基于HPM6750 CAN2.0 及 CAN- FD 操作指南

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cathy 发布于:周三, 03/01/2023 - 11:12 ,关键词:

简介

本文主要介绍了HPM6750的控制器局域网CAN(以下简称CAN控制器)的概述以及基于HPM-SDK CAN控制器的开发指导(包括实现CAN2.0、CAN-FD)。

CAN控制器

1. 概述

CAN 是 Controller Area Network 的缩写(以下称为 CAN),是 ISO 国际标准化的串行通信协议。HPM6750 MCU搭载了4路CAN控制器,CAN0/CAN1/CAN2/CAN3,它们具有如下特性:

● 支持 CAN 2.0B 协议,支持多达 8 字节的数据载荷, 数据速率可达 1Mbit/s;

● 支持 CAN FD 协议,支持多达 64 字节的数据载荷, 数据速率可达 2.5Mbit/s;

● 支持 1 ∼ 1/256 的波特率预分频,灵活配置波特率;

● 16 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;

● 8 个副发送缓冲器 STB;

– FIFO 方式;

– 优先级仲裁方式;

● 16 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;

● 支持待机模式;

● 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 以及接收时间戳可配置停止位:1位,1.5位或者2位。

2. 系统框图

1.png

3. 管脚

2.png

CAN控制器功能开发指引

1. API功能描述

CAN开发主要使用以下接口:

//获取CAN默认配置
hpm_stat_t can_get_default_config(can_config_t *config);
//CAN 初始化接口
hpm_stat_t can_init(CAN_Type *base, can_config_t *config, uint32_t src_clk_freq);
//接收过滤器配置
hpm_stat_t can_set_filter(CAN_Type *base, const can_filter_config_t *config);
//CAN 数据发送接口(阻塞模式)
hpm_stat_t can_send_message_blocking(CAN_Type *base, const can_transmit_buf_t *message);
//CAN高优先级数据发送接口(PTB 阻塞模式)
hpm_stat_t can_send_high_priority_message_blocking(CAN_Type *base, const can_transmit_buf_t *message);
//CAN 数据接收接口(阻塞模式)
hpm_stat_t can_receive_message_blocking(CAN_Type *base, can_receive_buf_t *message);
//CAN 数据接收接口(非租塞模式)
hpm_stat_t can_read_received_message(CAN_Type *base, can_receive_buf_t *message);
//设置发送补偿及使能(CAN-FD高速率使用,TDC)
void can_set_transmitter_delay_compensation(CAN_Type *base, uint8_t sample_point, bool enable);

2. API数据结构

2.1 CAN配置

typedef struct{    
  union{        
    struct {           
      //当禁用use_lowlevel_timing_setting时,以下参数有效。            
      uint32_t baudrate;  //CAN 2.0波特率设定            
      uint32_t baudrate_fd; // CAN-FD波特率设定,当enable_canfd使能才有效                       
      uint16_t can20_samplepoint_min; //CAN 2.0最小采样点(0~1000)                       
      uint16_t can20_samplepoint_max; //CAN 2.0最大采样点(0~1000)            
      uint16_t canfd_samplepoint_min; //CAN-FD 最小采样点(0~1000)            
      uint16_t canfd_samplepoint_max; //CAN-FD 最大采样点(0~1000)        
    };        
    struct {
      //当启用use_lowlevel_timing_setting时,以下参数有效。            
      can_bit_timing_param_t can_timing;  //CAN2.0 位时间参数            
      can_bit_timing_param_t canfd_timing; //CAN-FD 位时间参数        
    };    
  };
can_loopback_mode_t loopback_mode;    //CAN回环模式,默认是正常模式
bool use_lowlevel_timing_setting;     //是否启用位时间参数设定     
bool enable_canfd;   //是否启用CAN-FD     
bool enable_self_ack;   //是否启用自ACK帧
bool disable_re_transmission_for_ptb;  //是否禁用高优先级PTB发送重传, false:单发模式 true:重传模式
bool disable_re_transmission_for_stb;  //是否禁用STP发送重传, false:单发模式, true:重传模式
uint16_t filter_list_num;   //接受过滤器list总数
can_filter_config_t *filter_list;  //接受过滤器list指针
} can_config_t;

