使用MM32F0160 FlexCAN-FD接口實現CAN FD通信

1?FlexCAN-FD簡介

MM32F0160 系列 MCU 具有一個 FlexCAN 模塊，該模塊遵循 ISO 11898-1 標準、 CAN FD 和 CAN 2.0B 協議規范，不僅兼容傳統CAN，還支持CAN FD模式。在CAN-FD模式下，可實現最高8 Mbps的FD模式通信速率，支持標準幀（11位標識符）和擴展幀（29位標識符），支持最大64字節有效負載，并且具有非常靈活的用于傳輸和接收的郵箱系統。

使用CAN FD較傳統CAN具有如下優點：

（1）增加了數據長度，在發送長數據時，軟件更加簡單高效，滿足更高的數據吞吐量。

（2）提高了傳輸速率，使得延遲時間更短，具有更好的實時性，滿足更高的帶寬。

（3）擴展了CRC場，為數據內容提供了更好的保護，增加了系統安全性。

本章節初步學習使用MM32F0160 FlexCAN-FD接口實現CAN FD通信，相關例程參考靈動官網的LibSamples或在此基礎上修改。關于CAN FD協議不再進行詳細介紹，感興趣的小伙伴可以查閱相關資料增進了解。

2?CAN FD幀

ISO 11898-1標準指定了符合ISO 11898-1（2003）標準的經典幀格式，并引入了CAN FD（Flexible Data Rate）幀格式。經典幀格式支持高達1Mbps的比特率，以及每幀8字節的有效負載。FD幀格式支持超過1Mbps的比特率，以及每幀超過8字節的有效負載。FlexCAN可以收發CAN FD和經典CAN格式交替的報文。

CAN FD 幀中有三個附加的控制位：

EDL：擴展數據長度位，支持更多的數據負載。

BRS比特率切換位：決定CAN FD幀是否切換比特率。

ESI錯誤狀態指示：錯誤主動節點發送顯性，錯誤被動節點發送隱性。

CAN FD格式不支持遠程幀，遠程幀總是以經典CAN格式傳輸。接收到FD幀并匹配郵箱時，接收報文緩沖區的RTR位將被無效化。

CAN FD報文數據字段可超過8字節，支持12至64字節。CAN FD報文可切換比特率，使CAN幀的控制字段、數據字段和CRC字段比特率高于幀的開始和結束。

CAN FD幀結構（部分）如下圖所示：

CAN FD幀從SOF（幀起始）到BRS的仲裁段，以標稱比特率傳輸；從BRS到CRC界定符的數據段，以數據比特率傳輸；從CRC界定符到Intermission位，傳輸恢復為標稱比特率。如果CAN FD幀中BRS為隱性，則位時序在BRS的采樣點發生變化。BRS位之前，CAN FD仲裁段的標稱位時序由CAN_CBT或CAN_CTRL1寄存器定義；檢測到隱性BRS時，數據位時序由CAN_FDCBT 寄存器定義。

3?協議時序

FlexCAN具有單獨配置CAN FD協議時序的寄存器，CAN FD位時序寄存器（CAN_FDCBT）存儲用于控制位時序參數的字段：FPRESDIV、FPROPSEG、FPSEG1、FPSEG2和FRJW。

CAN FD報文數據段的FDPRESDIV定義了串行時鐘（Sclock）的預分頻，見下列方程。串行時鐘的周期定義了用于構成CAN FD波形的時間單位Tq，Tq為CAN引擎所能處理的最小時間單元。

比特率定義了接收或傳輸 CAN FD報文的速率，公式如下：

位時間可以細分為三個部分：

同步段（SYNC_SEG）：1Tq的固定長度；信號邊沿出現在該段內。

時間段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。

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

當采用CAN FD位作為持續時間的衡量標準時，一個CAN FD位的外設時鐘個數NumClkBit為：

fCANFDCLK為PE時鐘，單位Hz。

fSYS為系統（CHI）時鐘頻率，單位Hz。

4?報文緩沖區

MM32F0160 FlexCAN遵循CAN FD協議規范，該模塊已經設計了對應的CAN FD報文緩沖區結構。經典 CAN 幀使用傳統型 Rx FIFO，CAN FD幀使用增強型Rx FIFO。下圖為FlexCAN所使用的報文緩沖區結構，包括CAN 2.0B的兩種幀格式：擴展幀（29位ID）和標準幀（11位ID）。每個報文緩沖區由16、24、40或72字節組成，其中包括8、16、32或64字節的數據。郵箱使用 0x80 ~ 0x27F 的內存區域。

