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STM32之CAN发送管理分析

嵌入式技术 | 发布时间:2017-07-24 | 人气: | #评论# |本文关键字:STM32,CAN
摘要:STM32共有三个CAN发送邮箱,在检测到总线空闲时交发送,但需要注意的是,有可能会发送失败,有可能因为仲裁失败从而导致失败,也有可能是其它错误,原则上bxCAN将自动重发,但bxC

1 CAN发送邮箱

STM32共有三个CAN发送邮箱,在检测到总线空闲时交发送,但需要注意的是,有可能会发送失败,有可能因为仲裁失败从而导致失败,也有可能是其它错误,原则上bxCAN将自动重发,但bxCAN也可以配置不自动重发。正因为如此,发送邮箱中有可能同时存在多个需要发送的报文,一旦出现这种情况,那么发送邮箱中的多个报文又将是谁先发送谁后发送呢?有两种模式:ID模式和FIFO模式。ID模式由报文的ID值决定,即ID值越小,优先级越高,另一种FIFO模式,顾名思义,即为消息队列方式,谁先到谁先发送,此种模式下三个邮箱与接收FIFO类似。

下图是发送邮箱的状态图:

                                                             图1

由上图可知,发送邮箱共有四种状态,空状态,挂号状态,预定发送状态(scheduled),发送状态。

发送报文的流程为:应用程序选择1个空发送邮箱;设置标识符,数据长度和待发送数据;然后对CAN_TIxR寄存器的TXRQ位置’1’,来请求发送。TXRQ位置’1’后,邮箱就不再是空邮箱;而一旦邮箱不再为空,软件对邮箱寄存器就不再有写的权限。TXRQ位置1后,邮箱马上进入挂号状态,并等待成为最高优先级的邮箱,参见发送优先级。一旦邮箱成为最高优先级的邮箱,其状态就变为预定发送状态。一旦CAN总线进入空闲状态,预定发送邮箱中的报文就马上被发送(进入发送状态)。一旦邮箱中的报文被成功发送后,它马上变为空邮箱;硬件相应地对CAN_TSR寄存器的RQCP和TXOK位置1,来表明一次成功发送。
如果发送失败,由于仲裁引起的就对CAN_TSR寄存器的ALST位置’1’,由于发送错误引起的就对TERR位置’1’。

2 发送优先级

          如之前所述,如果三个邮箱中同时存在多个待发送的报文时,此时存在一个问题,即先送哪个邮箱中的报文好呢?此时,存在一个发送优先级的问题。此时,非空发送邮箱进入发送仲裁,发送仲裁有两种策略:ID模式和FIFO模式。

  • ID模式:当有超过1个发送邮箱在挂号时,发送顺序由邮箱中报文的标识符决定。根据CAN协议,标识符数值最低的报文具有最高的优先级。如果标识符的值相等,那么邮箱号小的报文先被发送。此模式通过对CAN主控寄存器CAN_MCR的TXFP位清0来设置。

  • FIFO模式:通过对CAN_MCR寄存器(CAN主控寄存器)的TXFP位置’1’,可以把发送邮箱配置为发送FIFO。在该模式下,发送的优先级由发送请求次序决定。该模式对分段发送很有用。

3 取消发送

发送邮箱中待发送的报文在正常发送成功之前也可以中途取消,通过对CAN_TSR寄存器的ABRQ位置’1’,可以中止发送请求。

  • 当发送邮箱处于挂号或预定状态时:发送请求马上就被中止了。

  • 当发送邮箱处于发送状态时:

         那么中止请求可能导致2种结果:

                    1:如果邮箱中的报文被成功发送,那么邮箱变为空邮箱,并且CAN_TSR寄存器(CAN发送状态寄存器)的TXOK位被硬件置’1’;

                    2:如果邮箱中的报文发送失败了,那么邮箱变为预定状态,然后发送请求被中止,邮箱变为空邮箱且TXOK位被硬件清’0’。

       因此,不管如何,一旦取消发送,那么在发送操作结束后,邮箱都会变为空邮箱。

       固件库中取消发送的接口为:


[cpp] view plain copy

  1. /** 

  2.   * @brief  Cancels a transmit request. 

