1 FlexCAN 簡(jiǎn)介

FlexCAN 控制器局域網(wǎng)模塊是符合 ISO 11898-1 標(biāo)準(zhǔn)和 CAN 2.0B 規(guī)范的通信控制器，支持 CAN 總線協(xié)議。FlexCAN 模塊框圖如 圖1 所示。FlexCAN 模塊包括 CAN 收發(fā)器（CAN Transceiver）、協(xié)議引擎（Protocol Engine）、控制接口（Controller Host Interface）、總線接口單元（Bus Interface Unit），以及多個(gè)支持獨(dú)立收發(fā)功能的信息緩沖區(qū)（Message Buffer）。其中 CAN 收發(fā)器負(fù)責(zé)將收發(fā)引腳的 TTL 信號(hào)轉(zhuǎn)換為 CAN 總線的電平信號(hào)，協(xié)議引擎負(fù)責(zé)處理對(duì)信息緩沖區(qū)的讀寫(xiě)請(qǐng)求，控制接口負(fù)責(zé)傳輸幀的發(fā)送仲裁以及接收匹配，總線接口單元處理 FlexCAN 和內(nèi)部總線的交互，信息緩沖區(qū)用于存儲(chǔ) FlexCAN 的傳輸幀。

MM32F0140 的 FlexCAN 模塊支持標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀兩種幀格式，支持?jǐn)?shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程請(qǐng)求幀兩種幀類(lèi)型，其中數(shù)據(jù)幀的最大有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可達(dá)8比特。FlexCAN 模塊支持最高可達(dá) 1Mps 的可編程比特率，支持對(duì)前 16 個(gè)信息緩沖區(qū)的中斷，支持局部和全局的接收幀過(guò)濾機(jī)制，支持可選擇的 FIFO 接收功能。

FlexCAN 模塊支持三種工作模式：回環(huán)模式、只聽(tīng)模式和正常工作模式。因?yàn)樵诨丨h(huán)模式下，F(xiàn)lexCAN 的傳輸幀并不會(huì)通過(guò)其收發(fā)引腳發(fā)送到 CAN 總線，所以通常用于測(cè)試單塊芯片的 FlexCAN 模塊是否工作正常。只聽(tīng)模式下，F(xiàn)lexCAN 模塊將只接收總線上的幀，而不能發(fā)送幀，并且也無(wú)法發(fā)送接收應(yīng)答。正常工作模式下，F(xiàn)lexCAN 模塊既可發(fā)送幀，也可接收幀。