2.2 CAN过滤配置

/** 
    * @brief CAN acceptance filter modes 
    */
typedef enum _can_filter_mode {    
    can_filter_mode_both_frames,                //标准格式和扩展格式过滤选模式
    can_filter_mode_standard_frames,            //标准格式过滤模式
    can_filter_mode_extended_frames,            //扩展格式过滤模式
} can_filter_mode_t;

/** 
    * @brief CAN acceptance configuration 
*/
typedef struct {
    uint16_t index;                             //过滤器index
    can_filter_mode_t mode;                 //过滤器模式     
    bool enable;                               //过滤器是否使能     
    uint32_t code;                              //ID code     
    uint32_t mask;                              //ID mask
} can_filter_config_t;

2.3 CAN发送

/** 
    * @brief CAN transmit buffer data structure 
*/
typedef union _can_tx_buf {
uint32_t buffer[18];    //发送 buffer,由于是联合体,和下面的共享一块内存区域,buffer大小:4*18=72
struct {        
        struct {            
                uint32_t id: 29;                      //CAN ID            
                uint32_t : 1;            
                uint32_t transmit_timestamp_enable: 1;  //时间戳使能        
         };        
         struct {            
                 uint32_t dlc: 4;                        //数据长度            
                 uint32_t bitrate_switch: 1;             //bitrate开关            
                 uint32_t canfd_frame: 1;                //can-fd标识位            
                 uint32_t remote_frame: 1;               //remote 标识位            
                 uint32_t extend_id: 1;                  //扩展ID            
                 uint32_t : 24;        
          };        
          uint8_t data[];                             //数据指针    
     };
} can_transmit_buf_t;

2.4 CAN接收

/** 
    * @brief CAN receive buffer data structure 
    */
    typedef union _can_rx_buf {    
        uint32_t buffer[20];           //接收buffer,由于是联合体,和下面的数据共享一块内存区域    
        struct {        
            struct {            
                uint32_t id: 29;        //can id            
                uint32_t : 1;            
                uint32_t error_state_indicator: 1;  //错误状态指示        
            };        
            struct {            
                uint32_t dlc: 4;                   //数据长度            
                uint32_t bitrate_switch: 1;        //bitrate开关            
                uint32_t canfd_frame: 1;           //canfd 标识            
                uint32_t remote_frame: 1;          //remote标识            
                uint32_t extend_id: 1;             //扩展ID            
                uint32_t : 4;            
                uint32_t loopback_message: 1;      //回环数据标识            
                uint32_t error_type: 3;            //错误类型            
                uint32_t cycle_time: 16;           //cycle time        
            };        
            uint8_t data[];                        //数据指针    
        };
} can_receive_buf_t;

3. 配置流程

CAN控制器的CAN2.0和CAN-FD配置流程如下图。

3.png

4. 样例

4.1 内部回环样例

需求:

1.CAN-FD协议

2.波特率2.5Mbps

3.内部回环模式

4.数据载荷64字节

5.遍历can-id从0~2047(11位标准ID)

6.每帧数据确保不同

7.阻塞发送、非阻塞接收(非中断模式)

