庖丁解车：关于总线技术之应用与特点讲解（三）

这一期小编主要介绍什么是现场总线，以及现场总线的主要类型CAN总线和LIN总线。众所周知，现场总线应当是应用在生产最底层的一种总线型拓扑的网络。直白一点来讲，这种总线是作用于现场的控制系统、直接与所有控制（设备）节点串行相连接的通信网络。汽车电子控制的现场范围可以从车窗升降器驱动机构到仪表显示装置，也可以从汽车悬架系统到发动机电子点火系统，安全气囊系统。汽车上受控制设备以及网络所处的环境很特殊，对信号的干扰有很多方面，而不同的部分要求控制的实时性也是有所区别的。这就决定了汽车上的现场总线既有区别于一般网络的特点又有一般工业自动化控制现场总线的特点。

20世纪八十年代现场总线技术才开始形成和发展，这要与微型计算机，特别是嵌入式系统的高速发展密不可分。而现场总线技术应用在汽车电子领域也实在这十几年的事情。但在最近十年中，已经出现了好几种总线技术并已经成熟而且得到了逐步的推广与应用，并显示了它独特的优势与强大的生命力。接下来小编简单的介绍CAN总线和LIN总线。

CAN总线

1986年2月在SAE(汽车工程人员协会)大会上，德国Bosch公司首次提出了

CAN(ControllerAreaNetwork,lip控制器局域网)总线。这个由Bosch公司设计的新的总线系统，称之为“Automotive Serial ControllerArea Network'’(汽车串行控制器局域网)，这是一个最成功的网络协议。今天，几乎所有的欧式新轿车都至少装配有一个CAN网络系统。CAN总线最初是为汽车检测、控制系统设计的，但由于它在性能、可靠性等方面的技术优势与独特设计，已经为航天、电力、石化、冶金、造纸等行业采用。与一般的串行通信总线相比，CAN的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性，其主要特点可概括如下：

① CAN总线是目前为止唯一有国际标准的现场总线。

② CAN为多主方式工作，网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主从。

③ CAN总线采用非破坏总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息出现冲突时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传送数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。尤其在网络负担很重的情况下，也不会出现网络瘫痪情况。

④ CAN的直接通信距离最远可达10km(速率5kbps以下)；通信速率最高可达1Mkbps(此时通信距离最长为40m)。

⑤ CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响。

⑥ CAN总线具有较高的性能价格比。它结构简单，器件容易购置，每个节点的价格较低，而且开发技术容易掌握，能充分利用现有的单片机开发工具。

CAN总线在汽车电子系统中得到广泛应用，已成为欧洲汽车制造业的主体行业标准，代表着汽车电子控制网络的主题发展趋势。现代汽车越来越多地采用电子装置控制，例如发动机的定时注油控制，加速、刹车控制及防抱死刹车系统(ABS)等。世界上很多著名的汽车制造厂商都已经采用CAN总线来实现汽车内部控制系统的数据通信。

LIN总线

面对汽车中数目日益增长的电子模块之间的通信要求，CAN总线有着独特的优势和良好的表现。但是随着汽车中所实现的节点数的持续增加，CAN网络通信(特别是低层设备间的通信)的复杂性也随之增加，同时保持最低成本的要求使得CAN总线在性能要求不高的情况下显示了一些不尽如意的地方，在这种情况下作为CAN总线的子总线LIN总线应运而生。

LIN协会是由国际上著名的五大汽车厂商(BMW、Volkswagen、AUDI、Volvo Daimler-Chrysler)联合半导体制造商Motorola公司、技术工具支持商VCT公司于1998年成立的，LIN网络协议规范完成于2000年2月2日，2000年4月正式公开提出了LIN总线规范，版本为V1．1，LIN总线正式诞生了。2000年11月，又发布了v1．2版本。我们在本文就以此版本来介绍LIN协议规范。2003年9月LIN协议规范已经发展到V2．0版本，同时，各大半导体厂商和相应的技术支持方所推出的LIN总线产品也是层出不穷，更加显示了LIN总线的强大生命力和广阔的发展前景。

LIN(Local Interconnect Network。即本地内联网)总线是一种低成本的单线串行通讯网络，用于实现汽车中的分布式电子控制系统。LIN的目标是为现有汽车网络(例如CAN总线)提供辅助功能，因此，LIN总线是一种辅助的总线网络。在不需要CAN总线的带宽和多功能的场合，比如智能传感器和制动装置之间的通讯，使用LIN总线可大大节约成本。LIN总线的出现使得人们可以采用更低成本的解决方案来补充汽车高端CAN总线的不足。LIN通讯是基于SCI(UART)数据格式，采用单主控制器／多从设备的模式，仅使用一根12V信号线。LIN的主要特性可概括为如下几点：

①低成本，基于通用UART接口，几乎所有微控制器都具备LIN必须的硬件。

②单主机侈从机概念，无需仲裁机制。

③从机节点不需要石英或陶瓷谐振器可以实现自同步。

④不需要改变LIN从节点的硬件和软件就可以在网络中增加节点。

⑤通常一个LIN网络上节点数目小于16，共有64个标识符。

典型的LIN总线应用是汽车中的联合装配单元，如：车门、方向盘、座椅、空调、照明灯、湿度传感器等。对于这些成本比较敏感器件的单元，LIN总线可以使那些机械元件，如智能传感器、制动器或光敏器件得到较广泛的使用。这些元件可以很容易的连接到汽车网络中，并得到十分方便的维护和服务。在LIN实现的系统中，通常将模拟信号量用数字信号量替换，这将使总线性能优化。