精华内容
下载资源
问答
  • :应用RS 485物理层标准,构建总线型的控制网络,采用令牌方式实现总线的共享访问,以适应控制网络实时性 要求。在进行令牌总线协议设计时,从RS 485特点出发,以特殊的设计来简化协议,提高协议的效率。为了保证...
  • 以太网和令牌环网

    千次阅读 2018-04-23 16:16:48
    以太网:就是指总线型网络,它的名字是从光学上得来的 (科学家幻想出一中叫以太的物质)网络中大家共用,一条信息通道,大家要传输数据就要等,只有网络空闲时才可以发送信息。 令牌环网:简单点理解就是,大家...

    以太网Ethernet 、令牌环网、ATM网、FDDI网可以算作一类,按照传输技术来分类,属于OSI参考类型的数据链路层

    以太网:就是指总线型网络,它的名字是从光学上得来的
    (科学家幻想出一中叫以太的物质)网络中大家共用,一条信息通道,大家要传输数据就要等,只有网络空闲时才可以发送信息。
    这里写图片描述

    令牌环网:简单点理解就是,大家要想发信息就必须取得一个叫令牌的东西,令牌总线把总线形或树形网络中的各个工作站按一定顺序(如按接口地址大小)排列形成一个逻辑环,只有令牌持有者才能控制总线,才有发送信息的权力。
    令牌环网示意图

    举个例子
    以太网是这样通信的,每台电脑位于同一个主干中都可以向主干线路中发信息串。*假如a吧,它先监听主干线路上有没有人在发信息,如果有它就等一会儿,在它发现没有人发言后它将发言,但这时有可能另一台电脑也和它同时发言(想象一下在课堂上两个学生向老师同时提问),这样它们会同时停止发言,并在等待了一个随机时间后继续发言,当然它们的随机时间是不同的,并且在再次发言前仍需监听主干上是否有其它主机在发言。其它的电脑读取数据包,检查mac地址和ip地址乃至端口号看是不是发给自已的,如果不是便丢弃。它的mac 算法是(冲突检测的载波侦听多路访问)csma/cd算法*

    展开全文
  • RS485标准与令牌环机制研究 令牌机制的研究设计 RS485总线型的接法
  • 3.令牌总线的主要优缺点 总线拓扑的优点与环型拓扑结构差不多,主要有如下几点。 (1)网络结构简单,易于布线 因为总线型网络与环型网络一样,都是共享传输介质,也通常无须另外的网络设备,所以...
    3.令牌总线的主要优缺点 
    

    总线拓扑的优点与环型拓扑结构差不多,主要有如下几点。

    (1)网络结构简单,易于布线

    因为总线型网络与环型网络一样,都是共享传输介质,也通常无须另外的网络设备,所以整个网络结构比较简单,布线比较容易。

    (2)扩展较容易

    这是它相对同样是采用同轴电缆(或光纤)作为传输介质的环型网络结构的最大的一个优点。因为总线型结构网络中,各节点与总线的连接是通过连接并行连接(环型网络中连接器与电缆的连接是串行的)的,所以节点的扩展无须断开网络,扩展容易了许多。而且还可通过中继器设备扩展连接到其他网络中,进一步提高了可扩展性能。

    (3)维护容易

    同样是因为总线型结构网络中的连接器与总线电缆并行连接的,所以这给整个网络的维护带来了极大的便利,因为一个节点的故障不会影响其他节点,更不会影响整个网络,所以故障点的查找就容易了许多。这与星型结构的类似。

    尽管有以上一些优点,但是它与环型结构网络一样,缺点仍是主要的,这些缺点也决定了它在当前网络应用中也极少使用的命运。总线型结构的主要缺点表现在以下几个方面。

    (1)传输速率低

    上节介绍的IEEE 802.5令牌环网中的最高传输速率可达1 6Mbps,但IEEE 802.4标准下的令牌总线标准最高传输速率仅为1 0Mbps。所以它虽然在扩展性方面较令牌环网有一些优势,但它同样摆脱不了被淘汰的命运。现在1 0Mbps的双绞线集线器星型结构都不再应用了,总线型结构的唯一优势就是那同轴电缆比双绞线更长一些的传输距离,而这些优势相对光纤来说,根本不值得一提。在星型结构中同样可以采用光纤作为传输介质,以延长传输距离。

    (2)故障诊断困难

    虽然总线拓扑结构简单,可靠性高,而且是互不影响的并行连接,但故障的检测仍然很不容易。这是因为这种网络不是集中式控制,故障诊断需要在网络中各节点计算机上分别进行。

    (3)故障隔离比较困难

    在这种结构中,如果故障发生在各个计算机内部,只需要将计算机从总线上去掉,比较容易实现。但是如果是总线传输介质发生故障,则故障隔离就比较困难了。

    (4)网络效率和传输性能不高

    因为在这种结构网络中,所有的计算机都在一条总线上,发送信息时比较容易发生冲突,故这种结构的网络实时性不强。网络传输性能也不高。

    (5)难以实现大规模扩展

    虽然相对环型网络来说,总线型的网络结构在扩展性方面有了一定的改善,可以在不断开网络的情况下添加设备,还可添加中继器之类的设备予以扩展,但仍受到传输性能的限制,其扩展性远不如星型网络,难以实现大规模的扩展。

