LIN总线译码功能与LIN控制交流发电机（一）

汽车诊断

引入

LIN（局域互联网络）似乎无处不在，空调、门锁、加热座椅、后视镜、充电系统等等...现代车辆诊断维修，LIN是绕不开的课题。这篇文章，来自英国Pico的工程师Ben，将带你详细了解LIN总线的结构、译码方法、休眠与唤醒过程。

LIN总线

LIN是单线、双向数据总线，以相对较低的速度传输，最大速度为20kbits/s，常用的速度为9.6kbits/s和19.2kbits/s。LIN可以支持多达16个ECU，其中 1 个为主节点，15 个为从节点。由于其单线特性，它的成本比CAN低得多，主要用于不需要高速通信的场所。LIN 采用主从结构，例如中央电子控制单元（ECU）与所有车门锁通信。该信号的电压通常是从电池电压切换到接地的开关电压，因此常被误认为是 PWM 信号。

和CAN一样，LIN是完全可定制的，汽车厂可以为任何 ECU 或控制单元赋予 ID 值。如果你想将其译码到更高层次，你将需要一个DBC文件来解释译码数据。对于LIN，你需要一个LDF（LIN描述文件），它包含译码数据的关键。

图1 LIN与CAN总线

撰写本文时所参考的 LIN 规范文件可私聊助教获取。

LIN总线串行译码与帧结构

帧结构由许多元素组成，但其基本形式由两个部分组成：帧头、响应，每个部分再进行细分。

使用PS7中的串行译码功能，就可以解析LIN信号。点击通道选项下的【串行译码】，选择【LIN】，选择需要译码的通道，点击【下一步】。随后按需求进行设置【配置】与【显示】，最后点击【完成】轻松实现译码。

图2 LIN总线译码操作

译码后的LIN总线帧结构如图3所示。帧头由间隔场（break）、同步场（sync byte）和ID字段组成。间隔场作为总线上所有节点的通知，提示即将广播消息。它通常较长，至少占用11位，现代车辆中常见为13位或更多。由于该部分长度较长，不会被误认为是其他消息。

紧接在间隔场之后的是同步场。这个8位同步场用于确保从节点与主节点波特率匹配，通常以十六进制表示为0x55。

标识符部分是消息中较为重要的部分之一，因为它向从节点传达主节点需要接收的数据信息。ID由6位和2个奇偶校验位组成，构成完整的受保护标识符。从节点通过查看奇偶校验位来确保消息的有效性，然后要么忽略后续数据，要么监听其他从节点，或者在响应字段中对ID做出响应。虹科Pico的LIN总线译码功能，会从译码表中将受保护标识符的ID单独提取出来展现。

图3 LIN总线的帧结构

在认识响应字段之前，我们必须讨论不同的帧类型。在 LIN 协议中，主节点请求从节点数据的方式有6种，具体包括：

1、无条件帧：

这是最常见的，主节点报头中发送ID，从特定从节点请求数据

l 过程：主节点点名——特定从节点回答

l 比喻：老师点名"张三！" → 张三回答"到！"

2、事件触发帧：

当主节点认为数据已被更新时，会向多个从节点请求数据。

l 过程：主节点问多个从节点 → 有更新的才回答

l 比喻：老师问"谁有新消息要报告？" → 有事的同学举手

3、零散/零星帧：

在这种模式下，主节点通过响应自己的报头来充当从节点。这允许从节点"看到"主节点发送的数据并可以使用它。这是LIN控制交流发电机使用的格式，我们将更详细地研究。

l 过程：主节点自问自答，让从节点"偷听"

l 比喻：老师自己说话，学生们在旁边听着学习

4、诊断帧：

ID 0x3C和0x3D用于从主设备和从设备收集诊断信息。ID 0x3C用于来自主设备的信息，ID 0x3D用于来自从设备的信息。

l 过程：专门用于故障检测和诊断

l ID：固定使用0x3C和0x3D

l 比喻：就像上交体检报告

5、用户自定义帧

l ID 0x3E由用户定义，内容可以包含任何信息。

6、保留帧

ID 0x3F不能在LIN 2.0网络中使用，因此如果在译码表中看到它，说明出现了问题！目的是为将来扩展预留的

在大多数使用场景下，使用的是第一种无条件帧，通常会以这种格式出现在译码表中，除非你在查看一些使用零散帧类型的场景，例如 LIN 控制交流发电机。但在深入讨论交流发电机之前，让我们先了解LIN总线的响应部分。

