本地互連網(wǎng)絡(LIN)作為低成本車載網(wǎng)絡的首選方案已得到認可，尤其是用在包括空調、汽車門鎖以及車鏡控制裝置在內(nèi)的汽車車身及舒適系統(tǒng)中?？偩€通信結構簡單，數(shù)據(jù)傳輸速率相對較低，這就意味著LIN功能可適用于大多數(shù)汽車模塊，而且?guī)缀醪粫臻g和成本造成任何影響。
基本的LIN網(wǎng)絡由一個主節(jié)點和數(shù)個從節(jié)點組成，通過能夠產(chǎn)生有線“與”功能的單條通信線互聯(lián)。通信速率高達19.2Kbps，采用兩種被稱為“隱性”和“顯性”的電氣狀態(tài)傳輸信號，這兩種狀態(tài)分別代表邏輯1和0。當總線上所有發(fā)送器均處于被動狀態(tài)時，由于主節(jié)點中1k(上拉電阻的作用，總線電壓始終保持在接近電池供電電壓。當發(fā)送器主動將總線電壓拉向地電位時，就會出現(xiàn)“顯性”狀態(tài)。
不過，即便是這樣一個簡單的設置，卻給設計人員提出了各種挑戰(zhàn)，特別是在節(jié)點尋址和故障檢測方面。在正常模式的通信開始前，每個節(jié)點在啟動或重置時都被分配了一個唯一的地址。這主要通過以下兩種方式之一來實現(xiàn)：通過從節(jié)點的硬連線、對OTP位進行編程、專用連接器或DIP開關設置來實現(xiàn);或者通過被稱為從節(jié)點位置檢測(SNPD)的自動尋址方式來實現(xiàn)，在該過程中由主節(jié)點在上電時分配節(jié)點地址。
硬連線或手動編程技術指的是配置一個系統(tǒng)或替換一個故障節(jié)點時，或者需要人工干預，或者需要依賴于提供大量具有不同LIN地址的節(jié)點。
自動尋址則相反，它指的是具有相同功能的模塊可連接到LIN網(wǎng)絡上，而無需區(qū)分它們的地址。
該過程根據(jù)節(jié)點在總線上的位置為各個節(jié)點分配地址。因此，自動節(jié)點位置檢測是自動尋址不可分割的一部分，這兩個術語(即節(jié)點位置檢測和自動尋址)有時是可以互換的。
在基本LIN系統(tǒng)(圖1)中使用的有線“與”連接指的是所有節(jié)點均無法確定其在總線上相對于其它節(jié)點的位置。各總線連接方式在電性能上都是等效的。為了實現(xiàn)節(jié)點位置檢測并采用此方法進行自動尋址，必須采取其它措施確保每個節(jié)點都有可能在總線上確定其相對位置。
實現(xiàn)這一目標的一種方法就是：在各節(jié)點處將LIN線路隔離開，以便節(jié)點的物理層可以在節(jié)點分出的兩個總線部分之間通過電性能加以辨別(圖2)。每個節(jié)點上有兩個LIN連接，所有的節(jié)點均通過“菊花鏈”連接起來。每個從節(jié)點中均包括一個檢測電阻(通常為1Ω)和電流源(通常為2mA)：距主節(jié)點最遠的從節(jié)點和總線之間只有一條單獨的連接(即沒有節(jié)點“下行”)，沒有其它電流存在，因此可以由主節(jié)點進行識別并分配地址。一旦該從節(jié)點分配到地址，就可以通過終止其電流源來停止參與位置檢測過程。因此，總線上“下一個”從節(jié)點當前就是以該鏈路上“最后一個”節(jié)點的形式出現(xiàn)。該過程不斷繼續(xù)，直到所有節(jié)點都分配到各自的地址為止。
該技術的難點之一在于：在一個極易受電磁兼容性(EMC)以及其它電氣干擾的汽車環(huán)境里，需要相當精確的電流測量。由于各種干擾會導致位置檢測產(chǎn)生錯誤，因而該過程可能會相當耗時;而且該過程還需要一個主、從節(jié)點互連的固定拓撲結構作為單獨而無分支的線性總線(主節(jié)點位于一端)。最后，如有任何故障，該系統(tǒng)在故障節(jié)點的位置就無法傳遞任何信息。
通過采用安森美半導體公司(如圖3所示)提出的另一操作方法，這些問題均可迎刃而解。即仍然采用相同的通用原理，但是每個節(jié)點都含有一個高壓(HV)開關，從而允許從節(jié)點傳送或阻止總線兩個部分之間的通信。
圖3：安森美半導體的解決方案在每個節(jié)點都含有一個高壓(HV)開關，從而允許從節(jié)點傳送或阻止總線兩個部分之間的通信。
分配地址(如圖4所示)的過程始于啟動或重置階段，即當從節(jié)點進入初始狀態(tài)時，此時高壓開關處于開啟狀態(tài)。LIN總線的所有部分均被分隔開，只有與主節(jié)點直接相連的從節(jié)點才會對來自主節(jié)點的LIN信息頭做出反應。主節(jié)點發(fā)送初始化命令后，上述從節(jié)點獲得地址并關閉其通往總線下一部分的高壓開關。這使得第二個從節(jié)點可以和主節(jié)點進行聯(lián)絡，以便依次獲取其地址。該過程如此繼續(xù)下去，直到所有節(jié)點都獲得各自的地址為止。