8.对比接收和发送的数据包是否相等,并输出结果

void board_can_loopback_test(void)
{    
    bool result;    
    uint32_t error_cnt = 0;    
    uint32_t can_src_clk_freq;    
    can_config_t can_config;    
    board_init_can(BOARD_APP_CAN_BASE);    
    can_src_clk_freq = board_init_can_clock(BOARD_APP_CAN_BASE);    
    can_config.baudrate = 1000000; /* 1Mbps */    
    can_config.baudrate_fd = 2500000; /*5Mbps*/    
    can_config.loopback_mode = can_loopback_internal; //内部回环    
    can_config.enable_canfd = true;    
    hpm_stat_t status = can_init(BOARD_APP_CAN_BASE, &can_config, can_src_clk_freq);    
    if (status != status_success) {        
        printf("CAN initialization failed, error code: %d\n", status);        
        return;    
    }    
    can_transmit_buf_t tx_buf;    
    can_receive_buf_t rx_buf;    
    memset(&tx_buf, 0, sizeof(tx_buf));    
    memset(&rx_buf, 0, sizeof(rx_buf));    
    tx_buf.dlc = can_payload_size_64;    
    tx_buf.canfd_frame = 1;    
    tx_buf.bitrate_switch = 1;    
    for (uint32_t i = 0; i < 2048; i++) {        
        tx_buf.id = i;        
        for (uint32_t j = 0; j < 64u; j++) {            
            tx_buf.data[j] = (uint8_t)i + j + 1;        
        }        
        can_send_message_blocking(BOARD_APP_CAN_BASE, &tx_buf);        
        can_read_received_message(BOARD_APP_CAN_BASE, &rx_buf);        
        result = can_buf_compare(&tx_buf, &rx_buf);        
        if (!result) {            
            error_cnt++;            
            can_set_transmitter_delay_compensation(BOARD_APP_CAN_BASE, 64, true);            
            hpm_stat_t status = can_init(BOARD_APP_CAN_BASE, &can_config, can_src_clk_freq);            
            if (status != status_success) {                
                printf("CAN initialization failed, error code: %d\n", status);                
                return;            
            }            
            printf("ID=%08x, result:%s\n", rx_buf.id, result ? "passed": "failed");        
        }    
    }    
    printf("    CAN loopback test for extend frame %s, error_cnt:%d\n", error_cnt == 0 ? "passed" : "failed", error_cnt);
}

4.2 两路闭环收发样例

需求:

1.CAN2.0协议

2.波特率1000000,1Mbps

3.CAN0发送,CAN1接收

4.数据载荷8字节

5.CAN0阻塞发送,CAN1阻塞接收

6.对比CAN0发送包和CAN1接收包是否相同,并输出结果

7.压测100次,输出最终结果

void can0_can1_rxrx_loop_test(void)
{    
    pm_stat_t status;    
    can_config_t can_config;    
    bool use_canfd = false;    
    can_get_default_config(&can_config);    
    can_config.baudrate = 1000000; /* 1Mbps */    
    can_config.baudrate_fd = 5000000; /* 2Mbps */    
    can_config.enable_canfd = use_canfd;    
    board_init_can(HPM_CAN0);    
    board_init_can(HPM_CAN1);    
    uint32_t can_src_clk_freq0 = board_init_can_clock(HPM_CAN0);    
    uint32_t can_src_clk_freq1 = board_init_can_clock(HPM_CAN1);    
    hpm_stat_t status0 = can_init(HPM_CAN0, &can_config, can_src_clk_freq0);    
    if (status0 != status_success) {        
        printf("CAN initialization failed, error code: %d\n", status0);        
        return;    
    }    
    hpm_stat_t status1 = can_init(HPM_CAN1, &can_config, can_src_clk_freq1);    
    if (status1 != status_success) {        
        printf("CAN initialization failed, error code: %d\n", status1);        
        return;    
    }    
    printf("CMD_STA_CMD_CTRL(0xA0)= %08x\n", HPM_CAN0->CMD_STA_CMD_CTRL);    
    printf("F_PRESC               = %08x\n", HPM_CAN0->F_PRESC);    
    printf("S_PRESC               = %08x\n", HPM_CAN0->S_PRESC);    
    printf("TDC                   = %08x\n", HPM_CAN0->TDC);    
    uint32_t error_cnt = 0;    bool result = false;    can_transmit_buf_t tx_buf;    
    can_receive_buf_t rx_buf; memset(&tx_buf, 0, sizeof(tx_buf));    
    memset(&rx_buf, 0, sizeof(rx_buf));    
    tx_buf.id = 0x101;    uint32_t id_max;    
    if (!use_canfd) {        
        tx_buf.dlc = can_payload_size_8;        
        id_max = 8;    
    } else {        
        tx_buf.dlc = can_payload_size_8;        
        id_max = 64;        
        tx_buf.canfd_frame = 1;        
        tx_buf.bitrate_switch = 1;    
    }    
    for(int index = 0; index < 100; index++)    
    {            
        for (uint32_t i = 0; i < id_max; i++){            
            tx_buf.data[i] = (uint8_t)(index+i);        
        }        
        can_send_high_priority_message_blocking(HPM_CAN0, &tx_buf);        
        can_receive_message_blocking(HPM_CAN1, &rx_buf);        
        result = can_buf_compare(&tx_buf, &rx_buf);        
        if (!result) {            
            error_cnt++;            
            printf("    CAN0->CAN1 for standard frame %s\n", result ? "passed" : "failed");        
        }        
        can_receive_message_blocking(HPM_CAN0, &rx_buf);        
        result = can_buf_compare(&tx_buf, &rx_buf);        
        if (!result) {            
            error_cnt++;            
            printf("    CAN1->CAN0 for standard frame %s\n", result ? "passed" : "failed");        
        }    
    }    
    printf("    CAN can0 can1 rxrx loop test for result: %s, error_cnt:%d\n", error_cnt == 0 ? "passed" : "failed", error_cnt);
}

