【嵌入式】HC32F07X CAN通讯配置和使用&配置不同缓冲器以连续发送

公子无缘2023-11-01 19:21

一 背景说明

使用小华（华大）的MCU HC32F07X实现 CAN 通讯配置和使用

二 原理分析

【1】CAN原理说明（参考文章《CAN通信详解》）：

CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称，是一种能够实现分布式实时控制的串行通信网络。

（i）CAN通信形式：CAN 使用称为 CANH / CANL 的通信线路执行传输和接收。电位差较小的电信号称为隐性信号，其逻辑值为1。电位差较大的电信号称为显性信号，其逻辑值0。如果通信总线上发生显性和隐性冲突，则显性优先。总线空闲时保持隐性。

（ii）CAN数据格式：CAN的数据定义了有5种帧类型：

（ii）CAN数据帧：数据帧一般由 7 个段构成，即：

（1） 帧起始。表示数据帧开始的段。

（2） 仲裁段。表示该帧优先级的段。

（3） 控制段。表示数据的字节数及保留位的段。

（4） 数据段。数据的内容，一帧可发送 0~8 个字节的数据。

（5） CRC 段。检查帧的传输错误的段。

（6） ACK 段。表示确认正常接收的段。

（7） 帧结束。表示数据帧结束的段

图中 D 表示显性电平， R 表示隐形电平。

更多具体内容不再赘述，可以参考上面的文章链接或者自行搜索。

【2】HC32F07X的CAN外设：

芯片CAN外设的主要特性：

■ 完全支持 CAN2.0A/CAN2.0B 协议。

■ 向上兼容 CAN-FD 协议。

■ 支持最高通信波特率 1Mbit/s

■ 支持 1~1/256 的波特率预分频， 灵活配置波特率。

■ 10 个接收缓冲器

  • FIFO 方式

  • 错误或者不被接收的数据不会覆盖存储的消息

■ 1 个高优先主发送缓冲器 PTB

■ 4 个副发送缓冲器 STB

  • FIFO 方式

  • 优先级仲裁方式

■ 8 组独立的筛选器

  • 支持 11 位标准 ID 和 29 位扩展 ID

  • 可编程 ID CODE 位以及 MASK 位

■ PTB/STB 均支持支持单次发送模式

■ 支持静默模式

■ 支持回环模式

■ 支持捕捉传输的错误种类以及定位仲裁失败位置

■ 可编程的错误警告值

■ 支持 ISO11898-4 规定时间触发 CAN 以及接收时间戳

系统框图如下：

更多详细的内容可以参考HC32F07X芯片的DATASHEET。

三 CAN通讯硬件设计

以下推荐了两个CAN收发的硬件电路，可以将外部的 CANH/CANL 差分信号，转换为 CAN_TX/CAN_RX 信号用以内部MCU处理。一个是官方提供的，一个是开发板提供的，都可以正常使用。

注意CAN通信需要5V，用以给收发器供电。

【1】推荐电路1：

参考官方的硬件设计指南《AN_HC32L072_HC32L073_HC32F072系列硬件开发指南_Rev1.1》，里面对于CAN通信收发的硬件电路有如下推荐电路，其中使用了NXP的 TJA1042 作为收发器：

【2】推荐电路2：

使用的周立功开发板中也引出了CAN功能，其中使用了NXP的TJA1051T作为收发器：

四 CAN通讯软件配置

选用引脚 PD00(CAN_RX)、PD01(CAN_TX)、PC12(CAN_STB)实现CAN通信功能，使用时钟频率为48MHz（官方例程使用的是外部8M晶振），CAN通讯波特率为1M，标准帧ID号为1。

【1】系统时钟配置：

cpp 复制代码 
static void App_SysClkInit(void)
{
    stc_sysctrl_clk_cfg_t stcCfg;
    stc_sysctrl_pll_cfg_t stcPLLCfg;