2 FlexCAN 幀格式

FlexCAN 幀傳輸過(guò)程

圖2 是 CAN 幀的發(fā)送流程，首先是幀起始位 SOF，SOF 值規(guī)定為 1，標(biāo)識(shí)此幀的開(kāi)始。在 CAN 總線協(xié)議中約定，值 0 為顯性位，值 1 為隱性位。FlexCAN 采取多主機(jī)、基于優(yōu)先級(jí)的總線傳輸方式，總線幀的收發(fā)順序在 Arbitration field 仲裁段確定。仲裁成功的節(jié)點(diǎn)會(huì)繼續(xù)發(fā)送幀，仲裁失敗的節(jié)點(diǎn)會(huì)轉(zhuǎn)為接收狀態(tài)。如果不設(shè)置使用幀的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行仲裁，則使用幀的 ID 號(hào)進(jìn)行仲裁比較，越小優(yōu)先級(jí)越高。結(jié)合 圖2 CAN 幀發(fā)送流程 和 圖3 CAN 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀格式可知，Arbitration field 仲裁段存放 CAN 報(bào)文的 ID 號(hào)以及 RTR 標(biāo)識(shí)，RTR 用于表示幀類(lèi)型，在下文講述 FlexCAN 使用信息緩沖區(qū)發(fā)送報(bào)文時(shí)，會(huì)進(jìn)一步解釋其含義。Control filed 控制段在 MM32F0140 的 FlexCAN 中，主要涉及兩個(gè)部分，IDE 字段和 DLE 字段。IDE 字段用于標(biāo)識(shí)幀格式，為數(shù)據(jù)幀還是遠(yuǎn)程幀。DLC 字段用于標(biāo)識(shí)此幀的有效字節(jié)數(shù)，DLC 字段值將影響后續(xù)的 Data field 字段長(zhǎng)度。FDF 字段表示此幀是否為 CAN FD 幀，在MM32F0140 的 FlexCAN 模塊中暫時(shí)未使用到。Data field 有效傳輸數(shù)據(jù)負(fù)載段，如果此幀為遠(yuǎn)程幀，將不攜帶任何數(shù)據(jù)，所以 DLC 字段對(duì)應(yīng)為 0；如果此幀為數(shù)據(jù)幀，此段長(zhǎng)度由 DLC 字段控制。CRC field 循環(huán)冗余碼段，用于在發(fā)送和接收流程中檢查此幀是否出現(xiàn)比特錯(cuò)誤。CRC 后，為 ACK field 檢測(cè)段，發(fā)送方會(huì)發(fā)送隱性位 1，然后在此段期間回讀總線上信號(hào)。如果讀到為顯性位 0，則說(shuō)明有其他 CAN 接收器接收到此幀，發(fā)送方發(fā)送成功。最后是 EOF 結(jié)束位，標(biāo)識(shí)發(fā)送結(jié)束。

以下是 MM32F0140 FlexCAN 在上述 CAN 發(fā)送流程要求下，使用信息緩沖區(qū)寄存器進(jìn)行 CAN 幀的收發(fā)的詳細(xì)操作流程。信息緩沖區(qū)寄存器的結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。

FlexCAN 發(fā)送幀

FlexCAN 發(fā)送幀時(shí)，首先將幀相關(guān)信息寫(xiě)入預(yù)計(jì)使用的信息緩沖區(qū)寄存器中。如果此幀的 ID 號(hào)可用 11 個(gè)比特位進(jìn)行表示，則將此幀的 ID 號(hào)填入 ID 段，并將 IDE 位置 0，標(biāo)識(shí)為標(biāo)準(zhǔn)幀。如果此幀的 ID 號(hào)超過(guò) 11 位，則將剩余低位部分填入 ID（Extended） 段，并將 IDE 位置 1，標(biāo)識(shí)為擴(kuò)展幀。FlexCAN 的幀 ID 長(zhǎng)度不能超過(guò) 29 位。

然后根據(jù)此幀的幀類(lèi)型，如果是攜帶數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀，則將 SRR 替代遠(yuǎn)程請(qǐng)求位和 RTR 遠(yuǎn)程請(qǐng)求位都設(shè)置為 0，并將對(duì)應(yīng)需要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫(xiě)入 DataByte 區(qū)，將數(shù)據(jù)長(zhǎng)度寫(xiě)入 DLC 字段；如果是不攜帶數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程請(qǐng)求幀，則將上述的 SRR 位和 RTR 位都設(shè)置為 1。

如果 MCR［LPRIOEN］ 位被設(shè)置為 1，則在發(fā)送前還需要將此幀的優(yōu)先級(jí)寫(xiě)入 PRIO 位，PRIO 位值越小，優(yōu)先級(jí)越高。

當(dāng)上述各字段都填充完畢后，將 CODE 值 12 填入 CODE 區(qū)，此 CODE 值表示將要發(fā)送此幀，發(fā)送完畢后 CODE 值變?yōu)?8，表示發(fā)送完畢。回讀 TIME STAMP 段，可以得到發(fā)送成功時(shí)的時(shí)間戳。

