【 ATU 隨筆記 】整車網路系統架構之探討 ( 二 )

一、前言

隨著汽車電子系統的不斷發展，車輛內部的通訊需求愈加多樣化。我們在上一篇的介紹中，說明了 CAN 的相關歷程、發展與恩智浦的解決方案，而在本篇中，我們將聚焦於另一個廣泛應用於車內通訊的協議——LIN（Local Interconnect Network）。

LIN 作為 CAN 的補充，專為低速、低成本的應用而設計，特別適合在車輛內部的輔助系統中使用，例如車窗控制、空調系統、車燈調節和座椅控制等功能。LIN 協議的單主多從架構（Master-Slave Architecture）和簡單的訊息格式，使其在低複雜度的應用中表現出色，且易於整合於現有的車內網路系統中。

二、LIN 的發展歷程

LIN （ Local Interconnect Network, 區域互聯網路 ） 起源於 1990 年代末期，是汽車製造商為了滿足車輛內部低成本和簡單通訊需求而共同開發的通訊協議。隨著車輛內部電子設備的增加，傳統的 CAN 通訊在某些低速、低優先級的應用中顯得過於複雜且昂貴，因此汽車行業聯合開發了一種更為簡單的協議，LIN 就此問世。

1999 年，多家汽車製造商聯合發佈了 LIN 協議的第一版，目的是為車內低速應用提供一個經濟高效的解決方案。LIN 1.0 採用了單主多從的架構（Master-Slave Architecture），這種設計大幅簡化了網路結構，並且有效降低了成本。同時，LIN 使用單線總線（single-wire bus）來傳輸訊息，不僅節省了布線成本，還減少了車輛內部線束的複雜度，使其更適合應用於車輛輔助系統，如車窗控制、空調系統和車燈調節等。

隨著車輛內部通訊需求的增長，LIN 協議於 2003 年進行了升級，推出了 LIN 2.0 版本。在這一版本中，LIN 的資料速率提高到了 20 kbps，相較於 LIN 1.0 的 10 kbps，大幅提升了通訊效率。此外，LIN 2.0 增加了錯誤檢測機制，增強了資料傳輸的可靠性，確保通訊的準確性和穩定性。這一版本還引入了更多靈活的訊息格式，使 LIN 協議能夠更靈活地應對車輛內部各種應用場景的需求，進一步提升了其適應性。

LIN 2.0 成為了車輛內部低速通訊的標準，廣泛應用於各種輔助功能中，如座椅調節和車燈控制等。此外，LIN 還具備自動同步功能，使其能在不使用石英晶體振盪器的情況下保持網路同步，這進一步降低了硬體成本，符合車輛低成本、高效能的設計需求。

LIN 的標準化過程由 ISO-17987 系列進行規範，確保全球汽車製造商在應用 LIN 時能夠遵循統一的標準，從而實現不同廠商之間的相容性。隨著汽車電子化的發展，LIN 持續保持其在低速通訊應用中的主導地位，成為車內網路架構中不可或缺的一部分。

展望未來，隨著汽車電動化和智能化的發展，LIN 將繼續進化。儘管其主要應用場景仍集中在低速和簡單控制系統，但隨著自動駕駛技術和車聯網的發展，LIN 可能在特定場景下發揮更多的作用，例如多車輛之間的基本訊號交換和車內小型模組的整合。LIN 的簡單性、低成本和靈活性特性，將持續推動其在未來車輛中的廣泛應用。

三、LIN 的特點與應用場景

3.1 LIN的特點

LIN是一種專為車輛內部低速、低成本應用設計的通訊協議，採用單線總線架構，僅需一根數據線即可完成資料傳輸，極大地降低了布線成本並減少了車內線束的複雜度。其單主多從架構由一個主節點負責控制多個從節點，確保網路通訊的同步性和可靠性。雖然 LIN 的資料速率最高僅能達到 20 kbps，但對於座椅調整、車窗升降和空調控制等輔助功能來說已經足夠。此外，LIN 協議訊息結構簡單，增強了錯誤檢測機制，並引入了同步功能，即使在沒有高精度振盪器的情況下也能穩定運行。LIN 的標準化過程由 ISO 17987 系列規範，確保了其在全球汽車行業的廣泛應用，特別是在低成本和非安全關鍵系統中。

LIN 作為 CAN 的輔助協議，憑藉其簡單的結構、低成本特性以及穩定的性能，廣泛應用於車輛內部的輔助功能中。如下表可見，從 LIN 1.0 到 LIN 2.0，協議在資料速率、錯誤檢測以及可靠性方面均有顯著提升，並隨著汽車電子化的發展成為車內網路架構中的重要組成部分。

