STM32的CAN外设简介

CAN控制内核

工作模式

位时序及波特率

CAN发送邮箱

CAN接收FIFO

验收筛选器

筛选器设置举例

STM32的CAN外设简介

STM32的芯片中具有bxCAN控制器(Basic Extended CAN),它支持CAN协议2.0A和2.0B标准。

该CAN控制器支持最高的通讯速率为1Mb/s;可以自动地接收和发送CAN报文,支持使用标准ID和扩展ID的报文;外设中具有3个发送邮箱,发送报文的优先级可以使用软件控制,还可以记录发送的时间;具有2个3级深度的接收FIFO,可使用过滤功能只接收或不接收某些ID号的报文;可配置成自动重发;不支持使用DMA进行数据收发。

STM32的有两组CAN控制器,其中CAN1是主设备,框图中的“存储访问控制器”是由CAN1控制的, CAN2无法直接访问存储区域,所以使用CAN2的时候必须使能CAN1外设的时钟。

CAN控制内核

框图中标号①处的CAN控制内核包含了各种控制寄存器及状态寄存器,我们主要讲解其中的主控制寄存器CAN_MCR及位时序寄存器CAN_BTR。

主控制寄存器CAN_MCR负责管理CAN的工作模式,它使用以下寄存器位实现控制。

DBF调试冻结功能

DBF(Debug freeze)调试冻结,使用它可设置CAN处于工作状态或禁止收发的状态,禁止收发时仍可访问接收FIFO中的数据。这两种状态是当STM32芯片处于程序调试模式时才使用的,平时使用并不影响。

TTCM时间触发模式

TTCM(Time triggered communication mode)时间触发模式,它用于配置CAN的时间触发通信模式,在此模式下, CAN使用它内部定时器产生时间截,并把它保存在CAN_RDTxR、CAN_TDTxR寄存器中。内部定时器在每个CAN位时间累加,在接收和发送的帧起始位被采样,并生成时间戮。利用它可以实现ISO 11898-4 CAN标准的分时同步通信功能。

ABOM自动离线管理

ABOM自动离线管理,它用于设置是否使用自动离线管理功能。当节点检测到它发送错误或接收错误超过一定值时,会自动进入离线状态,在离线状态中,CAN不能接收或发送报文。处于离线状态的时候,可以软件控制恢复或者直接使用这个自动离线管理功能,它会在适当的时候自动恢复。

AWUM自动唤醒

AWUM,自动唤醒功能, CAN外设可以使用软件进入低功耗的睡眠模式,如果使能了这个自动唤醒功能,当CAN检测到总线活动的时候,会自动唤醒。

NART自动重传

NART报文自动重传功能,设置这个功能后,当报文发送失败时会自动重传至成功为止。若不使用这个功能,无论发送结果如何,消息只发送一次。

RFLM锁定模式

RFLMFIFO锁定模式,该功能用于锁定接收FIFO。锁定后,当接收FIFO溢出时,会丢弃下一个接收的报文。若不锁定,则下一个接收到的报文会覆盖原报文。

TXFP报文发送优先级的判定方法

TXFP报文发送优先级的判定方法,当CAN外设的发送邮箱中有多个待发送报文时,本功能可以控制它是根据报文的ID优先级还是报文存进邮箱的顺序来发送。

工作模式

为方便调试, STM32的CAN提供了测试模式,配置位时序寄存器CAN_BTR的SILM及LBKM寄存器位可以控制使用正常模式、静默模式、回环模式及静默回环模式

正常模式

正常模式下就是一个正常的CAN节点,可以向总线发送数据和接收数据。

静默模式

静默模式下,它自己的输出端的逻辑0数据会直接传输到它自己的输入端,逻辑1可以被发送到总线,所以它不能向总线发送显性位(逻辑0),只能发送隐性位(逻辑1)。输入端可以从总线接收内容。由于它只可发送的隐性位不会强制影响总线的状态,所以把它称为静默模式。这种模式一般用于监测,它可以用于分析总线上的流量,但又不会因为发送显性位而影响总线。

回环模式

回环模式下,它自己的输出端的所有内容都直接传输到自己的输入端,输出端的内容同时也会被传输到总线上,即也可使用总线监测它的发送内容。输入端只接收自己发送端的内容,不接收来自总线上的内容。使用回环模式可以进行自检。