    综上所述,单纯总线型结构网络目前也已基本不用,因为传输性能太低(只有1 0Mbps),可扩展性也受到性能的的限制。目前使用总线型结构的就是后面将要介绍的混合型网络中才有些用到。在这些混合型网络中使用总线型结构的目的就是用来连接两个(如两栋建筑物),或多个(如多楼层)相距超过1 00米的局域网,细轴电缆连接的距离可达1 8 5米,粗同轴电缆可达500米。如果超过这两个标准,就需要用到光纤了。但无论采用哪种传输介质的总线型结构,传输速率都保持有1 0Mbps,实用性极低。还不如直接采用光纤星型结构。

    展开全文
  • 传统以太网 HUB 现代以太网 传统令牌网 现代令牌

    传统以太网

    • 传输介质:同轴电缆
    • 传输方式:半双工
    • 拓扑结构:总线型
    • 协议:CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/With Collision Detection)
      • Carrier Sense(载波侦听):发送数据之前侦听,如果线路上有信号就不发送
      • Multiple Access(多路访问):该网段所有终端都有发送和接受权
      • Collision Detection(冲突检测):在发送的同时侦听,如果线路上有其它信号就停止发送,找个随机的时间间隔再发送

    HUB

    Hub是集线器的英文
    它是传统以太网和现代以太网之间的过渡产品

    主要作用:方便网络扩展,方便组网,方便故障检测
    现在主要用于小型局域网组网和站点的扩展,其传输效率相比于传统以太网没有提高

    现代以太网

    • 传输介质:光纤
    • 传输方式:全双工
    • 拓扑结构:树型
    • 协议:CSMA/CD

    增加了交换机,交换机可以分割冲突域,克服了传统以太网的冲突域过大的问题,能实现存储转发,大大提高了网络传输速率

    传统令牌网

    • 传输介质:同轴电缆
    • 传输方式:半双工
    • 拓扑结构:环形,总线型
    • 协议:令牌协议

    令牌是一个特殊的帧,在线路上循环传递,持有令牌的终端有发送权。并且还有一个管理令牌的管理终端。

    现代令牌网

    • 传输介质:主干线用光纤,其它线路用双绞线
    • 传输方式:全双工
    • 拓扑结构:双环形
    • 协议:双令牌协议

    有两个令牌在双环线路上反向循环传递,持有令牌的终端有发送权。并且还有一个管理令牌的管理终端。

    展开全文
  • 昨天和大家分享了《汽车CAN总线的前世今生》,引起了很多朋友们的兴趣,纷纷留言,希望能够分享汽车用LIN总线的一些相关知识。于是把这篇《汽车LIN总线的前世今生》也分享给大家,文章的标题是我自己修改的。根据...

    昨天和大家分享了《汽车CAN总线的前世今生》,引起了很多朋友们的兴趣,纷纷留言,希望能够分享汽车用LIN总线的一些相关知识。

    于是把这篇《汽车LIN总线的前世今生》也分享给大家,文章的标题是我自己修改的。根据大家的理解习惯,对文章内容中部分表述做了修改调整,这篇笔记原创作者为Xiaomin。

    作为从业多年的我而言,再度学习这些本以为烂熟于心的内容,仍旧会有新的认知和感悟,感觉有必要为热爱学习的朋友再一次分享此文,希望通过此文,可以带领大家将自己的专业认知水平走向纵深。

    延伸阅读,请点击下面标题进入学习。

    汽车CAN总线的前世今生一文带你走向专业纵深

    珠穆朗玛

    c1af0f04e86d5711bb72dc07510a7fbf.png

    概述


    随着汽车内电子设备的增多,市场上对于成本低于 CAN 的总线的需求日益强烈,不同的车厂相继开发各自的串行通信(UART/SCI)协议,以在低速和对性能要求不高的场合取代CAN。由于不同车厂定义的协议兼容性的问题,在 1998 年由欧洲五大车厂(BMW, Volkswagen Group, Audi Group, Volvo Cars, Mercedes-Benz)成立联合工作组,由 Volcano Automotive Group 和 Motorola 提供技术支持,开发一种定位于车身电子领域传感器(Sensors)和执行器(Actuators)组网的串行通信总线,要求该总线系统的协议和时序控制尽可能简单,即使低端MCU没有专用通信单元也可以实现基于该总线的通信。这种总线即为本文所介绍的 LIN 总线。

    LIN(Local Interconnect Network)总线是在汽车内广泛应用的串行通信协议,它的第一个完整版本 V1.3 发布于 2002 年,在 2016 年LIN总线被正式列为国际标准(ISO 17987)。LIN,顾名(Local)思义,指总线上所有设备基本处于相的物理空间(例如车门),由LIN总线构建的区域子系统(Cluster)再经由ECU(网关等)接入到上层的CAN总线。

    LIN适用于节点数目小于等于 16 个,数据速率 20Kbps 以内的应用场合。通过LIN总线可以简单而快速地组网,总线上节点设备分为一个主机和多个从机,主机通常为接入到上层网络的 ECU ,而从机为执行器、智能传感器或包括LIN硬件接口的开关等。主机控制LIN总线上的整个通信过程,在通信过程中从机时钟必须与主机时钟同步。LIN总线拓扑通常为线型,即所有节电设备均通过单线连在一起。

    LIN总线作为低成本的串行通信方案,适合汽车内远距离节点间的低速通信,它同样也适用于工业控制等场合。LIN与 CAN 总线功能/成本互补,综合运用两者,可构造汽车内层次分级的网络架构。简言之,LIN总线相当于汽车上可靠性较高的串口。

