STM32的can现场总线实验心得分享

标签:CANSTM32
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最近在搞stm32实验板的can现场总线实验,之前只是搞过STC51的串口通信,相比之下,发觉can总线都挺复杂的。开始时,知道自己是新手,只知道can总线跟串行通信,485通信,I2C通信一样都是用来传输数据通信的,对其工作原理一窍不通,还是从基础开始看书看资料,先了解它的基本原理吧。
 
原来can总线有以下特点:
 
主要特点
支持CAN协议2.0A和2.0B主动模式
波特率最高可达1兆位/秒
支持时间触发通信功能
 
发送
3个发送邮箱
发送报文的优先级特性可软件配置
记录发送SOF时刻的时间戳
 
接收
3级深度的2个接收FIFO
14个位宽可变的过滤器组-由整个CAN共享
标识符列表
FIFO溢出处理方式可配置
记录接收SOF时刻的时间戳
 
可支持时间触发通信模式
禁止自动重传模式
16位自由运行定时器
定时器分辨率可配置
可在最后2个数据字节发送时间戳
 
管理
中断可屏蔽
邮箱占用单独1块地址空间,便于提高软件效率
 
看完这些特点后,疑问一个一个地出现,
1. 什么是时间触发功能?
2. 发送邮箱是什么来的?
3. 报文是什么来的?
4. 什么叫时间戳?
5. 什么叫接收FIFO?
6. 什么叫过滤器?
 
好了,带着疑问往下看,看完一遍后,
 
报文:
报文包含了将要发送的完整的数据信息
 
发送邮箱:
共有3个发送邮箱供软件来发送报文。发送调度器根据优先级决定哪个邮箱的报文先被发送。
 
接收过滤器:
共有14个位宽可变/可配置的标识符过滤器组,软件通过对它们编程,从而在引脚收到的报文中选择它需要的报文,而把其它报文丢弃掉。
 
接收FIFO
共有2个接收FIFO,每个FIFO都可以存放3个完整的报文。它们完全由硬件来管理
 
工作模式
bxCAN有3个主要的工作模式:初始化、正常和睡眠模式。
 
初始化模式
*软件通过对CAN_MCR寄存器的INRQ位置1,来请求bxCAN进入初始化模式,然后等待硬件对CAN_MSR寄存器的INAK位置1来进行确认
*软件通过对CAN_MCR寄存器的INRQ位清0,来请求bxCAN退出初始化模式,当硬件对CAN_MSR寄存器的INAK位清0就确认了初始化模式的退出。
*当bxCAN处于初始化模式时,报文的接收和发送都被禁止,并且CANTX引脚输出隐性位(高电平)
 
正常模式
在初始化完成后,软件应该让硬件进入正常模式,以便正常接收和发送报文。软件可以通过对CAN_MCR寄存器的INRQ位清0,来请求从初始化模式进入正常模式,然后要等待硬件对CAN_MSR寄存器的INAK位置1的确认。在跟CAN总线取得同步,即在CANRX引脚上监测到11个连续的隐性位(等效于总线空闲)后,bxCAN才能正常接收和发送报文。
 
过滤器初值的设置不需要在初始化模式下进行,但必须在它处在非激活状态下完成(相应的FACT位为0)。而过滤器的位宽和模式的设置,则必须在初始化模式下,进入正常模式前完成。
 
睡眠模式(低功耗)
*软件通过对CAN_MCR寄存器的SLEEP位置1,来请求进入这一模式。在该模式下,bxCAN的时钟停止了,但软件仍然可以访问邮箱寄存器。
*当bxCAN处于睡眠模式,软件想通过对CAN_MCR寄存器的INRQ位置1,来进入初始化式,那么软件必须同时对SLEEP位清0才行
*有2种方式可以唤醒(退出睡眠模式)bxCAN:通过软件对SLEEP位清0,或硬件检测CAN总线的活动。
 
 
工作流程
 
那么究竟can是怎样发送报文的呢?
发送报文的流程为:
应用程序选择1个空发送邮箱;设置标识符,数据长度和待发送数据;然后对CAN_TIxR寄存器的TXRQ位置1,来请求发送。TXRQ位置1后,邮箱就不再是空邮箱;而一旦邮箱不再为空,软件对邮箱寄存器就不再有写的权限。TXRQ位置1后,邮箱马上进入挂号状态,并等待成为最高优先级的邮箱,参见发送优先级。一旦邮箱成为最高优先级的邮箱,其状态就变为预定发送状态。一旦CAN总线进入空闲状态,预定发送邮箱中的报文就马上被发送(进入发送状态)。一旦邮箱中的报文被成功发送后,它马上变为空邮箱;硬件相应地对CAN_TSR寄存器的RQCP和TXOK位置1,来表明一次成功发送。
 
