stm32 can總線 基礎

時間  2019-11-17
標籤 stm32 stm 總線 基礎 欄目 主板 简体版
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選自stm32 canhtml

最近在搞stm32實驗板的can現場總線實驗，以前只是搞過STC51的串口通訊，相比之下，發覺can總線都挺複雜的。開始時，知道本身是新手，只知道can總線跟串行通訊，485通訊，I2C通訊同樣都是用來傳輸數據通訊的，對其工做原理一竅不通，仍是從基礎開始看書看資料，先了解它的基本原理吧。編程


原來can總線有如下特色：less

主要特色函數

支持CAN協議2.0A和2.0B主動模式oop

波特率最高可達1兆位/秒spa

支持時間觸發通訊功能debug

發送設計

3個發送郵箱orm

發送報文的優先級特性可軟件配置htm

記錄發送SOF時刻的時間戳

接收

3級深度的2個接收FIFO

14個位寬可變的過濾器組－由整個CAN共享

標識符列表

FIFO溢出處理方式可配置

記錄接收SOF時刻的時間戳

可支持時間觸發通訊模式

禁止自動重傳模式

16位自由運行定時器

定時器分辨率可配置

可在最後2個數據字節發送時間戳

管理

中斷可屏蔽

郵箱佔用單獨1塊地址空間，便於提升軟件效率



看完這些特色後，疑問一個一個地出現，

1. 什麼是時間觸發功能？

2. 發送郵箱是什麼來的？

3. 報文是什麼來的？

4. 什麼叫時間戳？

5. 什麼叫接收FIFO？

6. 什麼叫過濾器？

好了，帶着疑問往下看，看完一遍後，

報文:

報文包含了將要發送的完整的數據信息

發送郵箱:

共有3個發送郵箱供軟件來發送報文。發送調度器根據優先級決定哪一個郵箱的報文先被髮送。

接收過濾器:

共有14個位寬可變/可配置的標識符過濾器組，軟件經過對它們編程，從而在引腳收到的報文中選擇它須要的報文，而把其它報文丟棄掉。


接收FIFO

共有2個接收FIFO，每一個FIFO均可以存放3個完整的報文。它們徹底由硬件來管理


工做模式

bxCAN有3個主要的工做模式：初始化、正常和睡眠模式。


初始化模式

*軟件經過對CAN_MCR寄存器的INRQ位置1，來請求bxCAN進入初始化模式，而後等待硬件對CAN_MSR寄存器的INAK位置1來進行確認

*軟件經過對CAN_MCR寄存器的INRQ位清0，來請求bxCAN退出初始化模式，當硬件對

CAN_MSR寄存器的INAK位清0就確認了初始化模式的退出。

*當bxCAN處於初始化模式時，報文的接收和發送都被禁止，而且CANTX引腳輸出隱性位（高電平）

正常模式

在初始化完成後，軟件應該讓硬件進入正常模式，以便正常接收和發送報文。軟件能夠經過

對CAN_MCR寄存器的INRQ位清0，來請求從初始化模式進入正常模式，而後要等待硬件對

CAN_MSR寄存器的INAK位置1的確認。在跟CAN總線取得同步，即在CANRX引腳上監測到11個連續的隱性位（等效於總線空閒）後，bxCAN才能正常接收和發送報文。

過濾器初值的設置不須要在初始化模式下進行，但必須在它處在非激活狀態下完成（相應的FACT位爲0）。而過濾器的位寬和模式的設置，則必須在初始化模式下，進入正常模式前完成。