    标准化


     ↵

    历史沿革

    1998/10,在德国召开的汽车电子会议上 LIN 总线的设想首次提出;1999/07V1.0 初版发行;2002/12V1.3 发布,主要对物理层进行修改,提高了节点之间的兼容性;2003/09V2.0 发布,支持配置和诊断的标准化,规定了节点性能文件等;2006/11V2.1 发布,澄清了部分内容,修正了配置部分,将传输层和诊断部分独立成章;2010/12V2.2 发布,修正部分内容,弱化位采样规范;2010/12V2.2A 发布,修正唤醒信号定义;2016/08,升级为国际标准 ISO 17987 Part 1-7

    另,SAE J2602 标准为基于 LIN V2.0 的美国版本。

     ↵

    标准文本

     ↵

    在 2016 年发布的 ISO 17987 Part 1-7 标准中,其各部分内容如下:

    • ISO/CD 17987-1 General information and use case definition

    • ISO/CD 17987-2 Transport protocol and network layer services

    • ISO/CD 17987-3 Protocol specification

    • ISO/CD 17987-4 Electrical Physical Layer (EPL) specification 12V/24V

    • ISO/CD 17987-5 Application Programmers Interface (API)

    • ISO/CD 17987-6 Protocol conformance test specification

    • ISO/CD 17987-7 Electrical Physical Layer (EPL) conformance test specification

    LIN供应商 ID 的分配任务已由先前的 CiA(CAN in Automation),转由 SAE(Society of Automotive Engineers)负责管理。

     ↵

    开发流程

     ↵

    LIN协议不但定义总线通信的标准,还定义统一的开发流程(Workflow)以简单快速地组建网络。如图1所示,在此开发流程中的核心组件为描述网络特征的 LDF(LIN Description File),LDF定义LIN网络的所有通信特征,通信主机基于LDF可以自动生成通信过程的所有软件组件。同时,LDF可以为测试测量工具提供分析LIN网络所必须的信息。

    LIN Configuration Language Specification 定义了创建LDF的过程,创建语法相当简单,既可以手动或通过软件工具自动生成LDF。自 LIN V2.0 规范起,增补的节点统一描述语言可以清晰地说明商用节点(Off-the-Shelf Nodes)设备的通信特征,通过这种 LIN Node Capability Language 描述的节点特征文件称 NCF(Node Capability File),而LIN子网(Cluster)中所有节点NCF正是创建系统LDF的必要条件。

    d612c736c0838be5ba93fe6bab3aec77.png

    图1. LIN 开发流程

    应用特点


     ↵

    LIN总线的特征包括:

    • 基于 UART/SCI 的半双工通信,低成本硬件接口;

    • 单主机,多达 15 个从机,主机和从机数量遵循LIN协议推荐,以达到符合兼容性的响应;

    • 典型的LIN总线中节点数目小于等于 12 个;在非标准设计中,节点数目可以大于 16 个;

    • SNPD(Slave Node Position Detection)允许在上电后分配节点设备的地址;

    • 通信速度 19.2Kbps @40m,在LIN v2.2中通信速度达 20Kbps(与EMC性能权衡的结果,在非标准设计中,速度到 100Kbps 也不成问题喔);

    • 传输介质为非屏蔽单根电子线;

    • 确定性时延(Guarantee Lateny Time);

    • 短消息传输,数据长度可选1248 字节;

    • 基于时钟同步的广播接收,从机无需晶振或陶瓷谐振器;

    • 数据校验和错误检测功能;

    • 可侦测错误节点;

    • 信号电压参考电池电压,在 12V 左右

    综上,总结出LIN总线的优点如下:

    • 方便使用,市场上有标准接口的模块;

    • 相比 CAN 总线(及其它总线)设备成本低;

    • 线束更加精简;

    • 足够可靠的通信机制;

    • 应用扩展简单;

    • 不需要授权费用

    在低速对带宽要求不高的场合,LIN具有较高的成本优势,是比CAN更好的替代选择,但LIN并不能完全取代CAN总线(速度+可靠性)。一般地,LIN总线主要应用在汽车内对安全和整车性能影响不大的子系统,比如车门窗控制、雨刮器、空调、座椅调整、照明灯等。图2示例LIN总线在车顶/雨刮区域的应用,在本应用中 Central ECU 是主机,包括车后视镜、车门开启器、雨/光传感器和刮雨器四个从机。主机同时作为 Gateway 模块接入到底盘CAN、车身CAN和诊断CAN。

    3221825865c0f1f09af2aeb80f4fc081.png

    图2. LIN总线主机和从机节点举例

     ↵

    通信机制


     ↵

    网络拓扑

     ↵

    LIN总线的拓扑为单线总线,总线上包括单个主机和多个从机,主机包括主机任务(Master Task)和从机任务(Slave Task),从机节点只包括从机任务,如图3所示。

