LIN Historie und Eigenschaften

Im Jahr 1999 führten Audi, BMW, Motorola, VW, Volvo und DaimlerChrysler das Local Interconnect Network, kurz LIN, ein. Damit wurde ein lokales Subsystem geschaffen, mit dessen Hilfe weitere Elemente (u.a. Klimaanlage und Dachmodul) im Kraftfahrzeug gesteuert wurden konnten. Bei LIN handelt es sich um einen Eindraht-Bus, der aufgrund seiner Kupferleitung eine kostengünstige und stabile Datenübertragung ermöglicht.

Entwicklung und Standard der LIN-Spezifikation

Im Jahr 1998 wurde das Local Interconnect Network von verschiedenen Herstellern und Systempartnern als Konsortialententwicklung ins Leben gerufen. Das Ziel des neuen Standards bestand vor allem in der Entwicklung eines kostengünstigen Netzwerks für geringe Datenraten. Die aktuelle Version 2.1, welche im November 2006 veröffentlicht wurde, erfüllt diese Anforderungen vorzüglich.

Mit dem LIN-Standard ist nun eine preisgünstige Vernetzung von mechatronischen Komponenten im Kraftfahrzeug möglich. Mit dem LIN-Eindraht-Bus sind maximale Übertragungsraten von 20 kBit/s möglich, wobei die empfohlenen Datenraten bei 2,4 kBit/s, 9,6 kBit/s und 19,2 kBit/s liegen. Für den Standard (Li1) wurden neben der physikalischen Schicht und der Sicherungsschicht, auch die Funktionen für Diagnosen und Schnittstellenbeschreibungen definiert.

In der Spezifikation des LIN-Netzwerks sind zwei Netzknotenzustände vorgesehen: Sleep-Mode und Normal-Mode. Die Signalzustände unterscheiden sich demnach durch Ruhezustand (rezessiv) und dominanten Zustand. Ein Wechsel der Zustände wird durch einen Weckruf des Masters, oder durch einen der Slaves, hervorgerufen. Dieser Weckruf erfolgt über ein Wake-Up-Signal-Frame.

Zur Diagnose werden im LIN-Netzwerk Kommando-Botschaften versendet. Die Diagnostik eines Slaves wird durch die Übertragung eines Kommandos durch den Master ausgelöst. Diese Datenübertragung, innerhalb einer Diagnose zwischen Master und Slave, basiert auf einem Transportprotokoll, das in der ISO 15765-2 spezifiziert ist.

Eigenschaften des LIN-Netzwerks

Eigenschaften des LIN-Netzwerks

Bei dem CAN-System ist jeder Knoten gleichberechtigt, weshalb dieses auch Multi-Master-System bezeichnet wird. Anders ist das im LIN-System, welches für gewöhnlich einen Master und mehrere Slaves vorsieht. Diese neuartige Topologie in der Datenübertragung nennt sich daher Single-Master-System.

Sogenannte Tasks sind für die Abwicklung des Kommunikationsablaufes zuständig, die zwischen den Master- und Slave-Knoten abläuft. Die Tasks stehen dabei für einzelne Botschaftsanteile, die im System bewegt werden. Dadurch dass auch der Master-Knoten einen Slave-Task enthält, ist auch dieser in der Lage, Botschaften zu empfangen. Somit kann die Kommunikation zwischen allen Teilnehmern des Busses, sowohl durch die Slaves untereinander, als auch zwischen Master und Slaves, erfolgen.

Um einen kurzen Vergleich zwischen dem CAN- und LIN-Netzwerk anzustellen, werden die wichtigsten technischen Daten kurz dargestellt:

  • Zugriffsverfahren: LIN = Master-Slave- bzw. Single-Master-Verfahren / CAN = Multi-Master-Verfahren
  • Übertragungsrate: LIN = bis zu 20 kBit/s / CAN = bis zu 1 MBit/s
  • Botschaftskennung: LIN = 6 Bit / CAN = 11 Bit oder 29 Bit
  • Anahl der Busteilnehmer: LIN = 2 -10 / CAN = 2 – 32
  • Fehlererkennung: LIN = Checksumme (2 Bit) / CAN = CRC (15 Bit )
  • Busleitung: LIN: Eindrahtleitung aus Kupfer (13,8 Volt) / CAN = Zweidrahtleitung (5 Volt)

Buszugriffsverfahren im LIN-Netzwerk

Der LIN-Bus arbeitet mit dem Master-Slave-Verfahren, um den Buszugriff zu regeln. In Form einer Scheduling-Tabelle ist der zeitgesteuerte Ablauf der Kommunikation im Master hinterlegt. Der Kommunikationsablauf startet mit dem Versand des Headers, der sich im Master-Task befindet.Nachdem der erste Teil der Botschaft versendet wurde, reagiert der zuständige Slave-Task mit einer Antwort. Dieser wird durch den Nachrichten-Identifier im Header über die neue Botschaft informiert. Die im Kommunikationsablauf befindlichen Header- und Response-Anteile werden als Frame bezeichnet.

Master und Slaves im LIN-Bus

Wie bereits angesprochen wurde, arbeitet das LIN-Netzwerk nach dem Master-Slave- bzw. Single-Master-Verfahren. Ein einziger Master-Knoten koordiniert dabei als Steuergerät die Kommunikation auf dem jeweiligen Sub-Bus. Der Master übernimmt eine Vielzahl von Funktionen, auf die in den folgenden Absätzen näher eingegangen wird.

Zu den Aufgaben des LIN-Masters gehört die Übersetzung von Daten zwischen dem lokalen LIN und dem globalen CAN. Der Master koordiniert außerdem den Datentransfer und bestimmt die Übertragungsrate der Daten auf dem Bus. Um dies zu bewerkstelligen, sendet er eine Sequenz über den Botschaftskopf, die von allen Teilnehmern empfangen und ausgewertet wird.

Weiterhin ist der Master für die Taktung der Sendungen verantwortlich und bestimmt in welchen Zeitabständen neue Daten gesendet werden. Zuletzt stellt er auch Diagnosefunktionen zur Verfügung, die entweder selbst initiiert oder von einem der angekoppelten Slaves empfangen wurden.

Die angeschlossenen Slaves im LIN-Netzwerk können einzelne Sensoren oder Aktoren sein. Diese tauschen Daten, direkt mit dem Master oder indirekt mit anderen Steuergeräten, aus. Es besteht außerdem die Möglichkeit, ein Steuergerät als Slave in den LIN-Bus zu integrieren und damit die Sensorik bzw. Aktorik an das Gerät anzuschließen.

Der LIN-Slave kann, genauso wie ein herkömmliches Steuergerät, aus eigener Kraft heraus die Steuerung und Regelung übernehmen, ohne dabei den LIN-Bus zusätzlich zu belasten. Nur wenn der Master spezifische Daten anfordert, werden diese vom Slave übertragen. Ein Vorteil bei der Integration eines Steuergerätes als Slave besteht in der Reduzierung der Teilnehmer.