使用MM32F0160 FlexCAN-FD接口實(shí)現(xiàn)CAN FD通信

1?FlexCAN-FD簡(jiǎn)介

MM32F0160 系列 MCU 具有一個(gè) FlexCAN 模塊，該模塊遵循 ISO 11898-1 標(biāo)準(zhǔn)、 CAN FD 和 CAN 2.0B 協(xié)議規(guī)范，不僅兼容傳統(tǒng)CAN，還支持CAN FD模式。在CAN-FD模式下，可實(shí)現(xiàn)最高8 Mbps的FD模式通信速率，支持標(biāo)準(zhǔn)幀（11位標(biāo)識(shí)符）和擴(kuò)展幀（29位標(biāo)識(shí)符），支持最大64字節(jié)有效負(fù)載，并且具有非常靈活的用于傳輸和接收的郵箱系統(tǒng)。

使用CAN FD較傳統(tǒng)CAN具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）增加了數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，在發(fā)送長(zhǎng)數(shù)據(jù)時(shí)，軟件更加簡(jiǎn)單高效，滿足更高的數(shù)據(jù)吞吐量。

（2）提高了傳輸速率，使得延遲時(shí)間更短，具有更好的實(shí)時(shí)性，滿足更高的帶寬。

（3）擴(kuò)展了CRC場(chǎng)，為數(shù)據(jù)內(nèi)容提供了更好的保護(hù)，增加了系統(tǒng)安全性。

本章節(jié)初步學(xué)習(xí)使用MM32F0160 FlexCAN-FD接口實(shí)現(xiàn)CAN FD通信，相關(guān)例程參考靈動(dòng)官網(wǎng)的LibSamples或在此基礎(chǔ)上修改。關(guān)于CAN FD協(xié)議不再進(jìn)行詳細(xì)介紹，感興趣的小伙伴可以查閱相關(guān)資料增進(jìn)了解。

2?CAN FD幀

ISO 11898-1標(biāo)準(zhǔn)指定了符合ISO 11898-1（2003）標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)典幀格式，并引入了CAN FD（Flexible Data Rate）幀格式。經(jīng)典幀格式支持高達(dá)1Mbps的比特率，以及每幀8字節(jié)的有效負(fù)載。FD幀格式支持超過(guò)1Mbps的比特率，以及每幀超過(guò)8字節(jié)的有效負(fù)載。FlexCAN可以收發(fā)CAN FD和經(jīng)典CAN格式交替的報(bào)文。

CAN FD 幀中有三個(gè)附加的控制位：

EDL：擴(kuò)展數(shù)據(jù)長(zhǎng)度位，支持更多的數(shù)據(jù)負(fù)載。

BRS比特率切換位：決定CAN FD幀是否切換比特率。

ESI錯(cuò)誤狀態(tài)指示：錯(cuò)誤主動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送顯性，錯(cuò)誤被動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送隱性。

CAN FD格式不支持遠(yuǎn)程幀，遠(yuǎn)程幀總是以經(jīng)典CAN格式傳輸。接收到FD幀并匹配郵箱時(shí)，接收?qǐng)?bào)文緩沖區(qū)的RTR位將被無(wú)效化。

CAN FD報(bào)文數(shù)據(jù)字段可超過(guò)8字節(jié)，支持12至64字節(jié)。CAN FD報(bào)文可切換比特率，使CAN幀的控制字段、數(shù)據(jù)字段和CRC字段比特率高于幀的開(kāi)始和結(jié)束。

CAN FD幀結(jié)構(gòu)（部分）如下圖所示：

CAN FD幀從SOF（幀起始）到BRS的仲裁段，以標(biāo)稱(chēng)比特率傳輸；從BRS到CRC界定符的數(shù)據(jù)段，以數(shù)據(jù)比特率傳輸；從CRC界定符到Intermission位，傳輸恢復(fù)為標(biāo)稱(chēng)比特率。如果CAN FD幀中BRS為隱性，則位時(shí)序在BRS的采樣點(diǎn)發(fā)生變化。BRS位之前，CAN FD仲裁段的標(biāo)稱(chēng)位時(shí)序由CAN_CBT或CAN_CTRL1寄存器定義；檢測(cè)到隱性BRS時(shí)，數(shù)據(jù)位時(shí)序由CAN_FDCBT 寄存器定義。