FlexCAN 接收幀

FlexCAN 接收幀前，需要設(shè)置此接收信息緩沖區(qū)的 ID 號(hào)、幀格式 IDE 和幀類(lèi)型 SRR 和 RTR，參考上述發(fā)送過(guò)程的設(shè)置。然后將 CODE 區(qū)值設(shè)置為值 4，表示等待接收。如果需要幀過(guò)濾，還需要設(shè)置局部幀過(guò)濾器 RXIMR 和全局幀過(guò)濾器 RXMGMASK、RX14MASK和RX15MASK。當(dāng) CAN 總線上有其他 FlexCAN 模塊發(fā)送的幀時(shí)，信息緩沖區(qū)會(huì)將總線上的幀 ID 與自己的 ID 段以及掩碼值進(jìn)行匹配，接收幀，此時(shí) TIME STAMP 段的值為接收時(shí)的時(shí)間戳。

在傳輸中會(huì)常使用到的 CODE 值如下表 1 所示。

FlexCAN 功能測(cè)試流程

首先使用 FlexCAN 的回環(huán)模式測(cè)試開(kāi)發(fā)板上的 FlexCAN 是否工作正常?；丨h(huán)測(cè)試成功以后可以進(jìn)行 FlexCAN 正常工作模式的測(cè)試。如果使用的是兩塊開(kāi)發(fā)板或使用 CAN 分析儀進(jìn)行測(cè)試，需要注意總線兩端必須連接 120Ω 終端電阻。在配置 FlexCAN 過(guò)程中，要保證收發(fā)方的波特率都配置成相同值。測(cè)試 FlexCAN 正常工作模式下收發(fā)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要確保至少有一個(gè)接收節(jié)點(diǎn)是正常工作模式，而非只聽(tīng)模式。

3 FlexCAN 配置

配置時(shí)鐘

首先需要使能 FlexCAN 時(shí)鐘，根據(jù)所使用的外設(shè)對(duì) RCC 的 RCC_APB1ENR 寄存器進(jìn)行賦值，將對(duì)應(yīng)外設(shè)位置 1 即可使能時(shí)鐘，詳細(xì)外設(shè)如圖 5 所示。

使能并初始化模塊

使能 FlexCAN 模塊，通過(guò)配置 FLEXCAN_MCR［MDIS］ 為 0，可以使能 FlexCAN 模塊。使能后，F(xiàn)lexCAN 模塊會(huì)自動(dòng)進(jìn)入凍結(jié)模式。在凍結(jié)模式下，設(shè)置 FLEXCAN_MCR_SOFTRST 為 1，軟件重置 FlexCAN 模塊寄存器。然后將所有的信息緩沖區(qū)的獨(dú)立掩碼寄存器和全局掩碼寄存器的掩碼值都設(shè)置為 1，表示接收信息緩沖區(qū)將只接收 ID 號(hào)和緩沖區(qū)提前配置的 ID 號(hào)完全相同的報(bào)文，同時(shí)將每個(gè)信息緩沖區(qū)寄存器也全部清 0。

配置工作模式

如果 FlexCAN 需要進(jìn)入正常工作模式，僅需在使能 FlexCAN、初始化信息緩沖區(qū)后退出凍結(jié)模式即可進(jìn)入，即將 FLEXCAN_MCR［FRZ］ 設(shè)置為 0。因?yàn)橥顺鰞鼋Y(jié)模式需要一定時(shí)間，通過(guò)輪詢 FLEXCAN_MCR［FRZACK］ 是否等于 1 判斷是否退出成功。如果 FlexCAN 需要配置為只讀模式，則需要將 FLEXCAN_CTRL1［LOM］ 置為 1；如果 FlexCAN 需要配置為回環(huán)模式，則需要將 FLEXCAN_CTRL1［LPB］ 設(shè)置為 1。值得注意的是，當(dāng)配置為回環(huán)模式時(shí)，F(xiàn)lexCAN 的 FLEXCAN_MCR［SRXDIS］ 不能被設(shè)置為 1，否則 FlexCAN 將無(wú)法收到回環(huán)報(bào)文。

