聯盟。該聯盟終在 2002 年為這些類型的系統(tǒng)實施了網絡標準，稱為 LIN。

與更復雜和廣泛使用的 CAN 總線不同，LIN（本地互連網絡）是一種串行網絡協(xié)議，用于車輛組件之間的通信，是由于汽車內基于微控制器的傳感器之間對廉價串行通信協(xié)議的需求而產生的。

LIN 與 CAN 
CAN 的實施成本高于 LIN。導致 CAN 成本較高的因素包括：

• CAN 網絡中的每個節(jié)點都需要一個時鐘發(fā)生器或晶體
• 在芯片層面，CAN 實現起來更復雜
• 使用 2 線傳輸。

重要的是，整個昂貴的架構對于既不需要高可靠性也不需要高數據速率的應用程序來說是多余的。

由于上述缺點，對 LIN 網絡的需求增加了。LIN 總線的作用是補充 CAN 總線，而不是取代它。它是一種廉價的串行通信協(xié)議，支持汽車網絡中的遠程和非關鍵應用程序。與 CAN 不同，LIN 在主從拓撲上工作。通常，網絡包括一個主站和多 16 個從站。所有通信均由主節(jié)點發(fā)起。因為所有節(jié)點都由主節(jié)點提供時鐘，所以只有主節(jié)點需要精密時鐘。這是 LIN 比 CAN 便宜的原因之一（其中所有節(jié)點都需要晶體或精密時鐘發(fā)生器）。

LIN 的特性和優(yōu)勢 
LIN 的主要特性和優(yōu)勢如下：

• 補充作用——如前所述，LIN 的作用不是取代 CAN，而是對其進行補充。此功能有助于 CAN 擴展到應用程序中的遠程分層子網。
• 單線實施——LIN 的低成本、單線實施（與 CAN 的雙絞線植入相反）大大降低了成本。
• 數據速率——數據速率限制為 20Kbps（出于 EMI 控制原因）。這有助于維護網絡的可靠性。
• 廣播串行網絡——LIN 網絡可以有一個主節(jié)點和多 16 個從節(jié)點。所有消息都源自主站，并且多有一個從站根據消息標識符做出響應。
• 自同步——不需要晶體或諧振器，從而顯著降低實施成本。
• 延遲時間——LIN 網絡提供有保證的延遲時間，使其成為一個更可預測的網絡
• 整體實施 - LIN 比 CAN 更便宜且更易于實施。對于 CAN，每個節(jié)點都需要一個 CAN 接口、晶振和 2 線連接。LIN 可以與簡單的串行通信模塊 (SCB) 和增強的 ISO 9141 接口一起工作。不需要晶體，連接是單線。

表 1 提供了 LIN 和 CAN 功能的快速比較，以幫助開發(fā)人員根據不同參數的要求選擇一個網絡而不是另一個網絡：

表 1：LIN 和 CAN 的比較

基于 LIN 的系統(tǒng)的組件 
設置基于 LIN 的系統(tǒng)遠沒有設置基于 CAN 的系統(tǒng)復雜?；?LIN 的系統(tǒng)所需的組件是：

• 物理收發(fā)器 (PHY)
• 具有串行通信模塊 (SCB)/接口的微控制器
• 開發(fā)工具：軟件

典型的 LIN 網絡類似于圖 2 中所示的系統(tǒng)， 具有一個主節(jié)點和多個從節(jié)點。

                                                      1 發(fā)動機控制單元 
                                                      2 串行通信模塊 
                                                      3 物理收發(fā)器

圖 2：典型的 LIN 網絡

注意物理收發(fā)器：大多數 LIN 實現使用收發(fā)器來管理接口并支持更高的電壓電平。這些收發(fā)器通常在微控制器外部。

要充當 LIN 網絡中的從節(jié)點，MCU 需要 SCI（串行通信接口）或 SCB（串行通信塊）來支持 UART 進行接口連接。LIN 協(xié)議使用 UART 作為發(fā)送和接收的基本方式。如果 MCU 的硬件中沒有 UART，也可以使用軟件實現。但是，不推薦使用這種方法，因為它會給處理器帶來不必要的負載。作為主節(jié)點，我們需要更高端的MCU。除了支持SCI的UART之外，主節(jié)點的另一個要求是時鐘發(fā)生器。