3?協(xié)議時(shí)序

FlexCAN具有單獨(dú)配置CAN FD協(xié)議時(shí)序的寄存器，CAN FD位時(shí)序寄存器（CAN_FDCBT）存儲(chǔ)用于控制位時(shí)序參數(shù)的字段：FPRESDIV、FPROPSEG、FPSEG1、FPSEG2和FRJW。

CAN FD報(bào)文數(shù)據(jù)段的FDPRESDIV定義了串行時(shí)鐘（Sclock）的預(yù)分頻，見(jiàn)下列方程。串行時(shí)鐘的周期定義了用于構(gòu)成CAN FD波形的時(shí)間單位Tq，Tq為CAN引擎所能處理的最小時(shí)間單元。

比特率定義了接收或傳輸 CAN FD報(bào)文的速率，公式如下：

位時(shí)間可以細(xì)分為三個(gè)部分：

同步段（SYNC_SEG）：1Tq的固定長(zhǎng)度；信號(hào)邊沿出現(xiàn)在該段內(nèi)。

時(shí)間段1：包括傳播段和相位段1。FlexCAN 使用 CAN_FDCBT寄存器的FDPROPSEG和FDPSEG1字段，其總和（+1）為2 ~ 39Tq。

時(shí)間段 2：包括相位段2。其值（+1）為2 ~ 8Tq。時(shí)間段2不能小于信息處理時(shí)間2Tq。

當(dāng)采用CAN FD位作為持續(xù)時(shí)間的衡量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，一個(gè)CAN FD位的外設(shè)時(shí)鐘個(gè)數(shù)NumClkBit為：

fCANFDCLK為PE時(shí)鐘，單位Hz。

fSYS為系統(tǒng)（CHI）時(shí)鐘頻率，單位Hz。

4?報(bào)文緩沖區(qū)

MM32F0160 FlexCAN遵循CAN FD協(xié)議規(guī)范，該模塊已經(jīng)設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的CAN FD報(bào)文緩沖區(qū)結(jié)構(gòu)。經(jīng)典 CAN 幀使用傳統(tǒng)型 Rx FIFO，CAN FD幀使用增強(qiáng)型Rx FIFO。下圖為FlexCAN所使用的報(bào)文緩沖區(qū)結(jié)構(gòu)，包括CAN 2.0B的兩種幀格式：擴(kuò)展幀（29位ID）和標(biāo)準(zhǔn)幀（11位ID）。每個(gè)報(bào)文緩沖區(qū)由16、24、40或72字節(jié)組成，其中包括8、16、32或64字節(jié)的數(shù)據(jù)。郵箱使用 0x80 ~ 0x27F 的內(nèi)存區(qū)域。

EDL — 擴(kuò)展數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，EDL位區(qū)分CAN幀和CAN FD 幀。

BRS — 比特率切換，定義是否在 CAN FD 幀內(nèi)切換比特率。

ESI — 錯(cuò)誤狀態(tài)指示，表示發(fā)送節(jié)點(diǎn)是錯(cuò)誤主動(dòng)還是錯(cuò)誤被動(dòng)。

CODE — 報(bào)文緩沖區(qū)代碼，CODE 字段可以被 CPU 和 FlexCAN 讀寫(xiě)，用作報(bào)文緩沖區(qū)匹配和仲裁過(guò)程的一部分。編碼詳見(jiàn)用戶手冊(cè)。

SRR — 替代遠(yuǎn)程請(qǐng)求，

1：擴(kuò)展幀格式傳輸時(shí)，必須使用隱性位。

0：擴(kuò)展幀格式傳輸時(shí)，顯性位無(wú)效。

只用于擴(kuò)展幀格式。傳輸時(shí)（發(fā)送緩沖區(qū)）該位必須設(shè)置為 1，且將會(huì)和從 CAN 總線上接收到的值一起存儲(chǔ)于接收緩沖區(qū)。該位可以被接收為隱性或顯性，如果 FlexCAN 以顯性位接收，則認(rèn)為仲裁丟失。

