LIN, a CAN segéderő

A LIN az egyik, ha nem a legegyszerűbb protokoll a járműiparban, létjogosultsága mégsem kérdőjelezhető meg. Nem számít gyorsnak, nem kommunikál több szálon, ugyanakkor rendkívül olcsó, és a hozzá hasonlóan egyszerű alkalmazások tökéletesen illeszthetők rá.

Ezt a szub-busz fejlesztést mutatjuk be az alábbi cikkben.

Definíció

Ahogy a felvezetésben is említettük, a LIN (azaz Local Interconnect Network) egy szub-busz rendszer, amely GateWayeken keresztül illeszthető a CAN-hez. Fizikai mérete erősen korlátozott (nem lehet több 40 méternél a hálózat hossza), egyetlen vezetéken kommunikál, ráadásul nem is túl gyorsan a többi rendszerrel összehasonlítva (19.2 kB/s).

Az olcsó soros hálózat iránti igény az autóban alkalmazott technológiák és lehetőségek bővülésével jelentkezett, miközben a CAN-busz túl drága volt ahhoz, hogy az autó minden alkatrészéhez hozzáférjen. Az európai autógyártók különböző soros kommunikációs technológiákat kezdtek alkalmazni, ami kompatibilitási problémákhoz vezetett.

Az 1990-es évek végén a LIN Konzorciumot öt autógyártó (BMW, Volkswagen Group, Audi, Volvo Cars, Mercedes-Benz) alapította a Volcano Automotive Group és a Motorola által biztosított technológiákkal (hálózati és hardverszakértelem).

Az új LIN specifikáció első teljesen megvalósított verziója (LIN 1.3-as verzió) 2002 novemberében jelent meg. 2003 szeptemberében a 2.0-s verziót vezették be a képességek bővítése és a további diagnosztikai szolgáltatások biztosítása érdekében.

A konzorciumi fejlesztés a komfort- és karosszéria-elektronikát célozta meg vele, úgymint lopásvédelem, fényszórók elektronikája, klímavezérlés, ajtózárás.

Topológia

A LIN egy idővezérelt soros hálózat, amely 16 csomópontot (egy mastert és általában legfeljebb 15 slave-et) tartalmaz. A 0-s azonosító a masteré, 1 és 15 közötti ID-val pedig a slave-ek rendelkeznek.

Minden üzenetet a master kezdeményez, legfeljebb egy slave válaszol egy adott üzenetazonosítóra. A master csomópont slave-ként is működhet, ha válaszol a saját üzeneteire. Mivel minden kommunikációt a master kezdeményez, nem szükséges ütközésészlelést megvalósítani. A szinkronizáció automatikus az üzeneteken keresztül.

A master és a slave általában mikrokontrollerek, de speciális hardverben vagy ASIC-ben is megvalósíthatók a költség-, hely- vagy energiatakarékosság érdekében.

A jelenlegi felhasználási módok a LIN alacsony költségű hatékonyságát és az egyszerű érzékelőket kombinálják kis hálózatok létrehozásához. Ezek az alrendszerek gerinchálózaton keresztül (az autókban a CAN) összekapcsolhatók.

A LIN üzenet

Az üzenet a következő mezőket tartalmazza:

• Szinkronizálási szünet
• Szinkronizálási bájt
• Azonosító bájt
• Adatbájtok
• Ellenőrző összeg bájt

Ezek az üzenetek különböző keretekben jutnak el a címzetthez:

Unconditional frame: Ezek mindig jeleket hordoznak, és azonosítóik a 0-tól 59-ig (0x00-tól 0x3b-ig) terjednek. Amennyiben nincs hiba, minden címzettnek meg kell kapnia.