数据字段：包含了由主节点在ID帧中请求的数据。它可以由 2、4、6 或 8 个字节组成。数据的长度可以由ID帧定义，但通常由供应商（厂商）指定。

校验和：是整个帧结构的结尾。可以是标准校验和或者增强校验和。标准校验和仅使用数据字节进行计算。增强校验和则使用数据字节和受保护的标识符(PID)。使用诊断帧（0x3C和0x3D的ID帧）时，必须使用标准校验和。

如果有一个统一的标准可以让我们译码头部中的标识符，以更好地理解数据响应，那就太好了。但很遗憾，并没有。这些信息都被锁定在 LDF 中，普通用户无法获取。我们可以注意的几个简单点是唤醒信号和进入睡眠的消息。

唤醒

LIN总线可以被"唤醒"来激活特定功能，比如智能进入系统中的车门锁。在排查电池漏电问题时，这可能造成更大的困扰，因为车辆会间歇性地短暂唤醒。由于LIN通信遵循固定的模式，使用虹科Pico汽车示波器可以轻松捕捉到这种现象。

网络中的任何节点都可以通过发送脉冲来请求唤醒网络，具体方法是将电压拉低到显性状态并保持超过150微秒。显性电压的判断标准是信号接近0V，但主节点和从节点的阈值水平有所不同，这允许信号电平有较大的变化范围，能使网络更加稳健。举例来说：

• 主节点必须将总线电压控制在电池电压的20%以内，隐性位则在80%以内

• 从节点如果检测到电压在电池电压的40%以内，则确认为显性位；如果在60%以内，则为隐性位

只要节点发送唤醒请求并将总线恢复到隐性状态，该请求即为有效，节点将重新监听总线以接收命令。如果在100毫秒到250毫秒之间未收到其他节点的响应，则可以再次发送唤醒请求。它可以连续进行三次，然后必须等待至少 1.5 秒后才能再次尝试唤醒请求，并且此模式可以无限次重复。

图4 交流发电机LIN总线唤醒过程

例如图4所示，LIN 总线来自交流发电机，红色标签1所示位置点火开关被打开，随后在标签2的位置发出唤醒消息以使交流发电机上线，然后通信开始。

休眠

当主节点决定总线不再进行通信时，它将发出以下消息——00 FF FF FF FF，以指示总线现在应保持静默。如图5，可以在最后一个数据包中，清楚地看到进入睡眠状态的命令。

图5 LIN总线休眠指令

最后一个数据帧中，还有一个有趣的点是，ID为0x3C，我们知道这是保留用于诊断的。似乎这个ID也被所有从节点用来关闭系统。这样做的目的是确保如果从节点看到这个ID，就不会与其他内容混淆，尤其是在不确定的情况下。

我们知道，只要ID 0x3C后面的第一个字节等于0，总线就会被强制进入休眠状态。同样值得注意的是，如果总线在大约4秒的时间内处于非活动状态，从节点会自动进入休眠省电。

关于LIN总线的结构、唤醒与休眠，今天我们就分享到这里。下一期我们将探讨一些小有难度的话题，如何从LIN总线的译码结果中，提取电压设定值变化曲线？怎样获得更多故障标志提示？如何更好地利用译码结果，为LIN控制交流发电机的故障诊断提供支持？

如需本文中参考的LIN总线规范文件，可私聊助教获取。