    Sysctrl_SetPeripheralGate(SysctrlPeripheralFlash, TRUE);    ///< 使能FLASH模块的外设时钟
    Flash_WaitCycle(FlashWaitCycle1);
    Sysctrl_SetRCHTrim(SysctrlRchFreq4MHz);             ///< PLL使用RCH作为时钟源，因此需要先设置RCH

    stcPLLCfg.enInFreq    = SysctrlPllInFreq4_6MHz;     ///< RCH 4MHz
    stcPLLCfg.enOutFreq   = SysctrlPllOutFreq36_48MHz;  ///< PLL 输出48MHz
    stcPLLCfg.enPllClkSrc = SysctrlPllRch;              ///< 输入时钟源选择RCH
    stcPLLCfg.enPllMul    = SysctrlPllMul12;            ///< 4MHz x 12 = 48MHz
    Sysctrl_SetPLLFreq(&stcPLLCfg);

    ///< 选择PLL作为HCLK时钟源;
    stcCfg.enClkSrc  = SysctrlClkPLL;
    ///< HCLK SYSCLK/2
    stcCfg.enHClkDiv = SysctrlHclkDiv1;
    ///< PCLK 为HCLK/8
    stcCfg.enPClkDiv = SysctrlPclkDiv1;
    ///< 系统时钟初始化
    Sysctrl_ClkInit(&stcCfg);
}

【2】CAN初始化GPIO：

cpp 复制代码 
//CAN通信引脚定义
#define CAN_RX_PORT     (GpioPortD)
#define CAN_RX_PIN      (GpioPin0)
#define CAN_TX_PORT     (GpioPortD)
#define CAN_TX_PIN      (GpioPin1)
#define CAN_STB_PORT    (GpioPortC)
#define CAN_STB_PIN     (GpioPin12)

#define  APB1_CLK       48000000    //CAN 的输入时钟
#define  CAN_BAUD       1000000     //CAN 的波特率

/**************************************************************************
* 函数名称： COM_Init
* 功能描述： CAN通信初始化GPIO
**************************************************************************/
void COM_Init(void)
{
    stc_gpio_cfg_t stcGpioCfg;

    Sysctrl_SetPeripheralGate(SysctrlPeripheralGpio, TRUE);
    
    stcGpioCfg.enDir = GpioDirIn;       ///< 端口方向配置->输入
    stcGpioCfg.enDrv = GpioDrvL;        ///< 端口驱动能力配置->高驱动能力
    stcGpioCfg.enPu  = GpioPuDisable;   ///< 端口上下拉配置->无
    stcGpioCfg.enPd  = GpioPdDisable;
    stcGpioCfg.enOD  = GpioOdDisable;   ///< 端口开漏输出配置->开漏输出关闭
    stcGpioCfg.enCtrlMode = GpioAHB;    ///< 端口输入/输出值寄存器总线控制模式配置->AHB
    Gpio_Init(CAN_RX_PORT, CAN_RX_PIN, &stcGpioCfg);
    
    stcGpioCfg.enDir = GpioDirOut;
    Gpio_Init(CAN_TX_PORT, CAN_TX_PIN, &stcGpioCfg);
    Gpio_Init(CAN_STB_PORT, CAN_STB_PIN, &stcGpioCfg);
    
    ///<CAN RX\TX复用功能配置
    Gpio_SetAfMode(CAN_RX_PORT, CAN_RX_PIN, GpioAf1);
    Gpio_SetAfMode(CAN_TX_PORT, CAN_TX_PIN, GpioAf1);
    ///<STB 低-PHY有效
    Gpio_ClrIO(CAN_STB_PORT, CAN_STB_PIN);
}

【3】CAN波特率自适应配置接口：

cpp 复制代码 
/**************************************************************************
* 函数名称： COM_BaudCfg
* 功能描述： CAN通信波特率自动配置
* 其他说明： 48MHz主频，1M波特率计算得到：SJW=2, PRESC=1-1, SEG_2=15, SEG_1=30
             若输入500K波特率，PRESC为2-1; 输入250K波特率，PRESC为4-1
**************************************************************************/
void COM_BaudCfg(stc_can_init_config_t *p_stcCanInitCfg, uint32_t src_clk, uint32_t baud)
{
    uint32_t i,value = baud,record = 1;
    uint32_t remain = 0,sum_prescaler = 0;
    while(( baud == 0 )||( src_clk == 0 ));
    sum_prescaler = src_clk / baud;
    for ( i = 73; i > 3; i-- ) {
        remain = sum_prescaler - ((sum_prescaler / i)*i);
        if( remain == 0 ) {
          record = i;
          break;
        } else {
          if (remain < value) {
              value = remain;
              record = i;
          }
        }
    }