    90c0f9feafdf6f9b8365db9a5d9a42a3.png

    图3. LIN总线拓扑图

    主机/从机

     ↵

    LIN总线是基于主从模式的通信系统。在LIN总线上仅允许有一个主机,主机控制总线上所有通信过程,从机只有在主机许可的下才能向总线上发送消息。主机通过向总线上发送请求(帧头,Frame Header),相关的从机或主机本身据此帧头发送应答(Response),请求和应答构成LIN总线的帧(Frame),如下图4所示。

    dc72fc8a08d7ba42bb043cb985188abb.png

    图4. LIN主机任务 & 从机任务

    在LIN总线上,主机控制子网内每条消息的传输过程,这种总线访问方式称为授权令牌(Delegated Token)。授权令牌方式的优点是它可以避免消息传输过程的冲突竞争,因为完全由主机协调控制每条消息的应答请求。LIN总线主机可以根据预设好的进度表(Schedule)规划总线上的数据传输。授权令牌总线访问方式因此被归类为确定性总线访问方式。授权令牌访问方式的缺点有点:首先,如果主机失效,则整个总线通信随即失效,因此该方式不适合安全要求高的应用;其次,由于每次通信过程均由主机控制,该方式不适合事件驱动型(Event-driven)通信,从机无法自动获取总线访问权以发送数据。为弥补这点缺憾,LIN协议中增补额外的帧类型可以不按授权令牌方式发送消息。LIN总线共有种帧类型:无条件帧、事件触发帧、偶发帧和诊断帧。

    主机任务包括:

    • 调度总线上帧的传输次序

    • 监测数据,处理错误

    • 提供总线上标准参考时钟

    • 接收从机节点发出的总线唤醒命令

    从机任务包括:

    • 发送应答

    • 接收应答

    • 忽略应答

     ↵

    通信调度

     ↵

    由于没有通信控制器,LIN总线协议在微控制器以软件组件形式实现的。主机和从机分别对应主机任务和从机任务,以实现总线通信的过程。简言之,总线上所有节点均包括接受和发送消息的从机任务,而主机则包括额外的主机任务来协调总线上消息发送和总线访问权限。

    在总线开始工作时,主机随即启动主机任务,周期性地执行进度表(Schedule)规定的消息发送程序。表1示意LIN总线进度表的内容,在进度表中包括各项进程的消息 PID(Message Header)和启动时间。从机任务是总线上的节点根据 LDF 定义的特性,响应帧头规定的任务,任务包括发送应答、接收应答或忽略应答。

    dde402377159b8998a20ce2df861b4f6.png

    表1. LIN总线进度表

    在消息调度中,协议为单条消息定义 Slot 的概念,Slot持续的时间必须大于帧头(Frame Header)和消息应答(Response)的时间以保证消息传送完毕。单个帧总是在同一个Slot内传输完的。考虑到收发器性能的影响,LIN协议规定单个消息传输时间有  40% 裕量,即帧的最小持续时间为其典型持续时间的 1.4 倍,如图5所示。

    79274c42880d0dcc26db1b3e4b4c9449.png
    图5. LIN总线进度时序

    帧结构


     ↵

    如前文所述,LIN总线的帧包括帧头和应答两部分。主机任务负责发送帧头;从机任务接收帧头并对帧头所包含信息进行解析,而后决定是发送应答,还是接收应答,或不作任何反应。帧头包括同步间隔段、同步段以及受保护ID(PID, Protected Identifier)段;应答段包括数据段和校验和(Checksum)段。图6示意LIN总线的帧结构。

    26f45f6854d17e9c8585d6dd69408b87.png

    图6. LIN总线的帧结构

    帧头

     ↵

    同步间隔段(Sync Break Field)由同步间隔(Sync Break, tSYNBRK)和同步间隔段间隔符(Break Delimiter, tDEL)构成,如图7所示。同步间隔是至少持续 13 位(以主机节点的位速率为准)的显性(低)电平,由于帧中的所有间隔或总线空闲时都应保持隐性(高)电平,并且帧中的任何其它字段都不会发出大于 9 位的显性电平,因此同步间隔可以标志一个帧的开始。同步间隔段的间隔符是至少持续 1 位的隐性电平。从机任务接收帧头的同步间隔段时,以该从机任务所在节点的位速率为准,当检测总线上出现持续 11 位的显性电平时,认为是帧的开始。当从机节点使用精度较高的时钟时,识别阈值可以选择 9.5 位。

    4462567413d599adc5cb9539cec56d70.png图7. LIN总线帧头

    在介绍同步段(Sync Field)之前,先介绍一下字节域(Byte Field)的概念,字节域共 10 位,包括 1 位起始位(Start Bit,显性)+ 8 位数据位 + 1 位停止位(Stop Bit,隐性),它是一种标准 UART 数据传输格式,如图8左所示。在LIN 帧中, 除了同步间隔段,后面的各段都是通过字节域的格式传输的。在 LIN 帧中,数据传输都是先发送 LSB(Least Significant Bit,最低有效位),最后发送 MSB(Most Significant Bit,最高有效位)。

    LIN 同步段以下降沿为判断标志,采用字节 0x55(二进制: 01010101b)。同步段的字节域如图8右所示。从机节点可以不采用精度高的时钟,而采用片上振荡器等精度和成本相对较低的时钟,由此带来的与主机节点时钟产生的偏差,需要通过同步段进行调整,调整的结果是使从机节点数据的位速率与主机节点一致。同步段用于同步的基准时钟为主机节点的时钟。从机节点通过接收主机节点发出的同步段,计算出主机节点位速率,根据计算结果对自身的位速率重新作调整。主机节点的位速率由同步段的第一个和最后一个下降沿的时间差除以 8 计算得出。

    14ff826932dd956bb881394b3856f43b.png

    图8. 字节域的概念及LIN帧的同步段

    紧接着同步段的是受保护ID(PID, Protected Identifier)段,PID的前 6 位称为帧 ID ,它依据节点 LDF 生成,标识帧的类别和目的地,从机任务对于帧头作出的反应(接收/发送/忽略应答)都是基于帧 ID 判断的。如果帧 ID 传输错误,将会导致信号无法正确到达目的地,帧 ID 相当重要,因此对其引入 2 位奇偶校验,由6位帧ID和2位奇偶校验组成受PID段。

