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CAN总线显性电平和隐性电平详解
STM32的CAN总线调试经验分享
文章目录
- 相关文章
- 背景
- CAN总线
- CAN控制器
- CAN收发器
- 调试过程
- 硬件排查
- CAN分析仪
- 芯片CAN控制器调试
- 总结
背景
最近负责的一个项目用的主控芯片是STM32F407IGT6，需要和几个电机控制器进行通讯，有很多参数需要进行监控。负责固件开发的同事一直搞不定一个问题。就是开启CAN的接收中断，接收不到数据，问题卡了很久，一直无法闭环。
CAN总线
CAN总线是一种串行通信协议，用于在微控制器和其他设备之间传输数据。CAN总线通常用于汽车、工业自动化和机器人等领域。
CAN总线的硬件通常由以下几个部分组成：
- 控制器区域：包括CAN控制器和CAN收发器；
- 总线电缆：用于连接CAN总线上的所有设备；
- 终端电阻：用于终止总线，以减少反射和信号干扰；
- 外部电源：用于为CAN总线提供电源；
CAN总线的控制器区域通常包括CAN控制器和CAN收发器。
- CAN控制器负责处理CAN总线上的数据传输，包括数据发送和接收、错误检测和纠正等；
- CAN收发器则负责将CAN控制器的信号转换为总线上的电信号，并将总线上的电信号转换为CAN控制器可以理解的信号。
CAN控制器
主板上的芯片STM32F407IGT6中带有两路的CAN控制器，分别为CAN1 和 CAN2，具体如下图所示；
CAN收发器
主板上使用的是芯片SN65HVD230，这是TI公司的一款性能强大且具体低功耗功能的CAN收发器，具体的典型应用电路如下所示；
调试过程
硬件排查
设备的调试过程中，首先要确保硬件链路上是否正常。最常见的方法就是直接用示波器进行检查。
具体如下所示；
- 检查CAN控制器和CAN收发器之间是否正常；
- 检查CAN收发器的差分信号是否正常，这里可能要了解一下CAN总线电平的显性电平和隐性电平的特点，以及CAN底层协议的细节，会比较复杂；
个人比较推荐使用上述步骤检查硬件链路是否存在问题，那如何对数据进行分析呢？当然可以对着示波器的波形一点一点进行分析，但是这样是很低效的，这里我建议使用CAN分析仪进行数据抓包，下面我们继续进行介绍。
CAN分析仪
至于数据传输是否正确，可以使用CAN盒进行数据监听，下面是我使用的一款CAN分析仪，如图；
将CAN分析仪的CAN_H和CAN_L分别并联到CAN收发器的CAN_H和CAN_L上，然后打开CAN分析仪厂家提供的PC软件，就可以对CAN总线的数据进行监听；
- 将CAN分析仪接入到CAN总线；
- 将CAN分析仪连接到电脑（这里是USB接口），需要配置相同的波特率；
- 打开CAN分析仪配套的PC软件，进行数据的收发；
进行到这里，我在项目中遇到的问题是，发送正常，但是STM32F407无法接收到连续的数据，可以接收到一次数据，后面便无法再进入中断。
这时候，只能再芯片端进行Debug了。
芯片CAN控制器调试
这里的代码用的HAL库，库版本相对来说比较老，是V1.7.10版本的，如下图所示；
当时我把项目升级到最新的HAL库，发现CAN部分的驱动改动比较大，另外，下文都是基于V1.7.10版本的HAL库。
CAN控制器的初始化代码如下所示；
void MX_CAN_Init(void)
{
CAN_FilterConfTypeDef sFilterConfig;
/*CAN单元初始化*/
hCAN.Instance = CANx; /* CAN外设 */
hCAN.pTxMsg = &TxMessage;
hCAN.pRxMsg = &RxMessage;
hCAN.Init.Prescaler = 6; /* BTR-BRP 波特率分频器 定义了时间单元的时间长度 42/(1+6+7)/6 = 500Kbps */
hCAN.Init.Mode = CAN_MODE_NORMAL; /* 正常工作模式 */
hCAN.Init.SJW = CAN_SJW_1TQ; /* BTR-SJW 重新同步跳跃宽度 1个时间单元 */