    /* 设置重新同步跳跃宽度为2个时间单位 */
    p_stcCanInitCfg->stcCanBt.SJW = 2;
    p_stcCanInitCfg->stcCanBt.PRESC = (sum_prescaler/record) - 1;
    p_stcCanInitCfg->stcCanBt.SEG_2 = (record - 3) / 3;
    p_stcCanInitCfg->stcCanBt.SEG_1 = (record - 3) - p_stcCanInitCfg->stcCanBt.SEG_2;
}

【注】：CAN波特率的计算和配置，也可以使用CAN波特率计算器工具来计算得到（下载地址：CAN波特率计算器下载）：

【4】CAN初始化配置（其中，波特率配置为1M，滤波器配置标准帧ID为1）：

cpp 复制代码 
/**************************************************************************
* 函数名称： COM_Cfg
* 功能描述： CAN通信初始化配置
**************************************************************************/
void COM_Cfg(void)
{
    stc_can_init_config_t   stcCanInitCfg;
    stc_can_filter_t        stcFilter;

    Sysctrl_SetPeripheralGate(SysctrlPeripheralCan, TRUE);
    
    ///<CAN 波特率配置
    COM_BaudCfg(&stcCanInitCfg, APB1_CLK, CAN_BAUD);    //48MHz主频，1M波特率
    
    stcCanInitCfg.stcWarningLimit.CanErrorWarningLimitVal = 16-1;
    stcCanInitCfg.stcWarningLimit.CanWarningLimitVal = 10;
    stcCanInitCfg.enCanRxBufAll  = CanRxNormal;
    stcCanInitCfg.enCanRxBufMode = CanRxBufNotStored;
    stcCanInitCfg.enCanSTBMode   = CanSTBFifoMode;
    CAN_Init(&stcCanInitCfg);

    ///<CAN 滤波器配置
    stcFilter.enAcfFormat = CanAllFrames;
    stcFilter.enFilterSel = CanFilterSel1;
    stcFilter.u32CODE     = 0x00000001;
    stcFilter.u32MASK     = 0x1FFFFFFF;
    CAN_FilterConfig(&stcFilter, TRUE);

    CAN_IrqCmd(CanRxIrqEn, TRUE);
    EnableNvic(CAN_IRQn, IrqLevel0, TRUE);
}

【5】CAN中断服务子程序（用于CAN接收）：

cpp 复制代码 
stc_can_rxframe_t       stcRxFrame;
stc_can_txframe_t       stcTxFrame;
uint8_t                 u8RxFlag = FALSE;

/**************************************************************************
* 函数名称： Can_IRQHandler
* 功能描述： CAN中断服务函数
**************************************************************************/
void Can_IRQHandler(void)
{
    if(TRUE == CAN_IrqFlgGet(CanRxIrqFlg))
    {
        CAN_IrqFlgClr(CanRxIrqFlg);
        CAN_IrqCmd(CanRxIrqEn, FALSE);

        CAN_Receive(&stcRxFrame);

        u8RxFlag = TRUE;
    }
}

【6】CAN发送接口（用于CAN发送）：

cpp 复制代码 
/**************************************************************************
* 函数名称： COM_Tx
* 功能描述： CAN通信发送测试
**************************************************************************/
void COM_Tx(void)
{
    //中断接收，循环发送
    uint8_t u8Idx = 0;
    
    if(TRUE == u8RxFlag)
    {
        u8RxFlag = FALSE;

        if(1 == stcRxFrame.Cst.Control_f.RTR)
        {
            return;
        }

        //<<Can Tx
        stcTxFrame.StdID         = stcRxFrame.StdID;
        stcTxFrame.Control_f.DLC = stcRxFrame.Cst.Control_f.DLC;
        stcTxFrame.Control_f.IDE = stcRxFrame.Cst.Control_f.IDE;
        stcTxFrame.Control_f.RTR = stcRxFrame.Cst.Control_f.RTR;

        for(u8Idx=0; u8Idx<stcRxFrame.Cst.Control_f.DLC; u8Idx++)
        {
            stcTxFrame.Data[u8Idx] = stcRxFrame.Data[u8Idx];
        }

