LIN总线概述与汽车门控系统设计实例

　　如图二所示，LIN的信号由一个由主任务提供的标头（Header）和由从任务处理的响应部分（Response）构成。标头包含一个13位的同步间隔字段（Synch Break Field）、一个由主任务产生的同步字段（Synch Field），以及一个辨识字段（Identifier Field）。其中每一个字节字段都以串行位元组方式发送，起始位的第一位为“0”，而终止位为“1”。由主任务执行的信号标头会依整个LIN丛集的进度表决定每个信号的传输时间，以确保数据传输的确定性及避 免网络超载的危险。在LIN网络中只有主节点采用晶体振荡器来为系统提供精确的基本时钟，此时钟会嵌入上述的同步字段中，让从任务能与主节点时序同步。LIN信号的响应部分包含一个数据域位（Data Filed），长度为2 / 4 / 8个字节，和一个长度为一个字节的验证字段（Checksum Field）。

图二　LIN信号结构示意图

　　LINSCI

　　LINSCI可以集成在8位MCU中，可实现标头侦测（Header Detection）、指示器（Identifier）和非相关字节过滤（Irrelevant Byte Filtering）、延伸性错误侦测（Extended Error Detection）和再同步化（Resynchronisation）等功能。其作用是使从设备的LIN总线功能更有效地发挥。

　　LINSCI也可以实现更高的精度。LIN总线的波特率（Baud Rate）预定标器（Prescaler）一般为8位整型值，分辨率有限，使得很难达成标准SCI位时间取样原则所需要的误差率为2%的准确性。LIN总线波特率一般为10kbps和20kbps，如果按20kbps计算，假设CPU频率为8MHz，由于LIN的频率宽容度为15%，量化错误将达到2.33%。LINSCI的预定标器则以12位无符号（Unsigned）定点值（即LDIV）代替8位整型值，量化误差则可下降到0.15%。

图三　LINSCI数据结构图

　　实现LIN系统的最优化包含许多方面因素。虽然以标准SCI所建立的LIN网络已具备极佳性能，但LIN数据传输所需要的频宽和CPU负荷，应用上所需的频率准确性，以及LIN界面的稳定和有效性等都是应该考虑的因素。此外，硬件技术上的强化也十分必要。

　　ST的LINSCI即可通过这些手段实现更高的效率和更低的成本。首先，经过强化的硬件SCI端口减少了CPU负载，相应提高了系统效能。低成本主要由高集成度获得，其内部集成了1MHz震荡器、带有运算放大器的快速10位ADC，以及带有低电压检测器的可配置重启电路，简化了外部电路和系统设计，降低了制造成本。同时，8KB的扩展内存能在单一供给电压下操作，除了提供更快速的编程能力，还降低了电路板的复杂程度。

　　汽车门控系统架构实例

　　以汽车门控系统举例。如图四所示，目前中高档车型的门控系统主要包括车门锁（Lock）、防盗门锁（Dead Lock Latch）、动力车窗（Power Window）、踏脚灯（Footstep light），及切换面板照明（Switch Panel Illumination）等。其主节点为一个与车体CAN网络相连的中央车体控制单元（Central Body ECU），每个车门都有一个车门模块，即按四门的车身则为DM-Driver（司机位置）、DM-Passenger（副驾驶位置）、DM-RearRight（右后门）和DM-RearLeft（左后门）提供门锁和动力车窗等功能；另外两个前门还有MMR和MML左右后视镜控制模块。驾驶端的中央切换面板（Central Switch Panel）是一个独立的从节点，控制所有的动力车窗、手动门锁及后视镜等功能。

图四　LIN网络门控系统示意图

　　汽车门控系统的应用场景对LIN网络提出了以下需求：当主控器收到从遥控钥匙发出的有效信号时，必须要启动门控系统，从节点通常通过CAN总线接收；当正确的钥匙打开前门时，也同时启动门控系统；从节点会直接反应而不需经由与主控器的通讯；切换面板的询问动作（Polling）功能，以确保响应对各个驱动装置控制，如动力车窗、后视镜调整、门锁等的主动式切换；对所有从节点的询问功能，以得到车窗升降的位置状态，以及车门的开关情况；以及系统对所有从节点的睡眠模式控制（即电池供应操作模式）等。因此门控系统的MCU也需要与上述功能相符，例如必须针对车窗的升降提供防夹（Anti-Pinch）功能、马达的PWM控制及车窗位置监控；能以SPI接口来控制门锁马达；对于车钥匙的拔出及开门的动作，能够提供电源供应模式的接触式监控，以及对后视镜及切换面板的操控功能等。

图五　门控模块功能架构图