stm32 lin通信协议

LIN介绍

LIN 是 Local Interconnect Network 的缩写，是基于 UART/SCI，通用异步收发器/串行通信接口)的低成本串行通信协议。可用于汽车、家电、办公设备等多种领域。

作为一个低成本的辅助总线，LIN总线在汽车电子中应用广泛，车门、车窗、车灯以及中控锁等低速应用都使用LIN总线。其实如果在新能源汽车中，CAN实现这些功能会更简单，但限于汽车里的配件太多，在制作时要与各个配件的供应商来进行兼容，其中包括因为考虑成本使用LIN的低速配件供应商。现在LIN的使用还是挺广泛的，有必要学习一下。

LIN的特点

• 串行通信
  • 单线传输，总线电压为12V
  • 线间的干扰比较小，节省线的资源，传输距离长（不超过40米）
• 最高速率20Kbit/s
  • 满足汽车上大多数低速应用的要求
• 单主多从结构
  • 不存在冲突，不需要仲裁
• 成本低
  • 几乎所有MCU都具有LIN总线的硬件基础
  • 相对于CAN可以大幅度消减成本
  • 利用报头里的同步场来实现同步，无需时钟线，大幅度降低成本
• 信号传输延迟可计算
  • 传输具有确定性，传播时间可以提前计算
• EMC（电磁兼容性）性能可预测
  • 为了增强EMC，LIN协议限制传输速率最大为20Kbit/s
• LIN 提供信号处理、配置、识别和诊断四项功能

LIN与CAN的区别

1.单线传输，传输速率低

LIN总线在物理上是一个上拉带12V的集电极开漏总线，多个节点可以并联到一个主节点上。它与IIC的SDA线类似，但是不需要SCL时钟线，LIN靠主机从机双方约定的波特率来进行通信，类似于UART。与串口不同的是，它是通过同步场来进行同步，传输更加可靠。相对于CAN的双绞线结构来说，LIN一条线的抗干扰能力较弱，为了增强EMC电磁兼容性能，将通信速率限制在20Kbit/s。

2.单主多从结构

LIN总线的结构是主从结构的星型模型，所有的从机都连接到一个主机上。传输只能由主机发起，从机不能主动发起请求。可以把从机看做消息的发布者，主机看做消息的订阅者，要想获得一个消息（某个变量的值），主机必须不断的去读对应的报文。这个结构就决定了LIN总线只能传输少量的消息，来保证消息更新的实时性。

3.轻量的处理协议栈

在CAN总线的传输协议栈中，占有相当大的代码量，包括CAN的驱动层、TP、UDS等；LIN不需要这么复杂，只有简单的驱动、调度表、睡眠唤醒等，所以代码量少了一个数量级，但是在LIN的上层服务中还是要转换成CAN信号来进行传输，所以最后LIN还是要回归CAN信号。

4.网络拓扑结构

LIN总线是单主多从的星型结构，LIN总线一般不单独存在，主机经常与上层网络（如CAN）相连。

一个节点不一定对应一个ECU，因为一个ECU上面可能提供多个LIN接口

LIN协议
传输规则

帧主要包含帧头和应答两部分

• 主机任务负责发送帧头
• 从机任务收到帧头之后进行解析，然后决定是发送应答，还是接收应答，还是不作反应

帧的整体结构

帧头包括同步间隔段、同步段和受保护ID段（PID），由主机节点发送

应答包括数据段和校验和段，由从机节点发送

0为显性电平，1为隐性电平

同步间隔段

同步间隔段由同步间隔和同步间隔段间隔符组成

• 同步间隔段表示一帧的开始
• 同步间隔段至少有13个显性位，间隔符至少有一个隐形位
• 同步间隔段不遵循字节域格式，其它段都遵循
• 从节点开始连续监测到至少11个显性位才认为是间隔信号

同步段

字节域：标准的UART数据传输格式
字节域包括1位起始位（显性）+8位数据位+1位停止位（隐性）

• 数据传输都是先发送LSB，最后发送MSB
• 这里确保所有从机节点都和主机节点波特率相同发送和接收数据
• 同步段固定一个字节，值固定为0x55

受保护ID段（PID）

受保护ID段由6位帧ID和2位奇偶校验位组成

PID并不是从机节点地址，而是想要订阅的报文ID。一个从机节点可以提供多个报文ID的服务，比如一个车灯控制ECU，可以提供灯控制、状态、故障码等多个LIN的ID服务，而从机节点地址是隐性的与其所提供的报文ID有对应关系的。

帧ID范围为0x00~0x3F共64个

这里因为数据发送先发送LSB，所以先发送奇偶检验位的P1，发送的时候帧ID上面的位被2个奇偶检验位占据，所以ID就相当于整个帧的低6位而不是高6位

校验公式如下，其中“⊕”代表“异或”运算， “¬”代表“取非”运算。

P0 = ID0⊕ID1⊕ID2⊕ID4

P1 = ¬(ID1⊕ID3⊕ID4⊕ID5)

由公式可以看出， PID 不会出现全 0 或全 1 的情况，因此，如果从机节点收到了“0xFF”或“0x00”，可判断为传输错误。

帧的类型

数据段

节点发送的数据位于数据段，最高8个字节，先发送编号最低的DATA1，依次增加发送。

LIN一帧数据最大传输8个字节。在LUN2.x中规定，LIN可以传输的字节数可以是2，4，8而并不是1-8内任意一个数字。一般而言，车内会选择一个统一字节数，最常用的比如每帧都传8个字节

数据段包含了两种数据类型，信号或诊断消息

当帧ID类型为信号携带帧，数据段存储的是信号，一个帧ID对应一个或多个信号

当帧ID类型为诊断帧时，数据段存储的是诊断消息

校验和段

校验和段是对帧中所传输的内容进行校验。

校验和分为标准型校验和和增强型检验和

• 标准型校验和：诊断帧采用
• 增强型检验和：除了诊断帧其余的帧
• 一个字节

采用标准型校验和还是增强型校验和由主机节点管理，发布节点和各收听节点根据帧 ID 来判断采用哪种校验和。
校验方法为将校验对象的各字节作带进位二进制加法(每当结果大于等于 256 时就减去
255)，并将所得最终的和逐位取反，以该结果作为要发送的校验和。接收方根据校验和类型，对接收数据作相同的带进位二进制加法，最终的和不取反，并将该和与接收到的校验和作加法，如果结果为
0xFF，则校验和无误，这在一定程度上保证了数据传输的正确性。

例子
采用标准型校验和， Data1 = 0x4A， Data2 = 0x55， Data3 = 0x93， Data4 = 0xE5，计算方法如表 3.3所示：