4.3 四路收发样例

需求:

1.CAN-FD协议

2.波特率2.5Mbps

3.数据载荷64字节

4.启用中断接收

5.CAN0/CAN1/CAN2/CAN3顺序发送数据

6.确保CAN0/CAN1/CAN2/CAN3 can-id不同

7.确保每次发送的数据包内容不同

8.分别对比每次一路CAN发送数据包和其它三路CAN接收的数据包是否相同,并输出结果

9.压测100次,并输出结果

static can_info_t s_can_info[] = {        
    { .can_base = HPM_CAN0 },        
    { .can_base = HPM_CAN1 },
#if defined(HPM_CAN2)        
    { .can_base = HPM_CAN2 },
#endif
#if defined (HPM_CAN3)        
    { .can_base = HPM_CAN3 },
#endif
};
volatile static bool has_new_rcv_msg_array[4];
volatile static can_receive_buf_t s_can_rx_buf_array[4];
SDK_DECLARE_EXT_ISR_M(IRQn_CAN0, board_can_isr0);
SDK_DECLARE_EXT_ISR_M(IRQn_CAN1, board_can_isr1);
SDK_DECLARE_EXT_ISR_M(IRQn_CAN2, board_can_isr2);
SDK_DECLARE_EXT_ISR_M(IRQn_CAN3, board_can_isr3);
void board_can_isr0(void)
{    
    uint8_t flags = can_get_tx_rx_flags(HPM_CAN0);    
    if ((flags & CAN_EVENT_RECEIVE) != 0) {        
        can_read_received_message(HPM_CAN0, (can_receive_buf_t *)&s_can_rx_buf_array[0]);        
        has_new_rcv_msg_array[0] = true;    
    }    
    can_clear_tx_rx_flags(HPM_CAN0, flags);
}
void board_can_isr1(void){    
    uint8_t flags = can_get_tx_rx_flags(HPM_CAN1);    
    if ((flags & CAN_EVENT_RECEIVE) != 0) {        
        can_read_received_message(HPM_CAN1, (can_receive_buf_t *)&s_can_rx_buf_array[1]);        
        has_new_rcv_msg_array[1] = true;    
    }    
    can_clear_tx_rx_flags(HPM_CAN1, flags);
}
void board_can_isr2(void)
{    
    uint8_t flags = can_get_tx_rx_flags(HPM_CAN2);    
    if ((flags & CAN_EVENT_RECEIVE) != 0) {        
        can_read_received_message(HPM_CAN2, (can_receive_buf_t *)&s_can_rx_buf_array[2]);        
        has_new_rcv_msg_array[2] = true;    
    }    
    can_clear_tx_rx_flags(HPM_CAN2, flags);
}
void board_can_isr3(void)
{    
    uint8_t flags = can_get_tx_rx_flags(HPM_CAN3);    
    if ((flags & CAN_EVENT_RECEIVE) != 0) {        
        can_read_received_message(HPM_CAN3, (can_receive_buf_t *)&s_can_rx_buf_array[3]);        
        has_new_rcv_msg_array[3] = true;    
    }    
    can_clear_tx_rx_flags(HPM_CAN3, flags);
}
void board_can0_1_2_3_txrx_loop_test(void){    
    hpm_stat_t status;    
    can_config_t can_config;    
    bool use_canfd = true;    
    can_get_default_config(&can_config);    
    can_config.baudrate = 1000000; /* 1Mbps */    
    can_config.baudrate_fd = 2500000; /* 5Mbps */    
    can_config.enable_canfd = use_canfd;    
    /* Initialize CAN */    
    for (uint32_t i=0; i < ARRAY_SIZE(s_can_info); i++) {        
        can_info_t  *info = &s_can_info[i];        
        board_init_can(info->can_base);        
        info->clock_freq = board_init_can_clock(info->can_base);        
        status = can_init(info->can_base, &can_config,  info->clock_freq);        
        if (status != status_success) {            
            printf("CAN %d initialization failed, error code: %d\n", i, status);            
            return;        
        }        
        printf("CMD_STA_CMD_CTRL(0xA0)= %08x\n", info->can_base->CMD_STA_CMD_CTRL);        
        printf("F_PRESC               = %08x\n", info->can_base->F_PRESC);        
        printf("S_PRESC               = %08x\n", info->can_base->S_PRESC);        
        printf("TDC                   = %08x\n", info->can_base->TDC);        
        can_enable_tx_rx_irq(info->can_base, CAN_EVENT_RECEIVE);    
    }    
    intc_m_enable_irq_with_priority(IRQn_CAN0, 1);    
    intc_m_enable_irq_with_priority(IRQn_CAN1, 1);    
    intc_m_enable_irq_with_priority(IRQn_CAN2, 1);    
    intc_m_enable_irq_with_priority(IRQn_CAN3, 1);