IDE — ID擴(kuò)展位，

1：擴(kuò)展幀；

0：標(biāo)準(zhǔn)幀。

RTR — 遠(yuǎn)程傳輸請(qǐng)求

1：如果是發(fā)送MB，則表示當(dāng)前MB可能有一個(gè)遠(yuǎn)程幀待發(fā)送；如果是接收MB，則接收到的遠(yuǎn)程幀將會(huì)被存儲(chǔ)；

0：表示當(dāng)前的M 中有一個(gè)數(shù)據(jù)幀待傳輸。在接收MB中，可能會(huì)被用于匹配過(guò)程。

如果FlexCAN傳輸1（隱性），接收到0（顯性），則認(rèn)為仲裁丟失。如果 RTR傳輸0（顯性），接收到1（隱性），則認(rèn)為是位錯(cuò)誤。如果接收到的值與發(fā)送值相同，則被認(rèn)為是一次成功的位傳輸。

注：配置CAN FD幀時(shí)RTR位必須為0。

DLC — 數(shù)據(jù)字節(jié)長(zhǎng)度

該4位字段為發(fā)送/接收數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度（以字節(jié)為單位），位于偏移地址為0x8到0xF的MB空間。

接收階段，該字段由FlexCAN寫(xiě)入，從接收幀的DLC字段復(fù)制而得；

傳輸階段，該字段由CPU寫(xiě)入，且與要傳輸?shù)膸腄LC字段相對(duì)應(yīng)。

當(dāng)RTR = 1 時(shí)，被傳輸?shù)膸瑸檫h(yuǎn)程幀，不包含數(shù)據(jù)字段（DLC 字段的設(shè)置無(wú)效，參見(jiàn)表格“有效數(shù)據(jù)字節(jié)”）。

TIME STAMP — 自由運(yùn)行計(jì)時(shí)器時(shí)間戳

該16位字段為自由運(yùn)行計(jì)時(shí)器的復(fù)制，當(dāng)標(biāo)識(shí)符字段開(kāi)頭出現(xiàn)在CAN總線上時(shí)進(jìn)行捕獲。

PRIO — 本地優(yōu)先級(jí)

該 3 位字段只有當(dāng)MCR.LPRIO_EN被置位時(shí)才有效，且只針對(duì)傳輸郵箱。用于附加到 ID 來(lái)定義傳輸優(yōu)先級(jí)，不會(huì)被傳輸。

ID — 幀標(biāo)識(shí)符

標(biāo)準(zhǔn)幀格式，只有高 11 位（28 ~ 18）用于識(shí)別接收或發(fā)送幀，忽略低 18 位。擴(kuò)展幀格式，所有位都用于識(shí)別傳輸或接收幀。

DATA BYTE0 ~ 63 — 數(shù)據(jù)字段

數(shù)據(jù)幀最多可以使用64個(gè)字節(jié)，取決于為MB選擇的有效負(fù)載大小。從總線上接收到的幀以該幀被接收時(shí)的格式進(jìn)行存放。只有n小于DLC時(shí)，DATA BYTE（n）才有效。

5?MB 內(nèi)存映射

FlexCAN內(nèi)存緩沖區(qū)的內(nèi)存映射如下表所示：

6?FlexCAN-FD API

從靈動(dòng)官網(wǎng)下載的FLEXCAN固件庫(kù)中定義了FD相關(guān)的API函數(shù)如下：

7?FlexCAN-FD通信

配置FlexCAN為CAN FD模式，通過(guò)中斷接收和發(fā)送報(bào)文。

7.1 FlexCAN配置

voidFlexCAN_Configure(void)
{
GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStruct;
NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStruct;

flexcan_config_tFlexCAN_ConfigStruct;
flexcan_rx_mb_config_tFlexCAN_RxMB_ConfigStruct;

RCC_ClocksTypeDefRCC_Clocks;

RCC_GetClocksFreq(&RCC_Clocks);

RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBENR_GPIOB,ENABLE);

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1ENR_FLEXCAN,ENABLE);

GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource8,GPIO_AF_3);
GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_3);

GPIO_StructInit(&GPIO_InitStruct);
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_8;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_FLOATING;
GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct);

GPIO_StructInit(&GPIO_InitStruct);
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStruct);

NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel=FLEX_CAN_IRQn;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPriority=0;
NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);

FLEXCAN_GetDefaultConfig(&FlexCAN_ConfigStruct);

