Red de interconexión local

LIN es un protocolo de red utilizado para la comunicación entre componentes en vehículos modernos . Es un protocolo serial de un solo paso y de bajo costo que admite comunicaciones de hasta 19,2 Kbit/s con una longitud máxima de bus de 40 metros (131,23 pies) . 

La necesidad de una red serie económica surgió a medida que las tecnologías y los sistemas implementados en el automóvil evolucionaban, mientras que el bus CAN resultaba demasiado costoso para implementarlo en todos los componentes del vehículo. Los fabricantes de automóviles europeos comenzaron a utilizar diferentes tecnologías de comunicación serie, lo que generó problemas de compatibilidad.

A finales de la década de 1990, el Consorcio LIN fue fundado por cinco fabricantes de automóviles ( BMW , Grupo Volkswagen , Audi , Volvo Cars y Mercedes-Benz ), con las tecnologías suministradas (experiencia en redes y hardware) por Volcano Automotive Group y Motorola . La primera versión completamente implementada de la nueva especificación LIN (LIN versión 1.3) se publicó en noviembre de 2002. En septiembre de 2003, se introdujo la versión 2.0 para ampliar las capacidades y proporcionar funciones de diagnóstico adicionales. LIN también se puede utilizar a través de la línea de alimentación de la batería del vehículo con un transceptor especial LIN sobre línea de alimentación de CC (DC-LIN). LIN sobre línea de alimentación de CC (DC-LIN) se estandarizó como ISO/AWI 17987-8. ^{[ 1 ]}

CAN in Automation ha sido designada por el Comité Técnico de Gestión (TMB) de la ISO como la Autoridad de Registro para el ID de proveedor LIN estandarizado en la serie ISO 17987.

LIN es una red serial de difusión que comprende 16 nodos (un nodo primario y hasta 15 nodos secundarios). ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}

Todos los mensajes son iniciados por el nodo principal, y como máximo un nodo secundario responde a un identificador de mensaje determinado. El nodo principal también puede actuar como nodo secundario respondiendo a sus propios mensajes. Dado que todas las comunicaciones son iniciadas por el nodo principal, no es necesario implementar la detección de colisiones . ^{[ 6 ]}

Los nodos primario y secundario suelen ser microcontroladores , pero pueden implementarse en hardware especializado o ASIC para ahorrar costes, espacio o energía.

Las aplicaciones actuales combinan la eficiencia de bajo costo de LIN y sensores simples para crear pequeñas redes. Estos subsistemas pueden conectarse mediante una red troncal (por ejemplo, CAN en automóviles). ^{[ 7 ]}

El bus LIN es un protocolo de comunicación serie económico que permite el funcionamiento remoto de aplicaciones dentro de la red de un automóvil. Está especialmente diseñado para nodos mecatrónicos en aplicaciones automotrices distribuidas, pero también es adecuado para aplicaciones industriales. Su objetivo es complementar la red CAN existente, dando lugar a redes jerárquicas dentro de los vehículos.

A finales de la década de 1990, el consorcio Local Interconnect Network (LIN) fue fundado por cinco fabricantes de automóviles europeos, Mentor Graphics (anteriormente Volcano Automotive Group) y Freescale (anteriormente Motorola , ahora NXP ). La primera versión completamente implementada de la nueva especificación LIN se publicó en noviembre de 2002 como LIN versión 1.3. En septiembre de 2003 se presentó la versión 2.0 para ampliar las capacidades de configuración e incorporar importantes funciones de diagnóstico adicionales e interfaces de herramientas.

Las principales características del protocolo se enumeran a continuación:

• Un único maestro, hasta 16 esclavos (es decir, sin arbitraje de bus). Este es el valor recomendado por el Consorcio LIN para lograr una respuesta temporal determinista. ^{[ 8 ]}
  • La detección de posición del nodo esclavo (SNPD) permite la asignación de direcciones de nodo después del encendido ^{[ 9 ].}
• Comunicaciones de un solo cable de hasta 19,2  kbit/s a una longitud de bus de 40 metros . ^{[ 8 ] [ 10 ]} En la especificación LIN 2.2, ^{[ 9 ]} la velocidad es de hasta 20 kbit/s.
• Tiempos de latencia garantizados.
• Longitud variable del marco de datos (2, 4 y 8 bytes).
• Flexibilidad de configuración.
• Recepción multicast con sincronización horaria, sin cristales ni resonadores cerámicos .
• Suma de verificación de datos y detección de errores.
• Detección de nodos defectuosos.
• Implementación de silicio de bajo coste basada en hardware UART / SCI estándar.
• Facilitador para redes jerárquicas.
• Tensión de funcionamiento de 12 V. ^{[ 8 ]}

Los datos se transfieren a través del bus mediante mensajes de formato fijo de longitud seleccionable. La tarea maestra transmite una cabecera que consta de una señal de interrupción seguida de campos de sincronización e identificación. Los esclavos responden con una trama de datos que consta de 2, 4 u 8 bytes de datos más 3 bytes de información de control. ^{[ 9 ]}

Un mensaje contiene los siguientes campos: ^{[ 9 ]}

• Ruptura de sincronización
• byte de sincronización
• byte de identificador
• bytes de datos
• byte de suma de verificación

La especificación LIN se diseñó para permitir el uso de nodos de hardware muy económicos dentro de una red. Es una red de bajo costo y de un solo cable basada en ISO 9141. [ ^{11 ] En} las topologías de redes de automóviles actuales, se utilizan microcontroladores con capacidad UART o hardware LIN dedicado. El microcontrolador genera todos los datos LIN necesarios (protocolo...) (en parte) mediante software y se conecta a la red LIN a través de un transceptor LIN (en pocas palabras, un convertidor de nivel con algunos complementos). Funcionar como un nodo LIN es solo una parte de la funcionalidad posible. El hardware LIN puede incluir este transceptor y funcionar como un nodo LIN puro sin funcionalidad adicional.

