在對汽車所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行集中控制方面，本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(LIN)提供了一種低速率、低成本的實(shí)施方法。LIN總線是針對低成本應(yīng)用而開發(fā)的汽車串行協(xié)議。它對現(xiàn)有CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了補(bǔ)充，支持車內(nèi)的分層式網(wǎng)絡(luò)。本文討了幾種LIN網(wǎng)絡(luò)方案，并比較了各個(gè)解決方案的優(yōu)劣勢。
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圖1：單個(gè)LIN網(wǎng)路連接示意圖。 |
LIN總線是針對低成本應(yīng)用而開發(fā)的汽車串行協(xié)議，是對現(xiàn)有CAN網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充，支持車內(nèi)的分層式網(wǎng)絡(luò)。該協(xié)議是簡單的主/從配置，主要流程在主節(jié)點(diǎn)上完成。為了減少成本，從節(jié)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)盡量簡單。
LIN總線是主從協(xié)議，總線中的所有數(shù)據(jù)傳輸都由主節(jié)點(diǎn)發(fā)起�，F(xiàn)在有兩種完全不同的方法可以將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綇墓?jié)點(diǎn)，即主-從傳輸(主節(jié)點(diǎn)中的從任務(wù)傳輸數(shù)據(jù))或從-從傳輸(主節(jié)點(diǎn)發(fā)送幀頭，從某個(gè)從節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)，然后由另一從節(jié)點(diǎn)接收該數(shù)據(jù))。這兩種方法具有不同的優(yōu)勢和劣勢。
LIN協(xié)議是時(shí)間觸發(fā)型，不需要總線仲裁，同樣可以計(jì)算每條信息幀在最差環(huán)境的定時(shí)。每條信息幀的傳輸都由主節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行的調(diào)度表控制。調(diào)度表在既定時(shí)間傳輸信息幀幀頭。
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圖2：2個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò)連接示意圖。 |
網(wǎng)絡(luò)實(shí)施
本節(jié)主要介紹單個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò)、多個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò)和混合CAN/LIN網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)方面。
- 單個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò)(多個(gè)門節(jié)點(diǎn))
在這類網(wǎng)絡(luò)中，車身控制器模塊(BCM)將通過單個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò)與其它所有節(jié)點(diǎn)相連。如圖1所示：
這類網(wǎng)絡(luò)有非常直接的結(jié)構(gòu)體系，LIN連接有效地取代了CAN解決方案。雖然LIN協(xié)議最初是設(shè)計(jì)為對CAN進(jìn)行補(bǔ)充(而不是替換CAN)，但是如圖1所示的連接可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的LIN解決方案。
圖3：CANLIN混合網(wǎng)絡(luò)解決方案。
這還是一個(gè)能降低成本的解決方案，因?yàn)樗恍枰魏蜟AN節(jié)點(diǎn)。BCM是LIN 網(wǎng)絡(luò)的主節(jié)點(diǎn)，所有LIN節(jié)點(diǎn)都可以接入LIN網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)乃行畔�。采用該種解決方案，網(wǎng)絡(luò)上通常擁有5個(gè)LIN節(jié)點(diǎn)。減少節(jié)點(diǎn)數(shù)量和定義初始信息傳輸方法使網(wǎng)絡(luò)更直接有效。