睡眠模式（低功耗）

*軟件經過對CAN_MCR寄存器的SLEEP位置1，來請求進入這一模式。在該模式下，bxCAN的時鐘中止了，但軟件仍然能夠訪問郵箱寄存器。

*當bxCAN處於睡眠模式，軟件想經過對CAN_MCR寄存器的INRQ位置1，來進入初始化式，

那麼軟件必須同時對SLEEP位清0才行

*有2種方式能夠喚醒（退出睡眠模式）bxCAN：經過軟件對SLEEP位清0，或硬件檢測CAN

總線的活動。


工做流程

那麼究竟can是怎樣發送報文的呢？

發送報文的流程爲：

應用程序選擇1個空發送郵箱；設置標識符（接收的時候須要過濾掉，過濾器只過濾本身須要的數據，其餘的報文丟掉），數據長度和待發送數據；

而後對CAN_TIxR寄存器的TXRQ位置1，來請求發送。TXRQ位置1後，郵箱就再也不是空郵箱；而一旦郵箱再也不爲空，軟件對郵箱寄存器就再也不有寫的權限。TXRQ位置1後，郵箱立刻進入掛號狀態，並等待成爲最高優先級的郵箱，參見發送優先級。一旦郵箱成爲最高優先級的郵箱，其狀態就變爲預約發送狀態。一旦CAN總線進入空閒狀態，預約發送郵箱中的報文就立刻被髮送（進入發送狀態）。一旦郵箱中的報文被成功發送後，它立刻變爲空郵箱；硬件相應地對CAN_TSR寄存器的RQCP和TXOK位置1，來代表一次成功發送。


若是發送失敗，因爲仲裁引發的就對CAN_TSR寄存器的ALST位置1，因爲發送錯誤引發的

就對TERR位置1。


原來發送的優先級能夠由標識符和發送請求次序決定：

由標識符決定

當有超過1個發送郵箱在掛號時，發送順序由郵箱中報文的標識符決定。根據CAN協議，標

識符數值最低的報文具備最高的優先級。若是標識符的值相等，那麼郵箱號小的報文先被髮

送。

由發送請求次序決定

經過對CAN_MCR寄存器的TXFP位置1，能夠把發送郵箱配置爲發送FIFO。在該模式下，發送的優先級由發送請求次序決定。

該模式對分段發送頗有用。


時間觸發通訊模式

在該模式下，CAN硬件的內部定時器被激活，而且被用於產生時間戳，分別存儲在

CAN_RDTxR/CAN_TDTxR寄存器中。內部定時器在接收和發送的幀起始位的採樣點位置被採樣，並生成時間戳（標有時間的數據）。



接着又是怎樣接收報文的呢?

接收管理

接收到的報文，被存儲在3級郵箱深度的FIFO中。FIFO徹底由硬件來管理，從而節省了CPU

的處理負荷，簡化了軟件並保證了數據的一致性。應用程序只能經過讀取FIFO輸出郵箱，來讀取FIFO中最早收到的報文。


有效報文

根據CAN協議，當報文被正確接收（直到EOF域的最後1位都沒有錯誤），且經過了標識符

過濾，那麼該報文被認爲是有效報文。


接收相關的中斷條件

* 一旦往FIFO存入1個報文，硬件就會更新FMP[1:0]位，而且若是CAN_IER寄存器的FMPIE位爲1，那麼就會產生一箇中斷請求。

* 當FIFO變滿時（即第3個報文被存入），CAN_RFxR寄存器的FULL位就被置1，而且若是CAN_IER寄存器的FFIE位爲1，那麼就會產生一個滿中斷請求。

* 在溢出的狀況下，FOVR位被置1，而且若是CAN_IER寄存器的FOVIE位爲1，那麼就會產生一個溢出中斷請求



標識符過濾

在CAN協議裏，報文的標識符不表明節點的地址，而是跟報文的內容相關的。所以，發送者以廣播的形式把報文發送給全部的接收者。（注：不是一對一通訊，而是多機通訊）節點在接收報文時－根據標識符的值－決定軟件是否須要該報文；若是須要，就拷貝到SRAM裏；若是不須要，報文就被丟棄且無需軟件的干預。

爲知足這一需求，bxCAN爲應用程序提供了14個位寬可變的、可配置的過濾器組（13~0），

以便只接收那些軟件須要的報文。硬件過濾的作法節省了CPU開銷，不然就必須由軟件過濾從而佔用必定的CPU開銷。每一個過濾器組x由2個32位寄存器，CAN_FxR0和CAN_FxR1組成。