    帧ID的范围为0 ~ 63,根据帧ID不同将帧分类如下:

    • 无条件帧(ID ~ 59)

      • 每个帧头都对应一个消息应答

      • 在主机分配给它的固定帧时隙(Reserved Frame Slot)中传输

    • 诊断帧(ID 6061)

      • 主机请求帧 ID = 60, ID = 0x3C

      • 从机应答帧 ID = 61, ID = 0x3D

    • 保留帧(ID 6263)

      • 用户自定义 ID = 62, ID = 0x3E

      • 未来扩展 ID = 63, ID = 0x3F

    PID的奇偶校验位的产生规则为:

    • 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。

     ↵

    应答

     ↵

    节点发送的数据位于数据段(Data Field),包含 1 ~ 8 个字节,先发送编号最低的字节 DATA1,编号依次增加。数据段包含了两种数据类型,信号(Signal)和诊断消息(Diagnostic messages)。

    信号(Signal)由信号携带帧传递,一个帧 ID 对应的数据段可能包含一个或多个信号。信号更新时要保证其完整性,不能只更新一部分。一个信号通常由一个固定的节点发出,此节点称为该信号的发布节点(Publisher);其余的一个或多个节点接收,它们称为信号的收听节点(Subscriber)。

    诊断消息(Diagnostic message)由诊断帧传递,对消息内容的解析由数据自身和节点状态决定。

    注意:

    • 协议没有规定帧中的哪一部分显示数据长度码的信息,数据的内容和长度是由系统设计者根据帧 ID 事先约定好的

    • 总线上的数据是以广播形式被发送到总线上的,任何节点均能接收,但并非所有信号对每个节点都有用。收听节点接收帧的应答是因为该节点的应用层会使用这些信号,而对于其余节点,由于用不到这些信号,所以没有必要作接收处理,将忽略帧的应答部分。发布和收听由哪个节点进行完全根据应用层的需要由软件或配置工具实现。一般情况下,对于一个帧中的应答,总线上只存在一个发布节点,否则就会出现错误。事件触发帧例外,可能存在零个、一个或多个发布节点

    362123db14dde7e7472c93a96005b09e.png

    图9. LIN总线帧应答

    校验和(Checksum)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(Classic Checksum)及增强型校验和(Enhanced Checksum)。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。标准校验和只保护数据段,增强型校验和同时保护数据段和帧ID段。LIN 1.X 的节点只支持标准型校验和,LIN 2.X开始支持增强型校验和。另外,帧ID为 60/61 的诊断帧亦只支持标准校验和。

    f590f4645a3aa21b6091e21c0c2b9721.png

    图10. LIN总线帧的校验和

    帧传输时间

     ↵

    LIN总线的帧由帧头和应答组成,其中帧头包括同步段、帧ID段和两位奇偶校验,应答的数据段最长8 Byte,如图11所示。LIN的信息传输是基于 SCI 接口的,每个字节域包括 8 bit 数据、1 bit 起始位和 1 bit停止位。若同步间隔段是 13 bit 显性位 + 1 bit 隐性位,则帧头计 34 bit;应答包括数据段和校验和段,根据数据段长度的不同,应答最短为 20 bit(数据段 1 Byte),应答最长为 90 bit(数据段 8 Byte)。综上,LIN总线的帧最长为 124 bit(数据段 8 Byte),最短为 54 bit(数据段 1 Byte)。帧的额定传输时间计算公式如下:

    16a6524ae82054c70cb4be066a6b28a6.png

    其中:n 为数据段的字节数,tBit 为波特率的倒数,例如 (19.2 kBit/s)^-1 = 52.1 us

    1558bce471c6fad0f2be1a84edebc83b.png

    图11. LIN总线帧的额定传输时间

    LIN协议规定帧的最大传输时间为额定传输时间的 1.4 倍,即为帧传输预留 40% 的裕量。该特性是考虑到总线上节点设备性能参差不齐,允许节点不必收到指令后立即执行。也就是说,协议允许节点推迟下一个 UART 字符的发送,但推迟的总时间不能超出额定值的40%。延迟时间包括两类:Interbyte Space 和 Response Space。它们在帧中的位置如图12所示。帧的最大传输时间计算公式如下:

    4e166fda6080f1925055b27c24c1965c.png

     ↵

    fe159f640eb527a01454742b42456937.png

    图12. LIN总线帧的最大传输时间

    综上,在设置总线进度表(图5)时,需要考虑到帧传输时间的因素,确保每个步骤都有足够的时间裕量。

     ↵

    帧信号波形

     ↵

    图13为使用 Tektronix 示波器 捕获LIN总线帧信号波形的示例,更多调试手段见链接。

    911387e1eef4a7ff2e0645b7af6707b6.png

    图13. LIN总线的帧波形举例

    帧种类


     ↵

    LIN总线上数据传输包括 4 种不同的帧,分别为无条件帧、事件触发帧、偶发帧、诊断帧(保留帧咱就保留不提了……)。

     ↵

    无条件帧

     ↵

    帧ID 0 ~ 59。无条件帧(Unconditional Frame)是具有单一发布节点,无论信号是否发生变化,帧头都被无条件应答的帧。无条件帧在主机任务分配给它的固定的帧时隙中传输。总线上一旦有帧头发送出去,必须有从机任务作应答(即无条件发送应答)。