EDL — 擴展數據長度，EDL位區分CAN幀和CAN FD 幀。

BRS — 比特率切換，定義是否在 CAN FD 幀內切換比特率。

ESI — 錯誤狀態指示，表示發送節點是錯誤主動還是錯誤被動。

CODE — 報文緩沖區代碼，CODE 字段可以被 CPU 和 FlexCAN 讀寫，用作報文緩沖區匹配和仲裁過程的一部分。編碼詳見用戶手冊。

SRR — 替代遠程請求，

1：擴展幀格式傳輸時，必須使用隱性位。

0：擴展幀格式傳輸時，顯性位無效。

只用于擴展幀格式。傳輸時（發送緩沖區）該位必須設置為 1，且將會和從 CAN 總線上接收到的值一起存儲于接收緩沖區。該位可以被接收為隱性或顯性，如果 FlexCAN 以顯性位接收，則認為仲裁丟失。

IDE — ID擴展位，

1：擴展幀；

0：標準幀。

RTR — 遠程傳輸請求

1：如果是發送MB，則表示當前MB可能有一個遠程幀待發送；如果是接收MB，則接收到的遠程幀將會被存儲；

0：表示當前的M 中有一個數據幀待傳輸。在接收MB中，可能會被用于匹配過程。

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

注：配置CAN FD幀時RTR位必須為0。

DLC — 數據字節長度

該4位字段為發送/接收數據的長度（以字節為單位），位于偏移地址為0x8到0xF的MB空間。

接收階段，該字段由FlexCAN寫入，從接收幀的DLC字段復制而得；

傳輸階段，該字段由CPU寫入，且與要傳輸的幀的DLC字段相對應。

當RTR = 1 時，被傳輸的幀為遠程幀，不包含數據字段（DLC 字段的設置無效，參見表格“有效數據字節”）。

TIME STAMP — 自由運行計時器時間戳

該16位字段為自由運行計時器的復制，當標識符字段開頭出現在CAN總線上時進行捕獲。

PRIO — 本地優先級

該 3 位字段只有當MCR.LPRIO_EN被置位時才有效，且只針對傳輸郵箱。用于附加到 ID 來定義傳輸優先級，不會被傳輸。

ID — 幀標識符

標準幀格式，只有高 11 位（28 ~ 18）用于識別接收或發送幀，忽略低 18 位。擴展幀格式，所有位都用于識別傳輸或接收幀。

DATA BYTE0 ~ 63 — 數據字段

數據幀最多可以使用64個字節，取決于為MB選擇的有效負載大小。從總線上接收到的幀以該幀被接收時的格式進行存放。只有n小于DLC時，DATA BYTE（n）才有效。

5?MB 內存映射

FlexCAN內存緩沖區的內存映射如下表所示：

6?FlexCAN-FD API

從靈動官網下載的FLEXCAN固件庫中定義了FD相關的API函數如下：

7?FlexCAN-FD通信

配置FlexCAN為CAN FD模式，通過中斷接收和發送報文。

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復用為FlexCAN的RX、TX引腳；

	配置CAN1Mbps和CANFD2Mbps、MB選擇64字節負載；

	配置NVIC中斷；

	配置MB1、MB3為發送郵箱；

	配置MB0、MB2為接收郵箱；

	MB0僅接收ID為0x111的標準幀；

	MB2僅接收ID為0x222的擴展幀。

	7.2 發送標準幀報文

	
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結構定義的結構體，將要發送的標準幀按照幀結構依次設置結構體的各字段，接著寫入MB1發送郵箱。

	7.3 發送擴展幀報文

	
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，將要發送的擴展幀按照幀結構依次設置結構體的各字段，接著寫入MB3發送郵箱。

	7.4 獲取報文并發送

	
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報文中的數據，并發送該報文。

	7.5 中斷服務子程序

	
voidFlexCAN_IRQHandler(void)
{
uint32_tu32flag=1;

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

	

	MB0、MB2完成接收調用MB接收函數，獲取報文并通過MB1、MB3發送。MB1、MB3完成傳輸，清除對應標志。

	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);
}
}


	

	調用FlexCAN_Configure()，在while中間隔1s中發送標準幀報文，幀ID為0x214，數據為定義好的Buffer[64]。

	在主函數中調用FlexCAN_FD_Interrupt_Sample()。

	8?驗證

	連接CAN調試工具，配置波特率CAN 1Mbps、CAN FD 2Mbps，觀測上位機軟件：

	

	接收區間隔1s接收到一次FD報文，ID為0x214。

	在發送區發送標準幀FD報文，ID為0x111，發送擴展幀FD報文，ID為0x222，各發送5次：

	

	每發送1次報文，接收區接收到1次該ID的報文，和程序預期一致。

	

	審核編輯：湯梓紅