過濾器的模式的設置

經過設置CAN_FM0R的FBMx位，能夠配置過濾器組爲標識符列表模式或屏蔽位模式。

爲了過濾出一組標識符，應該設置過濾器組工做在屏蔽位模式。

爲了過濾出一個標識符，應該設置過濾器組工做在標識符列表模式。

應用程序不用的過濾器組，應該保持在禁用狀態。


過濾器優先級規則

位寬爲32位的過濾器，優先級高於位寬爲16位的過濾器

對於位寬相同的過濾器，標識符列表模式的優先級高於屏蔽位模式

位寬和模式都相同的過濾器，優先級由過濾器號決定，過濾器號小的優先級高


圖128 過濾器機制的例子

file:///C:/Users/skl/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps_clip_image-17227.png


上面的例子說明了bxCAN的過濾器規則：在接收一個報文時，其標識符首先與配置在標識符

列表模式下的過濾器相比較；若是匹配上，報文就被存放到相關聯的FIFO中，而且所匹配的

過濾器的序號被存入過濾器匹配序號中。如同例子中所顯示，報文標識符跟#4標識符匹配，

所以報文內容和FMI4被存入FIFO。

若是沒有匹配，報文標識符接着與配置在屏蔽位模式下的過濾器進行比較。

若是報文標識符沒有跟過濾器中的任何標識符相匹配，那麼硬件就丟棄該報文，且不會對軟

件有任何打擾。


接收郵箱（FIFO）

在接收到一個報文後，軟件就能夠訪問接收FIFO的輸出郵箱來讀取它。一旦軟件處理了報文（如把它讀出來），軟件就應該對CAN_RFxR寄存器的RFOM位進行置1，來釋放該報文，

以便爲後面收到的報文留出存儲空間。



中斷

bxCAN佔用4個專用的中斷向量。經過設置CAN中斷容許寄存器(CAN_IER)，每一箇中斷源都

能夠單獨容許和禁用。


發送中斷可由下列事件產生：

─ 發送郵箱0變爲空，CAN_TSR寄存器的RQCP0位被置1。

─ 發送郵箱1變爲空，CAN_TSR寄存器的RQCP1位被置1。

─ 發送郵箱2變爲空，CAN_TSR寄存器的RQCP2位被置1。

FIFO0中斷可由下列事件產生：

─ FIFO0接收到一個新報文，CAN_RF0R寄存器的FMP0位再也不是‘00’。

─ FIFO0變爲滿的狀況，CAN_RF0R寄存器的FULL0位被置1。

─ FIFO0發生溢出的狀況，CAN_RF0R寄存器的FOVR0位被置1。

FIFO1中斷可由下列事件產生：

─ FIFO1接收到一個新報文，CAN_RF1R寄存器的FMP1位再也不是‘00’。

─ FIFO1變爲滿的狀況，CAN_RF1R寄存器的FULL1位被置1。

─ FIFO1發生溢出的狀況，CAN_RF1R寄存器的FOVR1位被置1。

��� 錯誤和狀態變化中斷可由下列事件產生：

─ 出錯狀況，關於出錯狀況的詳細信息請參考CAN錯誤狀態寄存器(CAN_ESR)。

─ 喚醒狀況，在CAN接收引腳上監視到幀起始位(SOF)。

─ CAN進入睡眠模式。


工做流程大概就是這個樣子，接着就是一大堆煩人的can寄存器，看了一遍總算有了大概的瞭解，何況這麼多的寄存器要一會兒把他們都記住是不可能的。根據以往的經驗，只要用多幾回，對寄存器的功能就能記住。


好了，到讀具體實驗程序的時候了，這時候就要打開「STM32庫函數」的資料

由於它裏面有STM32打包好的庫函數的解釋，對讀程序頗有幫助。


下面是主程序：

int main(void)

{

//  int press_count = 0;

char data = '0';

int sent = FALSE;