  3.   * @param  CANx: where x can be 1 or 2 to select the CAN peripheral. 

  4.   * @param  Mailbox: Mailbox number. 

  5.   * @retval None 

  6.   */  

  7. void CAN_CancelTransmit(CAN_TypeDef* CANx, uint8_t Mailbox);  



4 自动重传模式

该模式主要用于满足CAN标准中,时间触发通信选项的需求。通过对CAN_MCR寄存器的NART位置’1’,来让硬件工作在该模式(禁止自动重传)。
在该模式下,发送操作只会执行一次。如果发送操作失败了,不管是由于仲裁丢失或出错,硬件都不会再自动发送该报文。
在一次发送操作结束后,硬件认为发送请求已经完成,从而对CAN_TSR寄存器的RQCP位置’1’,同时发送的结果反映在TXOK、ALST和TERR位上。

5 发送邮箱的组成

说了那么多,那个三个发送邮箱的结构到底是怎么样的呢?与接收FIFO的邮箱类似,发送邮箱也是由四个寄存器组成:发送邮箱标识符寄存器(CAN_TIxR x=0..2),发送邮箱长度和时间戳寄存器(CAN_TDTxR x=0..2),发送邮箱低字节数据寄存器(CAN_TDLxR x=0..2),发送邮箱高字节寄存器(CAN_TDHxR x=0..2)。

5.1 发送邮箱标识符寄存器 (CAN_TIxR) (x=0..2)

地址偏移量: 0x180,0x190,0x1A0
复位值: 0xXXXX XXXX,X=未定义位(除了第0位,复位时TXRQ=0)
注: 1 当其所属的邮箱处于等待发送的状态时,该寄存器是写保护的。

         2 该寄存器实现了发送请求控制功能(第0位)-复位值为0

                                                                                    图2

与接收FIFO的邮箱的发送邮箱标识符寄存器类似,各位定义如下:


位31:21STID[10:0]: 标准标识符
扩展身份标识的高字节。
位20:3EXID[17:0]: 扩展标识符
扩展身份标识的低字节。
位2IDE: 标识符选择
该位决定发送邮箱中报文使用的标识符类型
0: 使用标准标识符;
1: 使用扩展标识符。
位1RTR: 远程发送请求
0: 数据帧;
1: 远程帧。
位0TXRQ: 发送数据请求
由软件对其置1,来请求发送其邮箱的数据。当数据发送完成,邮箱为空时,硬件对其清0。



5.2 发送邮箱数据长度和时间戳寄存器 (CAN_TDTxR) (x=0..2)

地址偏移量:0x184,0x194,0x1A4
复位值:未定义

                                                                                   图3


位31:16TIME[15:0]: 报文时间戳
该域包含了,在发送该报文SOF的时刻,16位定时器的值。
位15:9保留位
位8TGT: 发送时间戳
只有在CAN处于时间触发通信模式,即CAN_MCR寄存器的TTCM位为1时,该位才有效。
0: 不发送时间戳;
1: 发送时间戳TIME[15:0]。在长度为8的报文中,时间戳TIME[15:0]是最后2个发送的字节:TIME[7:0]作为第7个字节,TIME[15:8]为第8个字节,它们替换了写入CAN_TDHxR[31:16]的数据(DATA6[7:0]和DATA7[7:0])。为了把时间戳的2个字节发送出去,DLC必须编程为8。
位7:4保留位。
位3:0DLC[15:0]: 发送数据长度
该域指定了数据报文的数据长度或者远程帧请求的数据长度。1个报文包含0到8个字节数据,而这由DLC决定。


5.3 发送邮箱低字节数据寄存器 (CAN_TDLxR) (x=0..2)

地址偏移量:0x188,0x198,0x1A8
复位值:未定义位

当邮箱为空时,寄存器中的所有位为只读。

                                                                                        图4


位31:24DATA3[7:0] : 字节3
报文的数据字节3。
位23:16DATA2[7:0] : 字节2
报文的数据字节2。
位15:8DATA1[7:0] : 字节1
报文的数据字节1。
位7:0DATA0[7:0] : 字节0
报文的数据字节0。
报文包含0到8个字节数据,且从字节0开始。


5.4 发送邮箱高字节数据寄存器 (CAN_TDHxR) (x=0..2)