配置波特率

首先通過(guò)設(shè)置 FLEXCAN_CTRL1［CLKSRC］ 指定 FlexCAN 協(xié)議引擎的時(shí)鐘源，設(shè)置為 0 時(shí)使用振蕩器時(shí)鐘，設(shè)置為 1 時(shí)使用外設(shè)時(shí)鐘?？稍斠?jiàn)圖 6 FlexCAN 模塊協(xié)議引擎時(shí)鐘框圖。

對(duì) FlexCAN 引擎時(shí)鐘頻率進(jìn)行可編程分頻后得到 FlexCAN 串行時(shí)鐘頻率，F(xiàn)lexCAN 串行時(shí)鐘頻率的倒數(shù)被稱為時(shí)間份額Tq，用于衡量 FlexCAN 傳輸過(guò)程中各個(gè)階段所需的時(shí)間長(zhǎng)度，詳見(jiàn)圖 7 1 bit time 下 FlexCAN 傳輸段。

SYNC_SEG 表示使用 1 個(gè)時(shí)間份額用于同步；Time Segment 1 段包括 PROPSEG 段和 PSEG1 段，前者用于補(bǔ)償實(shí)際網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)，后者和 PSEG2 都將用于補(bǔ)償在 FlexCAN 傳輸過(guò)程中潛在的邊緣相位誤差。上述三項(xiàng)可以分別通過(guò) FLEXCAN_CTRL1［PROPSEG］、FLEXCAN_CTRL1［PSEG1］ 和 FLEXCAN_CTRL1［PSEG2］ 進(jìn)行設(shè)置。下圖 8 是 Bosch CAN 2.0B 標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于 PSEG1 和PSEG2 的設(shè)置表。

在上述定義下，假定此時(shí)引擎時(shí)鐘源的時(shí)鐘頻率為 ClockFreqHz，PROPSEG 中指定值為 PropSegLen，PSEG1 和PSEG2 中指定值分別為 PhaSegLen1 和 PhaSegLen2，所需波特率為 BaudRate 時(shí)，我們可以得到預(yù)期的分頻數(shù)值 Div 為：

得到的 Div 值通過(guò)配置 FLEXCAN_CTRL1［PreDiv］ 實(shí)現(xiàn)。這里尤其要注意各項(xiàng)和 ClockFreqHz 之間是否滿足整除關(guān)系。

配置發(fā)送幀

首先需要將發(fā)送幀的內(nèi)容填入等待發(fā)送的 i 號(hào)信息緩沖區(qū)的寄存器 FLEXCAN_MB［i］ 的 CS、ID、WORD0 和WORD1 寄存器。然后將發(fā)送 CODE 值 （12） 填入 FLEXCAN_MB［i］.CS［CODE］ 中，即可發(fā)送。此時(shí)，如果將 FLEXCAN_ IMASK1 中對(duì)應(yīng)中斷位設(shè)置為 1，則發(fā)送成功后將會(huì)喚起中斷。

配置接收幀格式

接收匹配需要設(shè)置對(duì)應(yīng)的 i 號(hào)信息緩沖區(qū) FLEXCAN_MB［i］.CS［CODE］ 值為 4，表示當(dāng)前信息緩沖區(qū)接收為空，可以接收信息并安全存儲(chǔ)，配置 FLEXCAN_MB［i］.ID 為預(yù)期接收的幀 ID 號(hào)。設(shè)置 FLEXCAN_MB［i］.CS［IDE］ 配置接收擴(kuò)展幀或標(biāo)準(zhǔn)幀，接收擴(kuò)展幀則配置為 1，接收標(biāo)準(zhǔn)幀則配置為 0。設(shè)置 FLEXCAN_MB［i］.CS［RTR］ 配置接收遠(yuǎn)程幀或數(shù)據(jù)幀，接收遠(yuǎn)程幀則此位配置為 1，否則配置為 0。