#ifdef DEBUG

  debug();

#endif


  /* System Clocks Configuration */

  RCC_Configuration();


  /* NVIC Configuration */

  NVIC_Configuration();


  /* GPIO ports pins Configuration */

  GPIO_Configuration();


  USART_Configuration();


  CAN_Configuration();


  Serial_PutString("\r\n偉研科技 http://www.gzweiyan.com\r\n");

  Serial_PutString("CAN test\r\n");


  while(1){

    if(GPIO_Keypress(GPIO_KEY, BUT_RIGHT)){

      GPIO_SetBits(GPIO_LED, GPIO_LD1);//檢測到按鍵按下


      if(sent == TRUE)

        continue;

      sent = TRUE;

      data++;

      if(data > 'z')

        data = '0';

      CAN_TxData(data);

    }

    else{//按鍵放開

      GPIO_ResetBits(GPIO_LED, GPIO_LD1);  

      sent = FALSE;

    }

  }

}


前面的RCC、NVIC、GPIO、USART配置和以前的實驗大同小異，關鍵是分析

CAN_Configuration()

函數以下：

void CAN_Configuration(void)//CAN配置函數

{

  CAN_InitTypeDef        CAN_InitStructure;

  CAN_FilterInitTypeDef  CAN_FilterInitStructure;


  /* CAN register init */

  CAN_DeInit();        //can初始化

//  CAN_StructInit(&CAN_InitStructure);


  /* CAN cell init */

  CAN_InitStructure.CAN_TTCM=DISABLE;//禁止時間觸發通訊模式

  CAN_InitStructure.CAN_ABOM=DISABLE;//，軟件對CAN_MCR寄存器的INRQ位進行置1隨後清0後，一旦硬件檢測

                                     //到128次11位連續的隱性位，就退出離線狀態。


  CAN_InitStructure.CAN_AWUM=DISABLE;//睡眠模式經過清除CAN_MCR寄存器的SLEEP位，由軟件喚醒


  CAN_InitStructure.CAN_NART=ENABLE;//DISABLE;CAN報文只被發送1次，無論發送的結果如何（成功、出錯或仲裁丟失）


  CAN_InitStructure.CAN_RFLM=DISABLE;//在接收溢出時FIFO未被鎖定，當接收FIFO的報文未被讀出，下一個收到的報文會覆蓋原有

                                                            //的報文


  CAN_InitStructure.CAN_TXFP=DISABLE;//發送FIFO優先級由報文的標識符來決定

//  CAN_InitStructure.CAN_Mode=CAN_Mode_LoopBack;

  CAN_InitStructure.CAN_Mode=CAN_Mode_Normal; //CAN硬件工做在正常模式

  CAN_InitStructure.CAN_SJW=CAN_SJW_1tq;//從新同步跳躍寬度1個時間單位

  CAN_InitStructure.CAN_BS1=CAN_BS1_8tq;//時間段1爲8個時間單位

  CAN_InitStructure.CAN_BS2=CAN_BS2_7tq;//時間段2爲7個時間單位

  CAN_InitStructure.CAN_Prescaler = 9; //(pclk1/((1+8+7)*9)) = 36Mhz/16/9 = 250Kbits設定了一個時間單位的長度9

  CAN_Init(&CAN_InitStructure);


  /* CAN filter init 過濾器初始化*/

  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterNumber=0;//指定了待初始化的過濾器0

  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMode=CAN_FilterMode_IdMask;//指定了過濾器將被初始化到的模式爲標識符屏蔽位模式

  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterScale=CAN_FilterScale_32bit;//給出了過濾器位寬1個32位過濾器


  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdHigh=0x0000;//用來設定過濾器標識符（32位位寬時爲其高段位，16位位寬時爲第一個）


  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdLow=0x0000;//用來設定過濾器標識符（32位位寬時爲其低段位，16位位寬時爲第二個


  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdHigh=0x0000;//用來設定過濾器屏蔽標識符或者過濾器標識符（32位位寬時爲其高段位，16位位寬時爲第一個