     ↵

    事件触发帧

     ↵

    帧ID 0 ~ 59。事件触发帧(Event-triggered Frame)是主机节点在一个帧时隙中查询各从机节点的信号是否发生变化(事件)时使用的帧,当存在多个发布节点时,通过冲突解决进度表(Collision Resolving Schedule)来解决冲突。当从机节点信号发生变化的频率较低时,主机任务一次次地轮询各个信号会占用一定的带宽。为了减小带宽的占用,引入了事件触发帧的概念。同一个 PID 的事件触发帧进和无条件帧对应的第一个字节数据是相同的,从机只有在自身数据变化时才发送应答,当总线上没有任何从机应答时,该帧的应答部分为空。如果总线上有超过一个从机应答,则发生冲突,主机则通过发送无条件帧轮询所有从机,解决冲突的问题。

    图14示例事件触发帧的进度表。图上半部分表示无冲突时的情况,主机发送事件触发帧,只有从机 1 信号发生变化,因此在总线上发送应答(Event A);图下半部分表示有冲突时的情况,主机发送事件触发帧,从机 2 和从机 4信号都发生变化,因此都向总线上发送应答,从而产生冲突,这时候主机执行冲突解决进度表,通过发送无条件帧轮询所有从机,从而依次读取从机 2 的 Event B 和从机 4 的 Event D

    02b34eaee29b7b22576846a0578fb3c5.png

    图14. 事件触发帧

    事件触发帧的典型应用就是轮询四个车门的开关情况。与其利用无条件帧每个车门轮询一遍,不如同时对四个车门进行询问,如果其中一个车门打开(事件发生),该车门要对询问作应答,即事件触发。这样做可以减小带宽,但同时会导致两种现象,其一就是没有车门被打开,即无节点应答——事件触发帧允许一帧中只有帧头无应答;另外一种情况就是冲突,即同时有大于等于两个车门被打开,对于同时应答的问题——事件触发帧允许两个以上的节点对帧头作应答而不视为错误。当发生冲突时,主机节点重新轮询,这样会增加一些响应时间,但由于事件触发帧本身就用来处理低概率事件,总的来说还是节省了带宽。

     ↵

    偶发帧

     ↵

    帧ID 0 ~ 59。偶发帧(Sporadic Frame)是主机节点在同一帧时隙中当自身信号发生变化时向总线启动发送的帧。当存在多个关联的应答信号变化时,通过事先设定的优先级来仲裁。偶发帧主要用于主机发送不经常变化的信息,可以理解为主机用的事件触发帧。与事件触发帧一样,偶发帧的应答也关联了一组无条件帧。

    偶发帧的传输可能出现 3 种状况:

    1. 当关联的无条件帧没有信号发生变化时,该时隙保持沉默,主机节点连帧头都不需要发送;

    2. 当其中一个关联的无条件帧包含的信号发生了变化, 则发送该关联的无条件帧的应答部分,如图15上半部分所示;

    3. 如果有两个或以上关联的无条件帧包含的信号发生了变化,则按照事先规定好的优先级,优先级较高的关联的无条件帧获得发送权,优先级较低的要等到下一个偶发帧的帧头到来时才能发送应答。由于主机节点是唯一的发布节点,所以主机节点事先就知道各个关联信号的优先级别,这样在传输时不会产生冲突,如图15下半部分所示

    引入偶发帧和事件触发帧是为了让LIN总线的通信机制更加灵活,只在信号变化或未变化时传输消息可有效提高总线的通信效率。

    3276dff84fa5dc2ff4ae7915f3bb6a4c.png

    图15. 偶发帧

    诊断帧

     ↵

    诊断帧包括主机请求帧和从机应答帧,主要用于配置、识别和诊断。诊断基于 ISO 15765-2 传输标准和 ISO 14229 UDS (Uniform Diagnostic Services)标准。主机请求帧的帧 ID = 0x3C,应答部分的发布节点为主机节点,一般用于诊断请求或配置从机;从机应答帧的帧 ID = 0x3D, 应答部分的发布节点为从机节点,一般为诊断应答。数据段规定为 8 个字节,一律采用标准型校验和。诊断帧的帧头和应答方向如图16所示。

    aaabec6e9926c8a69d906b15c2d3cd83.png

    图16. 诊断帧

    状态管理


     ↵

    LIN总线的状态管理主要指网络的休眠和唤醒。协议规定从机 4 种状态:关机、初始化、运行和休眠。各个状态的切换关系如图17所示,在系统上电时从机在 100ms 以内完成初始化,随后从机自行进入运行状态。主机可以通过主机请求帧(帧ID = 0x3C)的 Go-to-Sleep 命令从机进入休眠状态(DAT0 = 0x00, DAT1-7 = 0xFF)。从机也可以在总线上没有活动后的 4 ~ 10s 内进入休眠状态。

    4d1e456f6a267fdab671e90c00cc7034.png

    图17. LIN总线状态机

    主机和从机都可以唤醒整个网络,唤醒为持续时间 250us ~ 5ms 的显性信号,所有节点在检测到唤醒信号后旋即退出休眠状态,进行初始化,最长在 100ms 后进入运行状态。如果节点发送出唤醒信号后,在 150 ~ 250ms 内没有接收到总线上的任何命令(帧头),则可以重新发送一次唤醒。唤醒信号最多可以发送 3 次, 3 次之后,必须等待至少 1.5s 之后才可以再次发送唤醒。图18示意LIN总线的唤醒流程。图18. LIN唤醒流程