FlexCAN_ConfigStruct.baudRate=1000000U;/*1Mbps*/
FlexCAN_ConfigStruct.baudRateFD=2000000U;/*2Mbps*/
FlexCAN_ConfigStruct.clkSrc=Enum_Flexcan_ClkSrc1;
FlexCAN_ConfigStruct.enableLoopBack=false;
FlexCAN_ConfigStruct.disableSelfReception=true;
FlexCAN_ConfigStruct.enableIndividMask=true;
FLEXCAN_Init(FLEX_CAN1,&FlexCAN_ConfigStruct);

FLEXCAN_EnterFreezeMode(FLEX_CAN1);

FLEX_CAN1->MCR|=1<CTRL1&=(~CAN_CTRL1_SMP(1));

FLEXCAN_ExitFreezeMode(FLEX_CAN1);

/*Baudratecalculatebyautomatically*/
FLEXCAN_FDCalculateImprovedTimingValues(FlexCAN_ConfigStruct.baudRate,FlexCAN_ConfigStruct.baudRateFD,
RCC_Clocks.PCLK1_Frequency,&FlexCAN_ConfigStruct.timingConfig);

FLEXCAN_FDInit(FLEX_CAN1,&FlexCAN_ConfigStruct,FLEXCAN_64BperMB,true);

FLEXCAN_SetFDTxMbConfig(FLEX_CAN1,1,true);
FLEXCAN_SetFDTxMbConfig(FLEX_CAN1,3,true);

FlexCAN_RxMB_ConfigStruct.id=FLEXCAN_ID_STD(0x111);
FlexCAN_RxMB_ConfigStruct.format=Enum_Flexcan_FrameFormatStandard;
FlexCAN_RxMB_ConfigStruct.type=Enum_Flexcan_FrameTypeData;
FLEXCAN_SetFDRxMbConfig(FLEX_CAN1,0,&FlexCAN_RxMB_ConfigStruct,true);

FLEXCAN_SetRxIndividualMask(FLEX_CAN1,0,FLEXCAN_RX_MB_STD_MASK(0xFFF,0,0));

/*EnableMB0Interrupt*/
FLEX_CAN1->IMASK1|=(0x01U<IMASK1|=(0x01U<

	

	配置PB8、PB9復(fù)用為FlexCAN的RX、TX引腳；

	配置CAN1Mbps和CANFD2Mbps、MB選擇64字節(jié)負(fù)載；

	配置NVIC中斷；

	配置MB1、MB3為發(fā)送郵箱；

	配置MB0、MB2為接收郵箱；

	MB0僅接收ID為0x111的標(biāo)準(zhǔn)幀；

	MB2僅接收ID為0x222的擴(kuò)展幀。

	7.2 發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)幀報(bào)文

	
voidFlexCAN_FD_SendStandardFrameMessage(uint32_tID,uint8_t*Buffer,uint8_tLength)
{
flexcan_fd_frame_tFlexCAN_FD_FrameStruct;

FlexCAN_FD_FrameStruct.length=Length;
FlexCAN_FD_FrameStruct.type=(uint8_t)Enum_Flexcan_FrameTypeData;
FlexCAN_FD_FrameStruct.format=(uint8_t)Enum_Flexcan_FrameFormatStandard;
FlexCAN_FD_FrameStruct.brs=1;
FlexCAN_FD_FrameStruct.edl=1;
FlexCAN_FD_FrameStruct.id=ID;

for(uint8_ti=0;i

	

	flexcan_fd_frame_t是按照FlexCAN MB結(jié)構(gòu)定義的結(jié)構(gòu)體，將要發(fā)送的標(biāo)準(zhǔn)幀按照幀結(jié)構(gòu)依次設(shè)置結(jié)構(gòu)體的各字段，接著寫(xiě)入MB1發(fā)送郵箱。

	7.3 發(fā)送擴(kuò)展幀報(bào)文

	
voidFlexCAN_FD_SendExtendFrameMessage(uint32_tID,uint8_t*Buffer,uint8_tLength)
{
flexcan_fd_frame_tFlexCAN_FD_FrameStruct;

