【使用C++开发MCU】05-CAN实例之NXP S32K1 FlexCAN模块

文章目录

概述
FlexCAN模块框图
- 协议引擎Protocol Engine (PE)
- 控制器主机接口Controller Host Interface (CHI)
- 总线接口单元Bus Interface Unit (BIU)
操作模式
MBs结构
Rx FIFO结构
功能描述
- 发送过程
- 仲裁过程
- 接收过程
- MB接收
- RX FIFO接收
- 匹配过程
- Pretended Networking 模式下接收过程
- 搬运处理
- - Move-in
  - Move-out
- 数据一致性
- 中断
- 初始化时序

C++开发MCU 博客专栏

概述

本文总结归纳NXP S32K1系列的FlexCAN模块，概括其特征，讲解其MBs（message buffers）及其他处理、配置过程，以便更高效的开发CAN、CAN FD相关应用。

FlexCAN是NXP实现了ISO 11898-1 standard and CAN 2.0 B 协议的CAN控制器模块IP，不仅存在于S32K1系列MCU上，也存在于S32K3等MCU上，不同型号含有不同数量的FlexCAN实例数，其MailBox数量也不同。S32K1一般含有1-3个FlexCAN，不全支持CAN FD(up to 8 Mb/s)，一般含有16，32或54个消息邮箱。

FlexCAN模块框图

协议引擎Protocol Engine (PE)

PE用于管理CAN总线上的串行通讯：请求RAM访问用于接收、发送消息帧；验证接收的消息；运行错误处理；探测CAN FD帧。

控制器主机接口Controller Host Interface (CHI)

CHI用于管理接收、发送的消息缓存（ message buffer），负责仲裁和ID匹配。

总线接口单元Bus Interface Unit (BIU)

BIU用于控制访问内部总线，建立与CPU和其他模块的联系。包括时钟、寻址、数据总线、中断、DMA的访问都是通过BIU.

操作模式

Normal mode
Freeze mode
配置其他寄存器时常需要进入此模式，此时，没有发送、接收，总线同步丢失。
Loop-Back mode
用于自发自收。RX pin输入被忽略，TX pin隐性。
Listen-Only mode
发送失能，错误计数器冻结，模块处于CAN Error Passive mode。
CAN FD Active mode
FD没有RX FIFO、Rx FIFO DMA和Pretended network support。
Stop mode
模块自生处于 inactive state，时钟可断掉。
Pretended Network mode
CHI 时钟断掉，PE时钟保持，Rx接收处理依旧可以过滤将到来的消息。

MBs结构

寄存器占128Bytes，地址偏移从0x80 to 0x27F 分配给32个128位（4字）的MBs消息邮箱。

上图是含有64个载荷数据时的MS结构。头部固定8Bytes，根据CAN消息的载荷 8, 16, 32, or 64，每个消息邮箱被分配组织为 16, 24, 40, or 72 bytes。

地址偏移从0x80 to 0x27F 分配给32个128位（4字）的MBs消息邮箱–>对于8bytes载荷的CAN帧，正好有32个MBs，载荷增多，MBs个数也就减少了。

载荷	MBs个数
8	32
16	21
32	12
64	7

Rx FIFO结构

当FIFO使能时，从0x80 to 0xDC （MBs 0–5）区域被RX FIFO占用。
0x80-0x8C区块（MB0）区域是需要被CPU读取的FIFO输出，该输出是较老尚未读取的消息， 0x90-0xDC被硬件FIFO内部管理。

额外的从0xE0 and may extend up to 0x2DC (MBs 6–37) 根据CTRL2[RFFN]设定含有过滤表，用于FIFO RX过滤。

出于兼容考量，复位后，默认RFFN = 0，滤波表占用0xE0到0xFC（MBs 6 to 7）。

每个滤波表占用整个32bit字，而这个字可被分成1，2，4块，形成三种滤波格式。

Format A可以过滤完整ID的报文；
Format B可以过滤完整标准帧，对于扩展帧，只能匹配MSB 14bit；
Format C可以只能匹配MSB 8bit；

功能描述

对于Classical CAN，可同时使用MB、RX FIFO接收；
对于CAN FD，只能使用MB接收。

发送过程

CPU做一些准备，选择一个合适的MB：

Write the ID register
Write payload data bytes
Set MB_CS[IDE]，MB_CS[RTR]， MB_CS[EDL] and MB_CS[BRS] MB_CS[ESI]，MB_CS[DLC]；
MB_CS[CODE] to 0xC，Activate the message buffer to transmit the CAN frame.
上述最后一步激活MB发送CAN帧。
当MB激活后，将参与仲裁过程，最终根据优先级发送出去。
在发送成功后，相关的状态被更新，中断产生，在其中要清楚其中断标志。

仲裁过程

仲裁过程扫描MBs，从低编号到高编号，选择一个arbitration winner用于在下次发送。
CTRL1[LBUF] =1，Lowest-number mailbox first
CTRL1[LBUF] =0，Highest-priority mailbox first

MCR[LPRIOEN] =1，Local priority enabled， low PRIO values have higher priority ，PRIO只是内部仲裁的一个值，并不会出现在总线上。

当找到arbitration winner，其被拷贝到一个隐藏的辅助性的Tx Serial Message Buffer (Tx SMB)，【move-out】。在第一个CAN BUS机会窗口，Tx SMB中内容根据CAN协议规范发送出去。

接收过程

MB接收

为了将CAN帧接收到MB。CPU需要做一些准备：

inactivate the mailbox
Write the ID word
Write the EMPTY code (0b0100) to the CODE field to activate the mailbox.