        CAN_SetFrame(&stcTxFrame);
        CAN_TransmitCmd(CanPTBTxCmd);

        CAN_IrqCmd(CanRxIrqEn, TRUE);
    }
}

【7】主函数调用：

cpp 复制代码 
int32_t main(void)
{
    //系统时钟
    App_SysClkInit();

    //通信模块
    COM_Init();
    COM_Cfg();
    
    while(1)
    {
        //通信
        COM_Tx();
        delay1ms(10);
    }
}

五 CAN通讯测试1（中断接收，Echo发送单帧）

进行CAN测试的方法很多，如果没有USB-CAN通信转换工具/CAN协议分析工具，可以增加CAN外部回环或者内部回环的配置，配合Log串口输出或者仿真器Debug进行测试。我这边使用了USB-CAN通信转换工具（CAN-II）/CAN协议分析工具（CANTest）直接进行收发测试：

【1】选择 CANTest 中的对应设备 USBCAN2：

【2】匹配软件中的波特率为1M，确定并启动CAN：

【3】修改帧ID为1，点击发送，可以看到上位机发送数据到测试板，经由测试板返回相同长度及内容的数据：

以上配置及测试成功。

六 CAN通讯测试2（中断接收，发送多帧）

【1】发送多帧背景说明：

实际应用中，往往需要收到一组请求之后，发送多组数据。尝试直接在 COM_Tx 函数中紧跟着第一帧数据发送之后再发一帧，有了如下操作：

实测上述连续发送的方法是错误的，因为时间间隔太短，前一组通过主缓冲器（PTB）发送的数据还没有完成就又收到新的发送命令，导致后发送的命令失败。

【2】同一个缓冲器连续发送多帧，中间加延时的方法：

使用同一个主缓冲器（PTB）发送，中间增加1ms延时等待上一帧发送结束（在我的系统上实测这个延迟的时间要大于500us，其他环境不绝对）:

cpp 复制代码 
/**************************************************************************
* 函数名称： COM_Tx
* 功能描述： CAN通信发送测试
* 其他说明： 
**************************************************************************/
void COM_Tx(void)
{
    uint8_t u8Idx = 0;
    
    if(TRUE == u8RxFlag)
    {
        u8RxFlag = FALSE;

        if(1 == stcRxFrame.Cst.Control_f.RTR)
        {
            return;
        }

        //<<主缓冲器Can Tx第一帧
        stcTxFrame.StdID         = 0;
        stcTxFrame.Control_f.DLC = 8;
        stcTxFrame.Control_f.IDE = 0;
        stcTxFrame.Control_f.RTR = 0;
        stcTxFrame.TBUF32_2[0] = 0;
        stcTxFrame.TBUF32_2[1] = 1;
        CAN_SetFrame(&stcTxFrame);
        CAN_TransmitCmd(CanPTBTxCmd);   //PTB发送命令
        
        delay1ms(1);    //若使用单一缓冲器，连续发送失败，需要中间加延时等待上一帧发送结束(实测大于500us)
        
        stcTxFrame.StdID         = 1;
        stcTxFrame.Control_f.DLC = 8;
        stcTxFrame.Control_f.IDE = 0;
        stcTxFrame.Control_f.RTR = 0;
        stcTxFrame.TBUF32_2[0] = 2;
        stcTxFrame.TBUF32_2[1] = 3;
        CAN_SetFrame(&stcTxFrame);
        CAN_TransmitCmd(CanPTBTxCmd);   //PTB发送命令

