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
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 \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
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。
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