回环静默模式

回环静默模式是以上两种模式的结合,自己的输出端的所有内容都直接传输到自己的输入端,并且不会向总线发送显性位影响总线,不能通过总线监测它的发送内容。输入端只接收自己发送端的内容,不接收来自总线上的内容。这种方式可以在“热自检”时使用,即自我检查的时候,不会干扰总线。

位时序及波特率

STM32外设定义的位时序与前面解释的CAN标准时序有一点区别:

STM32的CAN外设位时序中只包含3段,分别是同步段SYNC_SEG、位段BS1及位段BS2,采样点位于BS1及BS2段的交界处。其中SYNC_SEG段固定长度为1Tq,而BS1及BS2段可以在位时序寄存器CAN_BTR设置它们的时间长度,它们可以在重新同步期间增长或缩短,该长度SJW也可在位时序寄存器中配置。理解STM32的CAN外设的位时序时,可以把它的BS1段理解为是由CAN标准协议中PTS段与PBS1段合在一起的,而BS2段就相当于PBS2段。

通过配置位时序寄存器CAN_BTR的TS1[3:0]及TS2[2:0]寄存器位设定BS1及BS2段的长度后,就可以确定每个CAN数据位的时间:

BS1段时间:

BS2段时间:

一个bit数据位的时间:

其中单个时间片的长度Tq与CAN外设的所挂载的时钟总线及分频器配置有关,CAN1和CAN2外设都是挂载在APB1总线上的,而位时序寄存器CAN_BTR中的BRP[9:0]寄存器位可以设置CAN外设时钟的分频值,所以:

其中的PCLK指APB1时钟,默认值为36MHz。

最终可以计算出CAN通讯的波特率:

一种把波特率配置为1Mbps的方式:

CAN发送邮箱

CAN外设一共有3个发送邮箱,即最多可以缓存3个待发送的报文。每个发送邮箱中包含有标识符寄存器CAN,TIxR、数据长度控制寄存器CAN_TDTxR及2个数据寄存器CAN_TDLxR、CAN_TDHxR,它们的功能如下:

当要使用CAN外设发送报文时,把报文的各个段分解,按位置写入到这些寄存器中,并对标识符寄存器CAN(TIxR中)的发送请求寄存器位TMIDxR TXRQ置1,即可把数据发送出去。其中标识符寄存器CAN_TIxR中的STDID寄存器位比较特别。CAN的标准标识符的总位数为11位,而扩展标识符的总位数为29位的。当报文使用扩展标识符的时候,标识符寄存器CAN_TIxR中的STDID[10:0]等效于EXTID[18:28]位,它与EXTID[17:0]共同组成完整的29位扩展标识符。

CAN接收FIFO

CAN外设一共有2个接收FIFO,每个FIFO中有3个邮箱,即最多可以缓存6个接收到的报文。当接收到报文时,FIFO的报文计数器会自增,而STM32内部读取FIFO数据之后,报文计数器会自减,通过状态寄存器可获知报文计数器的值,而通过前面主控制寄存器的RFLM位,可设置锁定模式,锁定模式下FIFO溢出时会丢弃新报文,非锁定模式下FIFO溢出时新报文会覆盖旧报文。跟发送邮箱类似,每个接收FIFO中包含有标识符寄存器CAN_RIxR、数据长度控制寄存器CAN_RDTxR及2个数据寄存器CAN_RDLxR、CAN_RDHxR,其功能如下:

验收筛选器

CAN外设的验收筛选器,一共有28个筛选器组,每个筛选器组有2个寄存器, CAN1和CAN2共用的筛选器的。在CAN协议中,消息的标识符与节点地址无关,但与消息内容有关。因此,发送节点将报文广播给所有接收器时,接收节点会根据报文标识符的值来确定软件是否需要该消息,为了简化软件的工作, STM32的CAN外设接收报文前会先使用验收筛选器检查,只接收需要的报文到FIFO中。

筛选器工作的时候,可以调整筛选ID的长度及过滤模式。

根据筛选ID长度来分类有有以下两种:

检查STDID[10:0]、 EXTID[17:0]、 IDE和RTR位,一共31位。

检查STDID[10:0]、 RTR、 IDE 和EXTID[17:15],一共16位。

而根据过滤的方法分为以下两种模式:

标识符列表模式,它把要接收报文的ID列成一个表,要求报文ID与列表中的某一个标识符完全相同才可以接收,可以理解为白名单管理。

掩码模式,它把可接收报文ID的某几位作为列表,这几位被称为掩码,可以把它理解成关键字搜索,只要掩码(关键字)相同,就符合要求,报文就会被保存到接收FIFO。