    硬件电路


     ↵

    供电 & 信号电平

     ↵

    LIN总线要求所有节点的信号电压相同,信号电压参考收发器供电电压 VSUP,低于VSUP的 40% 视为显性电平(Dominant),即为“0”,高于VSUP的 60% 视为隐性电平(Recessive),即为“1”。此处显性/隐性的含义与 CAN总线的定义相同,即总线上实行“线与”逻辑:当总线上有大于等于一个节点发送显性电平时,总线呈显性电平;所有的节点都发送隐性电平或不发送信息(发送任何信息时总线默认呈隐性电平)时,总线才呈现隐性电平,即显性电平起主导作用。

    考虑到传输线路上的压降,LIN协议要求驱动器的低电平要低于VSUP的 20% ,高电平要高于VSUP的 80% ,以保证接收器在判断高低电平时有足够裕量。

    852fe5e723adee687197c2e7db7aa232.png

    图19. LIN总线电平

    VSUP 指总线收发器的电源电压,注意它并不等同于蓄电池电压(VBAT)。考虑将电池引入到ECU单元在电源滤波(二极管等)电路上的压降,VSUP要低于电池电压VBAT,如图20所示。

    60ba04c81020b4326251a92882793b81.png

    图20. 外部供电VBAT和内部供电VSUP的区别

    收发器

     ↵

    LIN总线收发器本质上是个双向工作的电平转换器,LIN 规范要求总线收发器要能承受 ±11.5% 的电源波动和参考点电平波动,并且能承受电源和参考点之间 8% 的电位差波动。在要求不高的场合,可采用简单的收发器电路如图21所示。

    8b9398793112a6b67ce6ab600129ca6a.png

    图21. 简易的 LIN 收发器电路

    端接电阻

     ↵

    为实现“线与”特性,LIN协议规定了主机和从机节点的端接电阻,端接电阻一端连LIN总线,另一端通过串接二极管。主机端接电阻 1K(范围:0.9 ~ 1.1K),从机端接电阻 30K(范围:20 ~ 60K)。如图22所示,图中串接二极管是必须的,当ECU电源断路时,它可以防止LIN总线上电源倒灌。

    a9d6ff145045cad619ac27b59e410414.png

    图22. LIN总线端接电阻

    LIN所有节点并联在一起,构成图23所示的等效电路。其中,总线负载电阻等于各节点端接电阻的 并联等效电阻,总线负载电容等于各节点输入电容和总线分布电容的并联等效电容。总线电阻决定了总线收发器驱动级的功率和通信期间的功耗;总线电容可以吸收周围环境的噪声干扰。总线电阻和总线电容构成的 RC 滤波器还有助于控制压摆率。

    为确保最恶劣情况下正常通信的需要, LIN 规范除了限制节点的端接电阻、电容和时间常数。协议规定主机/从机端接电容典型值为 220pF ,根据具体应用调整主机/从机端接电容满足 EME/EMI 性能,从机端接电容可调范围不大,主要通过调整主机电容实现。有的 收发器 规定主机 1nF,从机 220pF,具体参考收发器应用手册。协议还规定 LIN 总线长度不超过 40 米,一个 LIN 网络的最大节点数目不超过 16。由于端接电阻连接着电源和 LIN 总线,当出现 LIN 总线对地短路时,如果不采取保护措施,会有较大的电流流过端接电阻,产生显著的功耗。

    087e6ebbb48afda95affa75a7643f762.png

    图23. 总线等效电路

    比较


    本章列举LIN与市场上常见的其它通信总线 CANUART 和 I2C 的特性对比,如下表2所示。

    6e88d617d9f1b0b6dc8dc935588d6351.png

    表2. LIN与其它通信总线的特性比较

    【全文完】

    19942b5955c8ef5c34742910a9b47a7a.png

    展开全文
  • 局域网 以太网 令牌环网(二)

    千次阅读 2013-07-15 19:04:20
    令牌总线  ARCnet是Datapoint公司1977年开发成功的一种局域网,目前仍具有较大的使用范围, 并作为Netware LAN的敷缆系统.ARCnet使用RG-62同轴电缆,而这种电缆刚好与IBM3270 终端和IBM主机相连的电缆相同,所以这种...
  • 令牌环网

    千次阅读 2017-06-28 10:56:58
    1 令牌环 在令牌环介质访问控制方法中,使用了一个沿着环路循环的令牌令牌实际上是一个特殊格式的帧,本身并不包含信息,仅控制信道的使用,确保在同一时刻只有一个节点能够独占信道。当环上节点都空闲时,令牌绕...
  • CAN网关功能及工作原理示意图,如图16所示 (三)Flexray总线 Flexray总线,这个专为车内联网而设计,基于智能网络汽车车内的总线技术,采用基于时间触发机制,具有高带宽、容错性能好等特点,在实时性、可靠性和灵活...
  • 2、帧:时间概念,在USB中,一帧就是1MS,它是一个独立的单元,包含了一系列总线动作,USB将1帧分为好几份,每一份中是一个 USB的传输动作。 3、上行、下行:设备到主机为上行,主机到设备为下行
  • 令牌总线 :常用于 总线型局域网 ,也可用于 树型网络 。它是把总线型或树型网络中的各个工作站按照一定顺序如按照接口地址大小排列形成一个逻辑环。只有令牌持有者才能控制总线,才有发送信息的权力。 令牌环 :...
  • 令牌总线常用于总线型局域网,也用于树型网络 它是把总线型或树型网络中的各个工作站按一定顺序如按接口地址大小排列形成个逻辑环。只有令牌持有者才能控制总线,オ有发送信息的权力。 令牌环用于环形局域网,如令牌...
  • 局域网 以太网 令牌环网(一)