如果发送失败,由于仲裁引起的就对CAN_TSR寄存器的ALST位置1,由于发送错误引起的就对TERR位置1。
 
原来发送的优先级可以由标识符和发送请求次序决定:
由标识符决定
当有超过1个发送邮箱在挂号时,发送顺序由邮箱中报文的标识符决定。根据CAN协议,标识符数值最低的报文具有最高的优先级。如果标识符的值相等,那么邮箱号小的报文先被发送。
由发送请求次序决定
通过对CAN_MCR寄存器的TXFP位置1,可以把发送邮箱配置为发送FIFO。在该模式下,发送的优先级由发送请求次序决定。该模式对分段发送很有用。
 
时间触发通信模式
在该模式下,CAN硬件的内部定时器被激活,并且被用于产生时间戳,分别存储在CAN_RDTxR/CAN_TDTxR寄存器中。内部定时器在接收和发送的帧起始位的采样点位置被采样,并生成时间戳(标有时间的数据)。
 
接着又是怎样接收报文的呢?
接收管理
接收到的报文,被存储在3级邮箱深度的FIFO中。FIFO完全由硬件来管理,从而节省了CPU的处理负荷,简化了软件并保证了数据的一致性。应用程序只能通过读取FIFO输出邮箱,来读取FIFO中最先收到的报文。
 
有效报文
根据CAN协议,当报文被正确接收(直到EOF域的最后1位都没有错误),且通过了标识符过滤,那么该报文被认为是有效报文。
 
接收相关的中断条件
* 一旦往FIFO存入1个报文,硬件就会更新FMP[1:0]位,并且如果CAN_IER寄存器的FMPIE位为1,那么就会产生一个中断请求。
* 当FIFO变满时(即第3个报文被存入),CAN_RFxR寄存器的FULL位就被置1,并且如果CAN_IER寄存器的FFIE位为1,那么就会产生一个满中断请求。
* 在溢出的情况下,FOVR位被置1,并且如果CAN_IER寄存器的FOVIE位为1,那么就会产生一个溢出中断请求
 
标识符过滤
在CAN协议里,报文的标识符不代表节点的地址,而是跟报文的内容相关的。因此,发送者以广播的形式把报文发送给所有的接收者。(注:不是一对一通信,而是多机通信)节点在接收报文时-根据标识符的值-决定软件是否需要该报文;如果需要,就拷贝到SRAM里;如果不需要,报文就被丢弃且无需软件的干预。为满足这一需求,bxCAN为应用程序提供了14个位宽可变的、可配置的过滤器组(13~0),以便只接收那些软件需要的报文。硬件过滤的做法节省了CPU开销,否则就必须由软件过滤从而占用一定的CPU开销。每个过滤器组x由2个32位寄存器,CAN_FxR0和CAN_FxR1组成。
 
过滤器的模式的设置
通过设置CAN_FM0R的FBMx位,可以配置过滤器组为标识符列表模式或屏蔽位模式。
为了过滤出一组标识符,应该设置过滤器组工作在屏蔽位模式。
为了过滤出一个标识符,应该设置过滤器组工作在标识符列表模式。
应用程序不用的过滤器组,应该保持在禁用状态。
 
过滤器优先级规则
位宽为32位的过滤器,优先级高于位宽为16位的过滤器
对于位宽相同的过滤器,标识符列表模式的优先级高于屏蔽位模式
位宽和模式都相同的过滤器,优先级由过滤器号决定,过滤器号小的优先级高
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上面的例子说明了bxCAN的过滤器规则:在接收一个报文时,其标识符首先与配置在标识符列表模式下的过滤器相比较;如果匹配上,报文就被存放到相关联的FIFO中,并且所匹配的过滤器的序号被存入过滤器匹配序号中。如同例子中所显示,报文标识符跟#4标识符匹配,因此报文内容和FMI4被存入FIFO。
如果没有匹配,报文标识符接着与配置在屏蔽位模式下的过滤器进行比较。
如果报文标识符没有跟过滤器中的任何标识符相匹配,那么硬件就丢弃该报文,且不会对软件有任何打扰。
 