實際上，基于開關的系統(tǒng)在遵循上概基本原理的同時，通常要將開關功能從外部電子節(jié)點LIN1和LIN2移入收發(fā)器的低壓部分(如圖5所示)。實際上，每個從節(jié)點都包含了一個完整LIN收發(fā)器的兩種情況。信息流的傳播或阻止都是通過對發(fā)往各個發(fā)送器和來自各個接收器的邏輯信號進行控制而實現(xiàn)的。這免除了安裝能經(jīng)受汽車系統(tǒng)中嚴苛環(huán)境條件(尤其是脈沖干擾、系統(tǒng)ESD和EMC)的開關的需求，且提高了可靠性。
在正常操作期間，為保證各電線部分在邏輯上表現(xiàn)為一根單獨的總線，每個從節(jié)點上發(fā)送器和接收器的邏輯互連電路必須確?？偩€信號雙向正確傳送。在其中一個LIN連接引腳上接收到的數(shù)據(jù)必須被發(fā)送至其它引腳，反之亦然。因此，數(shù)字模塊實際上起到了中繼系統(tǒng)的作用。
該設計對精確度的要求確保了系統(tǒng)時序的正確性(如圖6所示)。當其中一個LIN互連引腳接收到顯性狀態(tài)時，必須立即向其它LIN引腳重復發(fā)送，并進而發(fā)送到菊花鏈上。但是，當初始顯性狀態(tài)結束，中繼機制在將這種變化沿菊花鏈傳遞時不可避免地會有輕微的時間延遲。這樣一來，持續(xù)的顯性狀態(tài)自身可被傳回網(wǎng)絡的初始啟動部分，導致兩條總線將永久保持顯性的互鎖狀態(tài)。因此，必須引入額外延時概念，在此期間，總線狀態(tài)被視為不能夠有效重復。這種延時必須能夠涵蓋中繼系統(tǒng)最差情況下的總延時。額外延時的邏輯實現(xiàn)被稱為反饋抑制。當然，同樣的論點雙向適用。因而，包含反饋抑制的中繼器功能相對于兩個LIN連接是完全對稱的。[!--empirenews.page--]
除了采取措施避免互鎖之外，設計工程師還必須確保信號傳送延時問題在系統(tǒng)中得到解決。采用中繼器會不可避免地引入時間延遲，這是因為每個信號首先必須被正確地接收，然后才能被再次發(fā)送。由于每個從節(jié)點都包含一個中繼器，因此整條總線上的總信號延遲必須被視為總線各個部分的所有部分延遲之和。在設計該系統(tǒng)的LIN進度表時，就必須考慮總信號延時。但是，通過計算和仿真表明，對于所有的LIN應用來說，這種延時的影響是可以接受的。
采用雙中繼器連接和尋址的方法能夠克服基本LIN系統(tǒng)的許多局限性。尤其是，它允許主節(jié)點對故障從節(jié)點進行定位，這是因為一旦地址分配成功，主節(jié)點馬上就可以收到反饋。此外，節(jié)點位置檢測是基于正常信號電平的信息交流進行的，這就意味著自動尋址過程的可靠性和正常模式通信一樣高。
這項技術的另一個優(yōu)勢是設計簡單。在同一節(jié)點中僅需使用基本LIN收發(fā)器兩次，并能夠實現(xiàn)完全的數(shù)字互連。相反，電流測量方法要求設計具有較精確的電壓測量電路，以便實現(xiàn)在惡劣條件下的工作。因此，雙LIN節(jié)點在設計上更加便單快捷，從而減少了開發(fā)成本和風險。
此外，除了主節(jié)點在一端的單條線性總線外，還有可能部署其它拓撲結構。例如，樹狀拓撲結構可通過將每個雙LIN節(jié)點連接到樹狀結構(如圖7所示)中的兩個分支點來實現(xiàn)。由于自動尋址過程仍然能夠區(qū)分出節(jié)點與哪個分支連接，因此能夠實現(xiàn)正確的節(jié)點位置檢測。同樣，實現(xiàn)諸如環(huán)狀和嵌套環(huán)狀等其它復雜拓撲結構也是有可能的。
圖7：樹狀拓撲結構可通過將每個雙LIN節(jié)點連接到樹狀結構中的兩個分支點來實現(xiàn)。
雙LIN節(jié)點位置檢測方法完全符合LIN規(guī)范。此外，它還可實現(xiàn)同時采用標準LIN節(jié)點和雙LIN節(jié)點的混合拓撲結構，這在許多非線性拓撲結構中也是常見的情況。
這些技術極大地提高了LIN總線型架構的性能，使之能夠不斷滿足汽車系統(tǒng)設計人員的需求。通過利用正常信號電平，雙節(jié)點自動尋址系統(tǒng)能夠確?？煽啃?，同時提升容錯水平，并具有更快識別和糾錯能力。與現(xiàn)有電流測量技術不同的是，它不需要精密的模擬元件和測量方法，因此可簡化設計工作，風險也比較低，從而加快上市時間，并提高了成本效益。最后，使用該方法不受線性總線技術的束縛，這使得設計人員能夠部署最適合于應用的拓撲結構。
下載文檔