但是，制訂進(jìn)度表(定義哪條信息會在網(wǎng)絡(luò)中以什么順序出現(xiàn))比較困難。如果該系統(tǒng)使用從節(jié)點(diǎn)--從節(jié)點(diǎn)通信，就可以簡化進(jìn)度表的制訂過程，因?yàn)樗寻丫W(wǎng)絡(luò)流量減少到最小程度。例如，如果一個(gè)車門有任何鍵盤操作，這時(shí)主節(jié)點(diǎn)需要作出決策：網(wǎng)絡(luò)上的任何節(jié)點(diǎn)都能在同一個(gè)信息幀內(nèi)做出響應(yīng)。
這類網(wǎng)絡(luò)信息流最短，從而引起的EMC問題最少。同時(shí)，流量密度的降低，還有助于減少輻射。此外，由于所有節(jié)點(diǎn)都通過單線連接，因而將接頭數(shù)量減到最少，這樣增加了可靠性。
圖4：LIN網(wǎng)絡(luò)車門解決方案1。
- 兩個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò)
為了克服單個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)，部分公司開始使用雙LIN網(wǎng)絡(luò)。如圖2所示。
BCM控制兩個(gè)完全獨(dú)立的LIN網(wǎng)絡(luò)，使得制制訂進(jìn)度表變得相對簡單，網(wǎng)絡(luò)靈活性也增強(qiáng)，即使出現(xiàn)撞車事件，大部分網(wǎng)絡(luò)保持完整性的可能性也很大仍能保持完整狀態(tài)。同時(shí)采用兩個(gè)完全獨(dú)立的LIN網(wǎng)絡(luò)，有利于各個(gè)網(wǎng)進(jìn)行及時(shí)通信。
- 具備LIN分層結(jié)構(gòu)的CAN
僅僅依靠LIN不能克服所有的局限。那么，在汽車應(yīng)用中怎么應(yīng)用LIN呢？我們在前面的介紹中提到，LIN是作為CAN的補(bǔ)充，而不是徹底替換CAN。圖3是CAN/LIN混合網(wǎng)絡(luò)的解決方案：
如前所述，通常BCM和四個(gè)車門通過一個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)連接。這是目前大量生產(chǎn)商采用的典型方案。這時(shí)，每個(gè)車門內(nèi)的高性能控制器(MCU)，如常見的飛思卡爾HC908AZ60A, 直接控制車窗和車鏡。
采用LIN結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)車門功能，就可以選擇規(guī)格更小的MCU(如HC908GZ16)，它除了能為BCM通信提供必要的CAN接口，還有足夠的資源去控制單個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò)。在本例中，駕駛員車門MCU除了是BCM 的CAN 接口，還是控制后視鏡、鍵盤、鎖和車窗升降等操作的LIN網(wǎng)絡(luò)的主節(jié)點(diǎn)。
這樣做雖然會增加車門內(nèi)的MCU，但如果對MCU和LIN狀態(tài)機(jī)進(jìn)行合適的選擇，就可以獲得功能更強(qiáng)大、更靈活的分布式系統(tǒng)。
圖5：LIN網(wǎng)絡(luò)車門解決方案2。
- 車門控制
前面的例子介紹了車門內(nèi)部的典型LIN網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)還針對上面提及的局限性提出了解決方法。但是，現(xiàn)在車門網(wǎng)絡(luò)仍然存在幾個(gè)問題，特別是功能失效和安全問題。車鏡是系統(tǒng)中最容易被破壞的部件，在市區(qū)駕駛時(shí)經(jīng)常被人取走，從而造成網(wǎng)絡(luò)中斷，甚至給部分生產(chǎn)商帶來無法承受的風(fēng)險(xiǎn)。在安全方面，大量罪犯可以輕松取走車鏡，從而獲得駕駛員車門MCU的直接接入。這又是一個(gè)重大風(fēng)險(xiǎn)。
有幾種方法可以減少這種風(fēng)險(xiǎn)。方法之一如圖4所示：
在本例中，車門內(nèi)部有兩個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò)。從圖4可以看到，車鏡與系統(tǒng)其它部分有效地隔離開，大大降低車鏡被取走而帶來的危害。任何罪犯行為只能訪問駕駛員車門MCU，但無法接入關(guān)鍵組件，如門鎖等。
還有一種方法通過LIN子節(jié)點(diǎn)控制車鏡。在本例中，安全和可靠性問題都能夠有效解決。車鏡由鍵盤MCU或LIN節(jié)點(diǎn)直接控制。兩種方法都是合適的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