接收邮箱(FIFO)
在接收到一个报文后,软件就可以访问接收FIFO的输出邮箱来读取它。一旦软件处理了报文(如把它读出来),软件就应该对CAN_RFxR寄存器的RFOM位进行置1,来释放该报文,以便为后面收到的报文留出存储空间。
 
中断
bxCAN占用4个专用的中断向量。通过设置CAN中断允许寄存器(CAN_IER),每个中断源都可以单独允许和禁用。
 
发送中断可由下列事件产生:
─ 发送邮箱0变为空,CAN_TSR寄存器的RQCP0位被置1。
─ 发送邮箱1变为空,CAN_TSR寄存器的RQCP1位被置1。
─ 发送邮箱2变为空,CAN_TSR寄存器的RQCP2位被置1。
FIFO0中断可由下列事件产生:
─ FIFO0接收到一个新报文,CAN_RF0R寄存器的FMP0位不再是‘00’。
─ FIFO0变为满的情况,CAN_RF0R寄存器的FULL0位被置1。
─ FIFO0发生溢出的情况,CAN_RF0R寄存器的FOVR0位被置1。
FIFO1中断可由下列事件产生:
─ FIFO1接收到一个新报文,CAN_RF1R寄存器的FMP1位不再是‘00’。
─ FIFO1变为满的情况,CAN_RF1R寄存器的FULL1位被置1。
─ FIFO1发生溢出的情况,CAN_RF1R寄存器的FOVR1位被置1。
错误和状态变化中断可由下列事件产生:
─ 出错情况,关于出错情况的详细信息请参考CAN错误状态寄存器(CAN_ESR)。
─ 唤醒情况,在CAN接收引脚上监视到帧起始位(SOF)。
─ CAN进入睡眠模式。
 
工作流程大概就是这个样子,接着就是一大堆烦人的can寄存器,看了一遍总算有了大概的了解,况且这么多的寄存器要一下子把他们都记住是不可能的。根据以往的经验,只要用多几次,对寄存器的功能就能记住。
 
好了,到读具体实验程序的时候了,这时候就要打开“STM32库函数”的资料。因为它里面有STM32打包好的库函数的解释,对读程序很有帮助。
 
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伟研科技 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);//检测到按键按下
 
      if(sent == TRUE)
        continue;
      sent = TRUE;
      data++;
      if(data > 'z')
        data = '0';
      CAN_TxData(data);
    }
    else{//按键放开
      GPIO_ResetBits(GPIO_LED, GPIO_LD1);  
      sent = FALSE;
    }
  }
}
 
前面的RCC、NVIC、GPIO、USART配置和之前的实验大同小异,关键是分析CAN_Configuration()函数如下:
void CAN_Configuration(void)//CAN配置函数
{
  CAN_InitTypeDef        CAN_InitStructure;
  CAN_FilterInitTypeDef  CAN_FilterInitStructure;
 
  /* CAN register init */
  CAN_DeInit();
//  CAN_StructInit(&CAN_InitStructure);
 
  /* CAN cell init */
  CAN_InitStructure.CAN_TTCM=DISABLE;//禁止时间触发通信模式
  CAN_InitStructure.CAN_ABOM=DISABLE;//,软件对CAN_MCR寄存器的INRQ位进行置1随后清0后,一旦硬件检测
                                     //到128次11位连续的隐性位,就退出离线状态。
 
  CAN_InitStructure.CAN_AWUM=DISABLE;//睡眠模式通过清除CAN_MCR寄存器的SLEEP位,由软件唤醒
 
  CAN_InitStructure.CAN_NART=ENABLE;//DISABLE;CAN报文只被发送1次,不管发送的结果如何(成功、出错或仲裁丢失)
 
  CAN_InitStructure.CAN_RFLM=DISABLE;//在接收溢出时FIFO未被锁定,当接收FIFO的报文未被读出,下一个收到的报文会覆盖原有
                                                            //的报文
 
  CAN_InitStructure.CAN_TXFP=DISABLE;//发送FIFO优先级由报文的标识符来决定
//  CAN_InitStructure.CAN_Mode=CAN_Mode_LoopBack;
  CAN_InitStructure.CAN_Mode=CAN_Mode_Normal; //CAN硬件工作在正常模式
  CAN_InitStructure.CAN_SJW=CAN_SJW_1tq;//重新同步跳跃宽度1个时间单位
  CAN_InitStructure.CAN_BS1=CAN_BS1_8tq;//时间段1为8个时间单位
  CAN_InitStructure.CAN_BS2=CAN_BS2_7tq;//时间段2为7个时间单位
  CAN_InitStructure.CAN_Prescaler = 9; //(pclk1/((1+8+7)*9)) = 36Mhz/16/9 = 250Kbits设定了一个时间单位的长度9
  CAN_Init(&CAN_InitStructure);
 