如果需要對(duì)幀進(jìn)行過(guò)濾接收，則需額外考慮配置全局幀過(guò)濾器或局部幀過(guò)濾器。配置 FLEXCAN_MCR［IRMQ］ 為 1 則采用局部幀過(guò)濾，配置為 0 則采用全局幀過(guò)濾。當(dāng)使用局部幀過(guò)濾方法時(shí)，掩碼需要通過(guò) FLEXCAN_RXIMRN［i］ 寄存器配置，全局則通過(guò) FLEXCAN_RXMGMASK、FLEXCAN_RX14MASK 和FLEXCAN_RX15MASK 寄存器進(jìn)行配置。

4 FlexCAN 實(shí)驗(yàn)

在 SDK 中已有支持的 pokt-f0140 開(kāi)發(fā)板上，在 driver example 下的 flexcan_loopback 樣例中，使用 FlexCAN 模塊進(jìn)行回環(huán)測(cè)試，演示 FlexCAN 的初始化設(shè)置、接收和發(fā)送設(shè)置以及中斷處理。

初始化外設(shè)時(shí)鐘

FlexCAN 模塊在 APB1 總線上，因此對(duì) RCC_ APB1ENR 寄存器的 FLEXCAN 對(duì)應(yīng)位設(shè)置為 1。

RCC_EnableAPB1Periphs（RCC_APB1_PERIPH_FLEXCAN， true）;

初始化FlexCAN

使用外設(shè)時(shí)鐘作為 FlexCAN 的時(shí)鐘源，則 FlexCAN 的時(shí)鐘頻率為 pokt-f0140 上 APB1 總線時(shí)鐘頻率，為48MHz。此時(shí)將傳輸階段的時(shí)鐘配置 PhaseSegLen1，PhaseSegLen2，PropSegLen 分別配置為 2， 1， 1；將波特率APP_FLEXCAN_XFER_BAUDRATE 設(shè)置為 1MHz。則根據(jù)先前所述的波特率計(jì)算公式，可以滿足整除關(guān)系。在實(shí)際調(diào)整波特率，需要考慮傳輸段的時(shí)鐘設(shè)置是否滿足整除關(guān)系。

配置接收信息緩沖區(qū)

配置接收 MB 的接收幀類(lèi)型為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀，ID 為 APP_FLEXCAN_XFER_ID。通過(guò)配置接收 MB 的 CODE 區(qū)，將其配置為接收為空的狀態(tài)。

配置發(fā)送信息緩沖區(qū)

將發(fā)送 MB 的寄存器清空。通過(guò)設(shè)置該 MB 的 CODE 區(qū)，將該 MB 設(shè)置為發(fā)送空閑。

配置接收中斷

使能 FlexCAN 的接收中斷，設(shè)置 NVIC。

/* Enable intterupts for rx mb. */FLEXCAN_EnableMbInterrupts（BOARD_FLEXCAN_PORT， BOARD_FLEXCAN_RX_MB_INT， true）;NVIC_EnableIRQ（BOARD_FLEXCAN_IRQn）;

中斷處理函數(shù)

中斷處理函數(shù)檢查接收中斷，設(shè)置接收全局標(biāo)志位為真。

發(fā)送數(shù)據(jù)

設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀的 ID 號(hào)，幀類(lèi)型和幀格式以及優(yōu)先級(jí)；然后填入數(shù)據(jù)；設(shè)置數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。將上述配置寫(xiě)入 MB 相關(guān)寄存器，然后修改 MB 的 CODE 區(qū)進(jìn)行發(fā)送。

讀取數(shù)據(jù)

讀取對(duì)應(yīng)的 MB 寄存器，將幀數(shù)據(jù)段內(nèi)容解析出來(lái)。

main（） 函數(shù)

主函數(shù)會(huì)在鍵入之后，準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)并通過(guò)發(fā)送 MB 發(fā)送；等待中斷處理函數(shù)將全局標(biāo)志位設(shè)置為真后，解析接收MB 收到的幀，并打印。然后再等待下一次鍵入。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

來(lái)源： 靈動(dòng)MM32MCU