在MB激活后，它能够根据滤波设计接收帧，在接收成功后，MB被【move-in】过程更新。
CPU应查询 IFLAG registers 而不是消息邮箱的CODE域。

RX FIFO接收

一旦Rx FIFO 中断接收到帧，CPU需要做：

Read the Control and Status word (optional).
Read the ID field (optional).
Read the data field.
Read the RXFIR register (optional).
Clear the Frames Available in Rx FIFO interrupt by writing one to IFLAG1[BUF5I]。

当 MCR[DMA]使能，一旦有帧进入FIFO，IFLAG1[BUF5I]产生DMA请求而不是CPU中断。

匹配过程

省略

Pretended Networking 模式下接收过程

在PN Mode下，在低功耗（stop mode）增加了特定的唤醒功能。在PN模式下，CAN FD报文被忽略，在stop mode下FLEXCAN的接收继续处理，可通过特定的报文唤醒。

搬运处理

在S32K1中，有两种搬运过程：move-in and move-out。

Move-in

复制Rx SMB接收到的消息到Rx mailbox或者匹配的FIFO，若到Rx FIFO,消息的属性也复制到 CAN_RXFIR FIFO。每个Rx SMB有各自的move-in处理，但同一时刻只有一个是运行着的。

Move-out

当有消息可供传输时，复制Tx mailbox的内容到Tx SMB。

数据一致性

省。

中断

模块有许多的中断源：

message buffers 导致的中断
ORed导致的中断，从MBs, Bus Off, Bus Off Done, Error, Error Fast, Wake Up，Match, Wake Up Timeout, Tx Warning, and Rx Warning.而来的。

每个message buffers能成为一个中断源，若IMASK中对应位置位，没有区分是TX还是RX中断。若中断产生， IFLAG 中对应位置位，W1C。

若Rx FIFO使能，中断接收（DMA关闭），IFLAG中0到7bit有不同含义：

Bit 7：FIFO Overflow
Bit 6：FIFO Warning
Bit 5：Frames Available
Bits 4-0 are unused

若Rx FIFO使能，DMA接收：
不产生任何FIFO中断，Bit5依旧指示Frames Available in FIFO并产生DMA request，其他位未使用。

当多个MB中断源是OR’d时产生联合中断，当任何一个MB产生中断时，ORD联合中断产生，在这种情况下，CPU需要读取IFLAG去判断时哪个MB或者FIFO导致中断。

以下中断能从ESR1中读取：

Bus Off
Bus Off Done
Error
Error Fast
Tx Warning
Rx Warning
Bus Off, Error, Tx Warning, and Rx Warning interrup使能在CTRL1中。
PN相关的在WU_MTC和CTRL1_PN中。

/* Implementation of CAN0 IRQ handler for OR'ed interrupts (Bus Off,
Transmit Warning, Receive Warning). */
void CAN0_ORed_IRQHandler(void)
{FLEXCAN_BusOff_IRQHandler(0U);
}/* Implementation of CAN0 IRQ handler for interrupts indicating that errors were
detected on the CAN bus. */
void CAN0_Error_IRQHandler(void)
{FLEXCAN_Error_IRQHandler(0U);
}#if FEATURE_CAN_HAS_WAKE_UP_IRQ/* Implementation of CAN0 IRQ handler for interrupts indicating a wake up
event. */
void CAN0_Wake_Up_IRQHandler(void)
{FLEXCAN_WakeUpHandler(0U);
}#endif /* FEATURE_CAN_HAS_WAKE_UP_IRQ *//* Implementation of CAN0 IRQ handler for interrupts indicating a successful
transmission or reception for Message Buffers 0-15. */
void CAN0_ORed_0_15_MB_IRQHandler(void)
{FLEXCAN_IRQHandler(0U);
}/* Implementation of CAN0 IRQ handler for interrupts indicating a successful
transmission or reception for Message Buffers 16-31. */
void CAN0_ORed_16_31_MB_IRQHandler(void)
{FLEXCAN_IRQHandler(0U);
}

初始化时序

对于大多数配置变更初始化，需要模块处于Freeze模式。

初始化MCR
初始化CTRL1，可选CBT，FDCBT
初始化MB
初始化独立的接收屏蔽RXIMRn
设置中断
PN设置可选
Negate MCR[HALT]
经过上述步骤，FlexCAN尝试与CAN bus同步。