Dado que los nodos esclavos LIN deben ser lo más económicos posible, pueden generar sus relojes internos mediante osciladores RC en lugar de osciladores de cristal (cuarzo o cerámica). Para garantizar la estabilidad de la velocidad de transmisión dentro de una trama LIN, se utiliza el campo SYNC en la cabecera.

El maestro LIN utiliza una o más tablas de planificación predefinidas para iniciar el envío y la recepción en el bus LIN. Estas tablas contienen, como mínimo, la sincronización relativa en la que se inicia el envío del mensaje. Una trama LIN consta de dos partes: encabezado y respuesta . El encabezado siempre lo envía el maestro LIN, mientras que la respuesta la envía un esclavo LIN dedicado o el propio maestro LIN.

Los datos transmitidos dentro de la red LIN se transmiten en serie como bytes de datos de ocho bits con un bit de inicio, un bit de parada y sin paridad (el campo de interrupción no tiene bit de inicio ni de parada). Las velocidades de bits varían entre 1 kbit/s y 20 kbit/s. Los datos en el bus se dividen en recesivos (nivel lógico ALTO) y dominantes (nivel lógico BAJO). El tiempo normalmente es considerado por la fuente de reloj estable del maestro de la red LIN; la unidad más pequeña es el tiempo de un bit (52 μs a 19,2 kbit/s).   

El protocolo LIN utiliza dos estados de bus : modo de suspensión y estado activo . Mientras haya datos en el bus, se solicita a todos los nodos LIN que se encuentren en estado activo. Tras un tiempo de espera especificado, los nodos entran en modo de suspensión y se reactivan mediante una trama WAKEUP. Esta trama puede ser enviada por cualquier nodo que solicite actividad en el bus, ya sea el Maestro LIN siguiendo su programación interna o uno de los Esclavos LIN conectados, activado por su aplicación de software interna. Una vez que todos los nodos se han activado, el Maestro continúa programando el siguiente identificador.  

Estos métodos permiten la detección de la posición de los nodos esclavos en el bus LIN y permiten la asignación de una dirección de nodo única (NAD). ^{[ 12 ]}

• Permite conectar dispositivos similares o idénticos en el bus sin necesidad de programación al final de la línea ni programación de los pines del conector.

Restricciones:

• Todos los esclavos de autodireccionamiento deben estar en una sola línea.
  • Los esclavos estándar se pueden conectar de cualquier manera.

• Fácil de usar
• Componentes disponibles
• Más económico que CAN y otros buses de comunicaciones.
• Reducción de arneses
• Vehículos más fiables
• Extensión fácil de implementar.
• No se requiere el pago de ninguna tarifa de licencia de protocolo.

LIN no reemplaza por completo al bus CAN. Sin embargo, el bus LIN es una buena alternativa cuando el bajo costo es fundamental y la velocidad/ancho de banda no es importante. Generalmente, se utiliza en subsistemas que no son críticos para el rendimiento o la seguridad del vehículo; a continuación se muestran algunos ejemplos.

El direccionamiento en LIN se logra mediante una NAD ( dirección de nodo ) que forma parte del PID (identificador protegido). Los valores de NAD son de 7 bits, por lo que se encuentran en el rango de 1 a 127 (0x7F) y son una composición del ID del proveedor, el ID de la función y el ID de la variante.

Puede obtener un ID de proveedor poniéndose en contacto con CAN in Automation, que es la autoridad responsable de la asignación de dichos identificadores.

Diversos autobuses de conectividad para vehículos (automotrices):

La especificación LIN v2.2A (2010) se transcribió a la familia de documentos de normas oficiales ISO 17987. Las partes 1 a 7 de la norma ISO se publicaron por primera vez en 2016, seguidas de la parte 8 en 2019.

• ISO 17987-1  :: Vehículos de carretera - LIN Parte 1 - Información general y definición de casos de uso.
• ISO 17987-2  :: Vehículos de carretera - LIN Parte 2 - Protocolo de transporte y servicios de la capa de red.
• ISO 17987-3  :: Vehículos de carretera - LIN Parte 3 - Especificación del protocolo.
• ISO 17987-4  :: Vehículos de carretera - LIN Parte 4 - Especificación de la capa física eléctrica (EPL) 12V / 24V.
• ISO 17987-5  :: Vehículos de carretera - LIN Parte 5 - Interfaz de programación de aplicaciones (API).
• ISO 17987-6  :: Vehículos de carretera - LIN Parte 6 - Especificación de prueba de conformidad de protocolo.
• ISO 17987-7  :: Vehículos de carretera - LIN Parte 7 - Especificación de prueba de conformidad de la capa física eléctrica (EPL).
• ISO 17987-8  :: Vehículos de carretera - LIN Parte 8 - Especificación de la capa física eléctrica (EPL): LIN sobre línea eléctrica de CC (DC-LIN).

• Consorcio LIN - sitio web archivado
• ID de proveedor LIN : autoridad de registro para el ID de proveedor LIN
• Artículo sobre una implementación de hardware/software libre y de código abierto del protocolo LIN.
• Calculadora de suma de verificación LIN gratuita en línea
• Explicación del autobús LIN: una introducción sencilla.
• Controlador de red LIN educativo