Event-triggered frame: Ennek az a célja, hogy növelje a LIN-sor válaszkészségét anélkül, hogy a busz sávszélességének túl nagy részét hozzárendelnénk több, ritkán előforduló slave csomópont lekérdezéséhez. Első adatbájtjának meg kell egyeznie az esemény által kiváltott kerethez rendelt védett azonosítóval. A slave csak akkor válaszol, ha az adatértéke megváltozott. Ha egyik slave sem válaszol a fejlécre, a keret többi része néma, és a fejlécet figyelmen kívül hagyja. Ha egynél több slave válaszol a fejlécre ugyanabban a keretrésben, ütközés következik be, és a masternek fel kell oldania az ütközést úgy, hogy lekéri az összes ilyen keretet, mielőtt ismét kérné az esemény által kiváltott keretet.

Sporadic frame. Ezt a keretet a master szükség szerint továbbítja, így ütközés nem fordulhat elő. Ezt csak akkor kell elküldeni a hozzá tartozó keretrésben, ha a fő feladat tudja, hogy a keretben szállított jel frissítve lett. A keret kiadója mindig megadja a választ a fejlécre.

Diagnostic frame. Ezek mindig tartalmaznak diagnosztikai vagy konfigurációs adatokat, és mindig nyolc adatbájtot tartalmaznak. Az azonosító vagy 60 (0x3C), úgynevezett master request frame, vagy 61 (0x3D), úgynevezett slave válasz keret. Fejlécének generálása előtt a master megkérdezi a diagnosztikai modulját, hogy el kell-e küldeni, vagy a busz néma legyen. A slave-ek a diagnosztikai moduljuknak megfelelően közzéteszik és várják a választ.

User-defined frame. Ezek bármilyen információt hordozhatnak. Azonosítójuk 62 (0x3E). Fejléce mindig elküldésre kerül, amikor a kerethez hozzárendelt keretrés feldolgozásra kerül.

Reserved frame. Ezeket nem szabad LIN 2.0-s sorban használni. Azonosítójuk 63 (0x3F).

A hardver

A LIN specifikációt úgy tervezték, hogy lehetővé tegye a nagyon olcsó hardver-csomópontok hálózaton belüli használatát. Ez egy alacsony költségű, egyvezetékes hálózat, amely az ISO 9141 szabványon alapul.

A mai autóhálózati topológiákban UART képességgel (univerzális aszinkron adóvevő) vagy dedikált LIN hardverrel rendelkező mikrokontrollereket használnak. A mikrokontroller az összes szükséges LIN adatot szoftveresen generálja, és egy LIN adó-vevőn (egyszerűen szólva, szintváltón, néhány kiegészítővel) csatlakozik a LIN hálózathoz. A LIN-csomópontként való munkavégzés csak egy része a lehetséges funkcióknak. A LIN hardver tartalmazhatja ezt az adó-vevőt, és tiszta LIN csomópontként működik további funkciók nélkül.

Mivel a LIN slave csomópontoknak a lehető legolcsóbbnak kell lenniük, ám maga a protokoll mégis idővezérelt, a belső órájukat kristályoszcillátorok (kvarc vagy kerámia) helyett RC oszcillátorok használatával állíthatják elő. Az adatátviteli sebesség stabilitásának biztosítására egy LIN kereten belül a fejlécben lévő SYNC mezőt használják.

A LIN hálózat előnyei

• Könnyen kezelhető
• Elérhető alkatrészek
• Olcsóbb, mint a CAN és más kommunikációs buszok
• Kisebb hardverigény
• Megbízhatóbb járművek
• A hálózatbővítés könnyen kivitelezhető
• Nem kell protokoll licencdíjat fizetni

A LIN, bár rendkívül jól használható, önerőből nem helyettesíti a teljes CAN buszt. Ugyanakkor a LIN busz jó alternatíva ott, ahol az alacsony költségek elengedhetetlenek, és a sebesség/sávszélesség nem fontos. Általában olyan alrendszereken belül használják, amelyek nem kritikusak a jármű teljesítménye vagy biztonsága szempontjából.