  
  uint32_t error_cnt = 0;    
  bool result = false;    
  can_transmit_buf_t tx_buf[4];    
  uint32_t data_max;    
  memset(tx_buf, 0, sizeof(tx_buf));    
  for(int i = 0; i < 4; i ++)    
  {        
      tx_buf[i].id = i+1;        
      if (!use_canfd) {            
          tx_buf[i].dlc = can_payload_size_8;            
          data_max = 8;        
      } else {            
          tx_buf[i].canfd_frame = 1;            
          tx_buf[i].bitrate_switch = 1;            
          tx_buf[i].dlc = can_payload_size_64;            
          data_max = 64;        
      }    
  }    
      for(int index = 0; index < 100; index++)    
      {        
          for(uint32_t can_i = 0; can_i < 4; can_i++)        
          {            
              for (uint32_t i = 0; i < data_max; i++) {                
                  tx_buf[can_i].data[i] = (uint8_t)(index+can_i+i);            
              }        
          }        
          for(uint32_t can_i = 0; can_i < 4; can_i++)        
          {            
              can_send_high_priority_message_blocking(s_can_info[can_i].can_base, &tx_buf[can_i]);            
              for(int j= 1; j < 4; j++)            
              {                
                  printf("recv canid:%d\n", (can_i+j)%4);                
                  while(!has_new_rcv_msg_array[(can_i+j)%4])                
                  {                
                  }                
                  has_new_rcv_msg_array[(can_i+j)%4] = false;                
                  result = can_buf_compare(&tx_buf[can_i], &s_can_rx_buf_array[(can_i+j)%4]);                
                  if (!result) {                    
                      error_cnt++;                
                  }                
                  printf("  CAN%d->CAN%d for standard frame %s\n", can_i, (can_i+j)%4, result ? "passed" : "failed");            
              }        
          }    
      }    
      printf("    CAN can0 can1 rxrx loop test for result: %s, error_cnt:%d\n", error_cnt == 0 ? "passed" : "failed", error_cnt);
}

划重点

使用HPM6750的CAN控制器,可以轻松实现4路CAN2.0/CAN-FD同时收发数据,易于实现CAN网络隔离以及网络中继的复杂需求,实现了工业网关的功能。

来源:先楫芯上人

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