  /* CAN filter init 过滤器初始化*/
  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterNumber=0;//指定了待初始化的过滤器0
  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMode=CAN_FilterMode_IdMask;//指定了过滤器将被初始化到的模式为标识符屏蔽位模式
  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterScale=CAN_FilterScale_32bit;//给出了过滤器位宽1个32位过滤器
  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdHigh=0x0000;//用来设定过滤器标识符(32位位宽时为其高段位,16位位宽时为第一个)
  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdLow=0x0000;//用来设定过滤器标识符(32位位宽时为其低段位,16位位宽时为第二个
  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdHigh=0x0000;//用来设定过滤器屏蔽标识符或者过滤器标识符(32位位宽时为其高段位,16位位宽时为第一个
  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdLow=0x0000;//用来设定过滤器屏蔽标识符或者过滤器标识符(32位位宽时为其低段位,16位位宽时为第二个
  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterFIFOAssignment=CAN_FIFO0;//设定了指向过滤器的FIFO0
  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterActivation=ENABLE;//使能过滤器
  CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStructure);
  /* CAN FIFO0 message pending interrupt enable */
  CAN_ITConfig(CAN_IT_FMP0, ENABLE);//使能指定的CAN中断
}
 
再看看发送程序:
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生成一个信息 */
  TxMessage.StdId=0x00;// 设定标准标识符
  TxMessage.ExtId=0x1234;// 设定扩展标识符
  TxMessage.IDE=CAN_ID_EXT;// 设定消息标识符的类型
  TxMessage.RTR=CAN_RTR_DATA;// 设定待传输消息的帧类型
/*  TxMessage.DLC= dataLen;
for(i=0;i<dataLen;i++)
TxMessage.Data = data;
*/
  TxMessage.DLC= 1; //设定待传输消息的帧长度
  TxMessage.Data[0] = data;// 包含了待传输数据
  TransmitMailbox = CAN_Transmit(&TxMessage);//开始一个消息的传输
  i = 0;
  while((CAN_TransmitStatus(TransmitMailbox) != CANTXOK) && (i != 0xFF))//通过检查CANTXOK位来确认发送是否成功
  {
    i++;
  }
  return (TestStatus)ret;
}
 
CAN_Transmit()函数的操作包括:
1. [选择一个空的发送邮箱]
2. [设置Id]*
3. [设置DLC待传输消息的帧长度]
4. [请求发送]
请求发送语句:
CAN->sTxMailBox[TransmitMailbox].TIR |= TMIDxR_TXRQ;//对CAN_TIxR寄存器的TXRQ位置1,来请求发送
 
发送方面搞定了,但接收方面呢?好像在主程序里看不到有接收的语句。立刻向师兄求救。
原来是用来中断方式来接收数据,原来它和串口一样可以有两种方式接收数据,一种是中断方式一种是轮询方式,若采用轮询方式则要调用主函数的CAN_Polling(void)函数。
 
接着又遇到一个问题,为什么中断函数CAN_Interrupt(void)的最后要关中断呢?
因为一旦往FIFO存入1个报文,硬件就会更新FMP[1:0]位,并且如果CAN_IER寄存器的FMPIE位为1,那么就会产生一个中断请求。所以中断函数执行完后就要清除FMPIE标志位。这时我才回想起来,原来我对CAN的理解还不够,对程序设计的初衷不够明确,于是我重新看了一遍CAN的工作原理,这时后我发现比以前容易理解了,可能是因为看了程序以后知道了大概的流程,然后看资料就有了针对性。
 
发送者以广播的形式把报文发送给所有的接收者(注:不是一对一通信,而是多机通信)节点在接收报文时-根据标识符的值-决定软件是否需要该报文;如果需要,就拷贝到SRAM里;如果不需要,报文就被丢弃且无需软件的干预。一旦往FIFO存入1个报文,硬件就会更新FMP[1:0]位,并且如果CAN_IER寄存器的FMPIE位为1,那么就会产生一个中断请求。所以中断函数执行完后就要清除FMPIE标志位。