地址偏移量:0x18C,0x19C,0x1AC
复位值:未定义位
当邮箱为空时,寄存器中的所有位为只读。

                                                                   图5


位31:24DATA7[7:0] : 字节7
报文的数据字节7
注: 如果CAN_MCR寄存器的TTCM位为1,且该邮箱的TGT位也为1,那么DATA7和DATA6将被TIME时间戳代替。
位23:16DATA6[7:0] : 字节6
报文的数据字节6。
位15:8DATA5[7:0] : 字节5
报文的数据字节5。
位7:0DATA4[7:0] : 字节4
报文的数据字节4。


6 CAN发送状态寄存器 (CAN_TSR)

地址偏移量: 0x08
复位值: 0x1C00 0000

单有发送邮箱还不行,不得有一个寄存器从整体上显示发送各邮箱的状态及控制,而CAN发送状态寄存器(CAN_TSR)即负责此工作的。

                                                                             图6

各定义如下:


位31LOW2: 邮箱2最低优先级标志
当由多个邮箱在等待发送报文,且邮箱2的优先级最低时,硬件对该位置1。
位30LOW1: 邮箱1最低优先级标志
当由多个邮箱在等待发送报文,且邮箱1的优先级最低时,硬件对该位置1。
位29LOW0: 邮箱0最低优先级标志
当由多个邮箱在等待发送报文,且邮箱0的优先级最低时,硬件对该位置1。
位28TME2: 发送邮箱2空
当邮箱2中没有等待发送的报文时,硬件对该位置1。
位27TME1: 发送邮箱1空
当邮箱1中没有等待发送的报文时,硬件对该位置1。
位26TME0: 发送邮箱0空
当邮箱0中没有等待发送的报文时,硬件对该位置1。
位25:24CODE[1:0]: 邮箱号
当有至少1个发送邮箱为空时,邮箱号为下一个空的发送邮箱号。
当所有的发送邮箱都为空时,邮箱号为优先级最低的那个发送邮箱号。
位23ABRQ2: 邮箱2中止发送
软件对该位置1可以中止邮箱2的发送请求,当邮箱2的发送报文被清除时硬件对该位清0。
如果邮箱2中没有等待发送的报文,则对该位置1没有任何效果。
位22:20保留位,硬件强制其值为0
位19TERR2: 邮箱2发送失败
当邮箱2因为出错而导致发送失败时,对该位置1。
位18ALST2: 邮箱2仲裁丢失
当邮箱2因为仲裁丢失而导致发送失败时,对该位置1。
位17TXOK2: 邮箱2发送成功
每次在邮箱2进行发送尝试后,硬件对该位进行更新:
0: 上次发送尝试失败;
1: 上次发送尝试成功。
当邮箱2的发送请求被成功完成后,硬件对该位置1。
位16RQCP2: 邮箱2请求完成
当上次对邮箱2的请求(发送或中止)完成后,硬件对该位置1。
软件对该位写’1’可以对其清0;当硬件接收到发送请求时也对该位清0(CAN_TI2R 寄存器的TXRQ位被置1)。
该位被清0时,邮箱2的其它发送状态位(TXOK2, ALST2和TERR2)也被清0。
位15ABRQ1: 邮箱1中止(发送)
软件对该位置1可以中止邮箱1的发送请求,当邮箱1的发送报文被清除时硬件对该位清0。
如果邮箱1中没有等待发送的报文,则对该位置1没有任何效果。
位14:12保留位,硬件强制其值为0
位11TERR1: 邮箱1发送失败
当邮箱1因为出错而导致发送失败时,对该位置1。
位10ALST1: 邮箱1仲裁丢失
当邮箱1因为仲裁丢失而导致发送失败时,对该位置1。
位9TXOK1: 邮箱1发送成功
每次在邮箱1进行发送尝试后,硬件对该位进行更新:
0: 上次发送尝试失败;
1: 上次发送尝试成功。
当邮箱1的发送请求被成功完成后,硬件对该位置1。
位8RQCP1: 邮箱1请求完成
当上次对邮箱1的请求(发送或中止)完成后,硬件对该位置1。
软件对该位写’1’可以对其清0;当硬件接收到发送请求时也对该位清0(CAN_TI1R 寄存器的TXRQ位被置1)。
该位被清0时,邮箱1的其它发送状态位(TXOK1, ALST1和TERR1)也被清0。
位7ABRQ0: 邮箱0中止(发送)
软件对该位置1可以中止邮箱0的发送请求,当邮箱0的发送报文被清除时硬件对该位清0。
如果邮箱0中没有等待发送的报文,则对该位置1没有任何效果。
位6:4保留位,硬件强制其值为0
位3TERR0: 邮箱0发送失败
当邮箱0因为出错而导致发送失败时,对该位置1。
位2ALST0: 邮箱0仲裁丢失
当邮箱0因为仲裁丢失而导致发送失败时,对该位置1。
位1TXOK0: 邮箱0发送成功
每次在邮箱0进行发送尝试后,硬件对该位进行更新:
0: 上次发送尝试失败;
1: 上次发送尝试成功。
当邮箱0的发送请求被成功完成后,硬件对该位置1。
位0RQCP1: 邮箱0请求完成
当上次对邮箱0的请求(发送或中止)完成后,硬件对该位置1。
软件对该位写’1’可以对其清0;当硬件接收到发送请求时也对该位清0(CAN_TI0R 寄存器的TXRQ位被置1)。
该位被清0时,邮箱0的其它发送状态位(TXOK0, ALST0和TERR0)也被清0。