  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdLow=0x0000;//用來設定過濾器屏蔽標識符或者過濾器標識符（32位位寬時爲其低段位，16位位寬時爲第二個


  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterFIFOAssignment=CAN_FIFO0;//設定了指向過濾器的FIFO0


  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterActivation=ENABLE;//使能過濾器

  CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStructure);


  /* CAN FIFO0 message pending interrupt enable */

  CAN_ITConfig(CAN_IT_FMP0, ENABLE);//使能指定的CAN中斷

}







再看看發送程序：

TestStatus CAN_TxData(char data)

{

  CanTxMsg TxMessage;


  u32 i = 0;

  u8 TransmitMailbox = 0;

/*

  u32 dataLen;

  dataLen = strlen(data);

  if(dataLen > 8)

  dataLen = 8;

  */

  /* transmit 1 message生成一個信息 */

  TxMessage.StdId=0x00;// 設定標準標識符

  TxMessage.ExtId=0x1234;// 設定擴展標識符

  TxMessage.IDE=CAN_ID_EXT;// 設定消息標識符的類型，使用標準標識符+擴展標識符

  TxMessage.RTR=CAN_RTR_DATA;// 設定待傳輸消息的幀類型，數據幀

/*  TxMessage.DLC= dataLen;

for(i=0;i<dataLen;i++)

TxMessage.Data = data;

*/

  TxMessage.DLC= 1; //設定待傳輸消息的幀長度

  TxMessage.Data[0] = data;// 包含了待傳輸數據



  TransmitMailbox = CAN_Transmit(&TxMessage);//開始一個消息的傳輸


  i = 0;

  while((CAN_TransmitStatus(TransmitMailbox) != CANTXOK) && (i != 0xFF))//經過檢查CANTXOK位來確認發送是否成功

  {

    i++;

  }




  return (TestStatus)ret;

}



CAN_Transmit（）函數的操做包括：

1. [選擇一個空的發送郵箱]

2. [設置Id]*

3. [設置DLC待傳輸消息的幀長度]

4. [請求發送]

請求發送語句：

CAN->sTxMailBox[TransmitMailbox].TIR |= TMIDxR_TXRQ;//對CAN_TIxR寄存器的TXRQ位置1，來請求發送




發送方面搞定了，但接收方面呢？好像在主程序裏看不到有接收的語句。馬上向師兄求救。

原來是用來中斷方式來接收數據，原來它和串口同樣能夠有兩種方式接收數據，一種是中斷方式一種是輪詢方式，若採用輪詢方式則要調用主函數的CAN_Polling(void)函數。


接着又遇到一個問題，爲何中斷函數CAN_Interrupt(void)的最後要關中斷呢？

由於一旦往FIFO存入1個報文，硬件就會更新FMP[1:0]位，而且若是CAN_IER寄存器的FMPIE位爲1，那麼就會產生一箇中斷請求。因此中斷函數執行完後就要清除FMPIE標誌位。這時我纔回想起來，原來我對CAN的理解還不夠，對程序設計的初衷不夠明確，因而我從新看了一遍CAN的工做原理，這時後我發現比之前容易理解了，多是由於看了程序之後知道了大概的流程，而後看資料就有了針對性。


發送者以廣播的形式把報文發送給全部的接收者（注：不是一對一通訊，而是多機通訊）節點在接收報文時－根據標識符的值－決定軟件是否須要該報文；若是須要，就拷貝到SRAM裏；若是不須要，報文就被丟棄且無需軟件的干預。一旦往FIFO存入1個報文，硬件就會更新FMP[1:0]位，而且若是CAN_IER寄存器的FMPIE位爲1，那麼就會產生一箇中斷請求。因此中斷函數執行完後就要清除FMPIE標誌位。


報文組成u32 標準標識符+u32擴展標識符+u8標識符類型+u8待傳輸消息的幀類型+u8幀長度+u8待傳輸數據
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