FlexCAN_FD_FrameStruct.length=Length;
FlexCAN_FD_FrameStruct.type=(uint8_t)Enum_Flexcan_FrameTypeData;
FlexCAN_FD_FrameStruct.format=(uint8_t)Enum_Flexcan_FrameFormatExtend;
FlexCAN_FD_FrameStruct.brs=1;
FlexCAN_FD_FrameStruct.edl=1;
FlexCAN_FD_FrameStruct.id=ID;

for(uint8_ti=0;i

	

	同上，將要發(fā)送的擴(kuò)展幀按照幀結(jié)構(gòu)依次設(shè)置結(jié)構(gòu)體的各字段，接著寫(xiě)入MB3發(fā)送郵箱。

	7.4 獲取報(bào)文并發(fā)送

	
voidFlexCAN_FD_RxMB_Handler(uint8_tIndex)
{
uint8_tBuffer[64];
flexcan_fd_frame_tFlexCAN_FD_FrameStruct;

FLEXCAN_ReadFDRxMb(FLEX_CAN1,Index,&FlexCAN_FD_FrameStruct);

for(uint8_ti=0;i>0x18)&0xFF;
Buffer[i*4+1]=(FlexCAN_FD_FrameStruct.dataWord[i]>>0x10)&0xFF;
Buffer[i*4+2]=(FlexCAN_FD_FrameStruct.dataWord[i]>>0x08)&0xFF;
Buffer[i*4+3]=(FlexCAN_FD_FrameStruct.dataWord[i]>>0x00)&0xFF;
}

if(Index==0)
{
FlexCAN_FD_SendStandardFrameMessage((FlexCAN_FD_FrameStruct.id>>CAN_ID_STD_SHIFT),Buffer,FlexCANFD_TX_64Bytes_DataLen);
}
else
{
FlexCAN_FD_SendExtendFrameMessage((FlexCAN_FD_FrameStruct.id>>CAN_ID_EXT_SHIFT),Buffer,FlexCANFD_TX_64Bytes_DataLen);
}
}


	

	讀接收郵箱（Index），獲取CAN FD報(bào)文中的數(shù)據(jù)，并發(fā)送該報(bào)文。

	7.5 中斷服務(wù)子程序

	
voidFlexCAN_IRQHandler(void)
{
uint32_tu32flag=1;

/*MB0*/
if(FLEXCAN_GetMbStatusFlags(FLEX_CAN1,u32flag<

	

	MB0、MB2完成接收調(diào)用MB接收函數(shù)，獲取報(bào)文并通過(guò)MB1、MB3發(fā)送。MB1、MB3完成傳輸，清除對(duì)應(yīng)標(biāo)志。

	7.6 FlexCAN_FD中斷示例

	
voidFlexCAN_FD_Interrupt_Sample(void)
{
uint8_tBuffer[64]=
{
0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0A,0x0B,0x0C,0x0D,0x0E,0x0F,0xAA,
0xAA,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0A,0x0B,0x0C,0x0D,0x0E,0x0F,0x55,
0x55,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0A,0x0B,0x0C,0x0D,0x0E,0x0F,0xAA,
0xAA,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0A,0x0B,0x0C,0x0D,0x0E,0x0F,0x88,
};

printf("
Test%s",__FUNCTION__);

FlexCAN_Configure();

while(1)
{
FlexCAN_FD_SendStandardFrameMessage(0x214,Buffer,FlexCANFD_TX_64Bytes_DataLen);

PLATFORM_LED_Toggle(LED1);
PLATFORM_DelayMS(1000);
}
}


	

	調(diào)用FlexCAN_Configure()，在while中間隔1s中發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)幀報(bào)文，幀ID為0x214，數(shù)據(jù)為定義好的Buffer[64]。

	在主函數(shù)中調(diào)用FlexCAN_FD_Interrupt_Sample()。

	8?驗(yàn)證

	連接CAN調(diào)試工具，配置波特率CAN 1Mbps、CAN FD 2Mbps，觀測(cè)上位機(jī)軟件：

	

	接收區(qū)間隔1s接收到一次FD報(bào)文，ID為0x214。

	在發(fā)送區(qū)發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)幀F(xiàn)D報(bào)文，ID為0x111，發(fā)送擴(kuò)展幀F(xiàn)D報(bào)文，ID為0x222，各發(fā)送5次：

	

	每發(fā)送1次報(bào)文，接收區(qū)接收到1次該ID的報(bào)文，和程序預(yù)期一致。

	

	審核編輯：湯梓紅