    万次阅读 2013-07-15 18:32:29
    组成LAN需要下述5种基本结构:  ① 计算机(特别是PC机);... ③ 总线型拓扑结; 1.星型拓扑结构  星型结构是最古老的一种连接方式,大家每天都使用的电话都属于这种结构,如图3所示。 其中,图...
  • 局域网 虽然目前我们所能看到的局域网主要是以双绞线为代表传输介质...以太网(Ethernet)、令牌网(Token Ring)、FDDI网、异步传输模式网(ATM)等几类,下面分别作一些简要介绍。 1 以太网是这样通信的,每台电...
  • 令牌总线网络 3个主要产品。 (2)10M/bit以太网的传输介质可利用双绞线。 (3)发展方向: ①数据传输速率的提高,但帧结构基本保持不变。 ②局域网互联技术的发展, CSMA/CD 是子网内部所采用的介质访问控制...
  • 计算机网络拓扑

    千次阅读 2019-09-13 21:26:28
    总线型拓扑结构的代表技术就是IBM的ARCNet令牌网络,所以总线型拓扑结构通常认为是令牌总线(token bus)结构。物理上是总线网,逻辑上是令牌网 总线型拓扑结构与环形拓扑结构对比 (1)与传输电缆的连接方式...
  • 令牌环网是一种LAN协议,将所有的工作站都连接到一个环上,每隔工作站都只能同相邻的工作站传输数据,通过围绕的令牌信息授予工作站传输的权限,意思就是谁持有令牌谁就可以发送数据,这种是用在低速网络,而高速...
  • 总线概述及常见总线

    2016-09-27 09:16:49
    一. 总线概念 所谓总线(Bus),是指计算机设备和设备之间传输信息的公共数据通道。总线是连接计算机硬件系统内多种设备的通信线路,它的一个重要...微机中的总线分为数据总线、地址总线和控制总线3类。不同型号的C
  • USB 采用“令牌包”-“数据包”-“握手包”的传输机制,在令牌包中指定数据包去向 或者来源的设备地址和端点(Endpoint),从而保证了只有一个设备对被广播的数据包/令牌 包作出响应。握手包表示了传输的成功与否...
  • Mac子层规范

    2021-03-24 20:48:25
    1.分布控制方式(DCF),类似CDMA/CD,利用载波监听机制,适用于分布式网络,传输具有突发性和随机性的普通分组数据, 支持无竞争实时业务及竞争非实时业务。 2.中心控制方式(PCF),建立在DCF工作方式之上并且仅支持竞争...
  • 采用令牌控制的令牌总线型(Token Bus)局域网,简称为“Token Bus”或“令牌总线网”; 采用令牌控制的令牌环状(Token Ring)局域网,简称“Token Ring”或者“令牌环网”。 2.CSMA/CD注意问题: ①所有...
  • 令牌总线 : 应用网络类型 : 总线型局域网 , 树形网络 ; 物理拓扑结构 : 总线型 / 树型 拓扑结构 ; 逻辑拓扑结构 : 将 总线型 / 树型 网络 中各个主机 按照一定顺序 排列成 逻辑环 ; 工作机制 : 只有持有 令牌 的...
  • PROFIBUS的最大优点在于具有稳定的国际标准EN50170作保证...PROFIBUS由3个兼容部分组成,即PROFIBUS-DP(Decentralized Periphery,分布I/O系统)、PROFIBUS-PA(Process Automation,现场总线信息规范)和PROFIBUS-...
  • 总线概述及常见总线(转)

    万次阅读 2019-01-14 10:31:08
    总线是连接计算机硬件系统内多种设备的通信线路,它的一个重要特征是由总线上的所有设备共享,可以将计算机系统内的多种设备连接到总线上。如果是某两个设备或设备之间专用的信号连线,就不能称之为总线。系统总线...
  • 文章目录什么是IP地址IP地址的分类什么是子网掩码子网掩码的作用什么是以太网什么是令牌环网 什么是IP地址 IP地址的分类 什么是子网掩码 子网掩码的作用 什么是以太网 什么是令牌环网 ...
  • 第四章 局域网

    2016-06-10 20:03:20
    5. 令牌总线,令牌环网,时间片环,FDDI工作原理和特点 6. 无线局域网基本原理和应用 一、基本概念   1、局域网是将分散在有限地理范围内(如一栋大楼,一个部门)的多台计算机通过传输媒体连接起来的通
  • 该标准定义了令牌传递总线访问方法和物理层规范(Token Bus)。该工作组近期处于休眠状态,并没有正在进行的项目。 ● IEEE802.5 令牌环网 IEEE802.5标准定义了令牌环访问方法和物理层规范(Token ...
  • USB总线学习

    2019-07-05 16:56:17
    USB:UniversalSerialBus(通用串行总线) USB网络采用阶梯式星形拓扑结构。一个USB网络中只能有一个主机。主机内设置了一个根集线器,提供了主机上的初始附属点。 主机定时对集线器的状态进行查询。当一个新...

空空如也

空空如也

1 2 3 4 5 ... 20
收藏数 4,964
精华内容 1,985
关键字:

令牌总线型