这里值得注意的是位25~24,即下一个空的发送邮箱号。当所有的发送邮箱都为空时,邮箱号为优先级最低的那个发送邮箱号。通过此两位,STM32就知道下一条发送报文该存储到哪个邮箱了。


7 与CAN发送有关的固件发送接口

发送接口如下:


[cpp] view plain copy

  1. /** 

  2.   * @brief  Initiates and transmits a CAN frame message. 

  3.   * @param  CANx: where x can be 1 or 2 to to select the CAN peripheral. 

  4.   * @param  TxMessage: pointer to a structure which contains CAN Id, CAN DLC and CAN data. 

  5.   * @retval The number of the mailbox that is used for transmission or 

  6.   *         CAN_TxStatus_NoMailBox if there is no empty mailbox. 

  7.   */  

  8. uint8_t CAN_Transmit(CAN_TypeDef* CANx, CanTxMsg* TxMessage);  

获取发送状态接口如下:



[cpp] view plain copy

  1. /** 

  2.   * @brief  Checks the transmission status of a CAN Frame. 

  3.   * @param  CANx: where x can be 1 or 2 to select the CAN peripheral. 

  4.   * @param  TransmitMailbox: the number of the mailbox that is used for transmission. 

  5.   * @retval CAN_TxStatus_Ok if the CAN driver transmits the message,  

  6.   *         CAN_TxStatus_Failed in an other case. 

  7.   */  

  8. uint8_t CAN_TransmitStatus(CAN_TypeDef* CANx, uint8_t TransmitMailbox);  


8 一个示例


[cpp] view plain copy

  1. CanTxMsg TxMessage;  

  2. int i;  

  3.   

  4. if(id_fmt == STD_ID)//如果是标准CAN ID  

  5. {   

  6.     TxMessage.StdId = send_frame->id;  //设置标准CAN ID  

  7.     TxMessage.IDE = CAN_ID_STD;   //设置IDE为标准CAN ID  

  8. }  

  9. else  

  10. {      

  11.     TxMessage.StdId = (send_frame->  

  12.     id >>18) & 0x7FF; //设置扩展CAN ID的标准基本ID部分      

  13.     TxMessage.ExtId = send_frame->id & 0x3FFFF;     //设置扩展CAN ID的扩展ID部分  

  14.     TxMessage.IDE = CAN_ID_EXT;   //设置IDE为扩展CAN ID  

  15. }  

  16.   

  17. TxMessage.RTR = CAN_RTR_DATA; //数据帧  

  18. TxMessage.DLC = 8;  //数据长度  

  19. for(i=0;i<8;i++)<br>  

  20. {  

  21.     TxMessage.Data[i] = send_frame->data_buff[i];  

  22. }  

  23.   

  24. CAN_Transmit(CAN1,&TxMessage);  



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