3.2 LIN的應用場景

上圖以直觀的方式展示了車輛內 CAN 和 LIN 網路架構的組合使用：

CAN 作為主幹網路： 圖中的黑色線代表 CAN 網路主幹，負責連接車輛內的主要模組，適用於高效能需求的關鍵應用，例如動力系統、剎車系統和核心控制模組。

LIN 作為分支網路： 圖中的黃色線表示 LIN 網路，作為 CAN 的補充，連接低速和低優先級的子系統，例如車窗控制、座椅調整、燈光控制和雨刷系統。

透過這張圖更進一步的說明了不同車用通訊協議在汽車內部的典型應用場景分工：

CAN：適用於車輛中的高性能應用場景，如動力系統（Powertrain）、車身通訊（Body Communication）以及防鎖死剎車系統（Antilock Braking）。這些應用通常對資料速率和可靠性要求較高，因此 CAN 成為首選。

LIN：作為 CAN 的補充，專注於低速、低成本的車內輔助功能應用，包括車身電子（Body Electronics）、氣候控制（Climate Control）和燈光控制（Lighting）。其低複雜度和高經濟性特性使其非常適合這些非關鍵任務。

FlexRay：用於需要極高資料速率和可靠性的應用，主要用於未來高度自動化的車輛系統，將會在後續的篇章中進行介紹。

3.3 結論與未來發展

LIN憑藉其簡單的結構、低成本和高可靠性，已成為車輛內部低速輔助功能的首選通訊協議。作為 CAN 的補充，LIN 能夠高效地承擔車窗、座椅、燈光和空調控制等非安全關鍵任務，降低了整車網路的複雜度和成本。

未來，隨著汽車電動化和智能化的快速推進，LIN 的應用可能會持續擴展。在電動車和智慧車聯網（V2X）的新興需求下，LIN 有潛力在更多輔助系統中發揮作用，例如智能車內氛圍控制、自動化模組調節等。此外，LIN 與其他協議（如 CAN 和 Ethernet）的整合，將進一步提升車內網路架構的靈活性和效率。

雖然 LIN 的速率和性能有限，但其簡單性、經濟性和穩定性使其在未來的汽車網路架構中仍具有不可替代的地位。小編認為LIN 的發展趨勢應專注於優化其現有應用，同時探索新場景的創新應用，繼續為車輛電子系統的多樣化需求提供高性價比的解決方案。

四、恩智浦提供的解決方案

NXP根據不同的產品功能進行方類，如上圖，主要可分為四大項：

1. 單通道收發器（Single Channel Transceiver）
• 提供從基礎功能（如 TJA1027）到增強功能（如 TJA1021A/B 支援喚醒和 INH 功能）的多種選擇，滿足車輛內部簡單 LIN 網路的需求。
• 特殊型號（如 MC33662）還支援高速模式，適用於需要更高資料傳輸速度的應用。
2. 多通道收發器（Multi Channel Transceiver）
• 支援雙通道（如 TJA1022）和四通道（如 TJA1024）的 LIN 收發器，適合更複雜的網路架構。
• 集成 SPI-LIN 和 LIN 控制器功能的高級產品（如 SJA1124）進一步增強了系統靈活性和功能整合性。
3. LIN 系統基礎晶片（LIN System Basis Chip）
• 提供穩壓功能（如 TJA1028 系列的 70mA LDO 和 TJA1128 的 85mA LDO），並結合自動尋址和喚醒功能，為車內系統提供更高效的電源管理和控制。
4. 應用特定解決方案（Application Specific）
• 專為特定應用設計的產品（如 UJA1023 支援 MCU-Free 設計），為特殊場景提供高適配性的解決方案。

為了滿足車輛內部多樣化的通訊需求，NXP 提供了完整且多樣化的 LIN 收發器產品組合。這些產品不僅支援豐富的功能，如喚醒功能、自動尋址以及多通道設計，還具備高效能穩壓、集成命令終端以及 TxD 超時保護等多項先進特性。此外， NXP 提供 10 至 15 年的長期供應保證，確保客戶在長期車輛生產項目中的持續支持，滿足現代汽車製造商在技術應用上的各種要求。

五、參考資料

1. https://zh.wikipedia.org/zh-tw/LIN
2. https://www.wpgdadatong.com/blog/detail/75086
3. https://blog.csdn.net/m0_37891624/article/details/122671411
4. https://blog.csdn.net/qq_43694659/article/details/127979920
5. https://community.nxp.com/t5/NXP-Tech-Blog/101-Local-Interconnect-Network-LIN/ba-p/1284877
6. https://www.nxp.com/products/product-selector:PRODUCT-SELECTOR?category=c704_c709&page=1