LIN 連接中使用的總線是單線的，并且必須符合 ISO9141。如今，我們擁有更先進的汽車級 MCU，它們以內置 LIN PHY 的形式專門支持 LIN。這種集成使實施更加緊湊和簡單。

大多數 MCU 供應商至少在他們的一個設備系列中支持 LIN 接口。一個例子是 Cypress Semiconductor 的 PSoC（可編程片上系統(tǒng)），(https://www.cypress.com/psoc/)，它提供了一個片上系統(tǒng)架構，將可編程邏輯、存儲器和 MCU 集成在一個芯片上。這些器件支持可配置為 LIN 的串行通信接口，因此很有可能適合需要 LIN 的汽車應用。

除了 MCU 和 LIN PHY，通常還需要軟件模塊等開發(fā)工具來配置 LIN 接口的不同參數。處理器供應商通常會提供支持并行硬件和固件設計的設計環(huán)境。例如，賽普拉斯提供PSoC Designer 和 PSoC Creator。這些工具提供了一個靈活的 LIN 組件或用戶模塊，可以根據設計要求進行編程以工作。

MCU 供應商還需要根據符合 LIN 規(guī)范的一致性測試對其 LIN 接口進行驗證或。幾乎所有 OEM 都強制執(zhí)行此要求，并且 MCU 供應商需要將合規(guī)性作為其開發(fā)過程的一部分。

LIN 消息幀

LIN 消息幀由標題和響應組成。標頭具有固定長度，而響應由 0 到 8 個字節(jié)的數據組成。幀間響應時間是從設備響應 LIN 主設備請求所需的時間。它可能因網絡上的節(jié)點而異，因為它取決于單個節(jié)點的硬件和軟件實現。響應之后是校驗和，它是為消息幀的數據部分計算的。

標頭分為三個字段：

1. SYNC-break 字段用于激活所有連接的 LIN 從機以收聽標頭的以下部分。它由一個起始位和幾個顯性位組成。
2. SYNC 字段是標準數據格式字節(jié)。在 RC 振蕩器上運行的 LIN 從機將使用固定數量的上升沿和下降沿之間的距離來測量總線上的當前位時間，以重新計算內部波特率。
3. 標識符 (ID) 字段由主節(jié)點發(fā)送到所有 LIN 節(jié)點，通常包含 64 個不同值之一，并在 8 位數據中包含兩個奇偶校驗位。標識符包含發(fā)送方、接收方、用途和數據字段長度等信息，這些信息隨后將在 LIN 總線上傳輸。

消息幀的結構如所示。

圖 3：LIN 消息幀結構

LIN 應用 
我們已經了解了哪些類型的汽車應用需要 LIN。讓我們快速瀏覽一下使用 LIN 網絡的示例應用列表（表 2）。這與需要 CAN 以更好地了解差異的應用程序進行了比較。

表 2：典型的 LIN 應用

汽車中的電子設備數量在不斷增加，其網絡的復雜性也在不斷增加。在不遠的將來，我們將看到可以相互交談的無人駕駛汽車。隨著汽車電氣網絡數量和復雜性的增加，更簡單和更便宜的替代方案也在增長，其中的恰好是 LIN。

LIN 已經成為大多數不需要 CAN 類型安全性的車身控制應用的標準，并且在未來也將繼續(xù)成為的選擇。LIN 還根據要求不斷更新，發(fā)布更新版本（版本為 2.2A）以滿足更新的汽車標準。這也要求汽車MCU供應商配備版本的LIN接口，使其能夠在車身控制應用中發(fā)揮作用。