        CAN_IrqCmd(CanRxIrqEn, TRUE);
    }
}

测试结果如下：

【3】使用不同缓冲器发送多帧的方法：

除了上述同一个缓冲器加延时以实现连续发送多帧数据之外，还可以依赖MCU CAN外设提供的另外几组缓冲器实现连续发送多帧数据的目的（更可靠）。

由芯片说明书可以看到，主缓冲器（PTB）只能缓冲一帧数据。而另外的副缓冲器（STB）可以缓冲4帧数据。实现代码如下（收到信号之后，一次发送5帧数据，其中第一帧挂载主缓冲器PTB上，其他四帧挂载副缓冲器STB上）：

cpp 复制代码 
/**************************************************************************
* 函数名称： COM_Tx
* 功能描述： CAN通信发送测试
* 其他说明： 
**************************************************************************/
void COM_Tx(void)
{
    uint8_t u8Idx = 0;
    
    if(TRUE == u8RxFlag)
    {
        u8RxFlag = FALSE;

        if(1 == stcRxFrame.Cst.Control_f.RTR)
        {
            return;
        }

        //<<主缓冲器Can Tx第一帧
        stcTxFrame.StdID         = 0;
        stcTxFrame.Control_f.DLC = 8;
        stcTxFrame.Control_f.IDE = 0;
        stcTxFrame.Control_f.RTR = 0;
        stcTxFrame.TBUF32_2[0] = 0;
        stcTxFrame.TBUF32_2[1] = 1;
        CAN_SetFrame(&stcTxFrame);
        CAN_TransmitCmd(CanPTBTxCmd);   //PTB发送命令
        
//        delay1ms(1);    //若使用单一缓冲器，连续发送失败，需要中间加延时等待上一帧发送结束(实测大于500us)
        
        //<<副缓冲器Can Tx第二帧
        stcTxFrame.StdID         = 1;
        stcTxFrame.Control_f.DLC = 8;
        stcTxFrame.Control_f.IDE = 0;
        stcTxFrame.Control_f.RTR = 0;
        stcTxFrame.enBufferSel   = CanSTBSel;
        stcTxFrame.TBUF32_2[0] = 2;
        stcTxFrame.TBUF32_2[1] = 3;
        CAN_SetFrame(&stcTxFrame);
        //<<副缓冲器Can Tx第三帧
        stcTxFrame.StdID         = 2;
        stcTxFrame.Control_f.DLC = 8;
        stcTxFrame.Control_f.IDE = 0;
        stcTxFrame.Control_f.RTR = 0;
        stcTxFrame.enBufferSel   = CanSTBSel;
        stcTxFrame.TBUF32_2[0] = 4;
        stcTxFrame.TBUF32_2[1] = 5;
        CAN_SetFrame(&stcTxFrame);
        //<<副缓冲器Can Tx第四帧
        stcTxFrame.StdID         = 3;
        stcTxFrame.Control_f.DLC = 8;
        stcTxFrame.Control_f.IDE = 0;
        stcTxFrame.Control_f.RTR = 0;
        stcTxFrame.enBufferSel   = CanSTBSel;
        stcTxFrame.TBUF32_2[0] = 6;
        stcTxFrame.TBUF32_2[1] = 7;
        CAN_SetFrame(&stcTxFrame);
        //<<副缓冲器Can Tx第五帧
        stcTxFrame.StdID         = 4;
        stcTxFrame.Control_f.DLC = 8;
        stcTxFrame.Control_f.IDE = 0;
        stcTxFrame.Control_f.RTR = 0;
        stcTxFrame.enBufferSel   = CanSTBSel;
        stcTxFrame.TBUF32_2[0] = 8;
        stcTxFrame.TBUF32_2[1] = 9;
        CAN_SetFrame(&stcTxFrame);
        CAN_TransmitCmd(CanSTBTxAllCmd);    //STB所有帧发送命令

        CAN_IrqCmd(CanRxIrqEn, TRUE);
    }
}

测试结果如下：

综上，CAN通信收发测试完成。

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