hCAN.Init.BS1 = CAN_BS1_6TQ; /* BTR-TS1 时间段1 占用了6个时间单元 */
hCAN.Init.BS2 = CAN_BS2_7TQ; /* BTR-TS1 时间段2 占用了7个时间单元 */
hCAN.Init.TTCM = DISABLE; /* MCR-TTCM 关闭时间触发通信模式使能 */
hCAN.Init.ABOM = ENABLE; /* MCR-ABOM 自动离线管理 */
hCAN.Init.AWUM = ENABLE; /* MCR-AWUM 使用自动唤醒模式 */
hCAN.Init.NART = DISABLE; /* MCR-NART 禁止报文自动重传 DISABLE-自动重传 */
hCAN.Init.RFLM = DISABLE; /* MCR-RFLM 接收FIFO 锁定模式 DISABLE-溢出时新报文会覆盖原有报文 */
hCAN.Init.TXFP = DISABLE; /* MCR-TXFP 发送FIFO优先级 DISABLE-优先级取决于报文标示符 */
HAL_CAN_Init(&hCAN);
/*CAN过滤器初始化*/
sFilterConfig.FilterNumber = 0; /* 过滤器组0 */
sFilterConfig.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK; /* 工作在标识符屏蔽位模式 */
sFilterConfig.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_32BIT; /* 过滤器位宽为单个32位。*/
/* 使能报文标示符过滤器按照标示符的内容进行比对过滤，扩展ID不是如下的就抛弃掉，是的话，会存入FIFO0。 */
sFilterConfig.FilterIdHigh = 0x0000; //(((uint32_t)0x1314<<3)&0xFFFF0000)>>16; /* 要过滤的ID高位 */
sFilterConfig.FilterIdLow = 0x0000; //(((uint32_t)0x1314<<3)|CAN_ID_EXT|CAN_RTR_DATA)&0xFFFF; /* 要过滤的ID低位 */
sFilterConfig.FilterMaskIdHigh = 0x0000; /* 过滤器高16位每位必须匹配 */
sFilterConfig.FilterMaskIdLow = 0x0000; /* 过滤器低16位每位必须匹配 */
sFilterConfig.FilterFIFOAssignment = 0; /* 过滤器被关联到FIFO 0 */
sFilterConfig.FilterActivation = ENABLE; /* 使能过滤器 */
sFilterConfig.BankNumber = 14;
HAL_CAN_ConfigFilter(&hCAN, &sFilterConfig);
}
根据注释，可以大概看懂，另外再简单分析一下关键的几点；
- 波特率设置为 500Kbps；
- 对报文不进行过滤，可以接收任何扩展ID的数据；
虽然不进行任何过滤，但是还是无法接收到CAN回传的数据，无法进入的接收中断；
从STM32F407的编程手册里了解到，
不难发现，CAN1的FIFO0产生接收中断需要满足三个条件中的任意一个；
FMPIE0置1且FMP0置1；FIFO不为空会产生中断FFIE0置1且FULL置1；FIFO满，会产生中断FOVIE0置1且FOVR0置1；FIFO溢出，会产生中断
手册里是这样描述的，如下图所示；
使用仿真器对芯片进行调试，设置断点，发现FMPIE0被清空了，具体如下图所示；
FMPIE0这一位是FIFO0中有挂起的消息会产生中断的中断使能标志位；
所以到这里，问题有点明朗了，为什么无法进入中断？是中断使能位被清空了。
那么下面就是检查代码，看看是哪里把中断给disable了。
继续调试，发现在ESR寄存器中，TEC的值一直增加，然后EWGF被值1了；具体如下所示；
TEC和REC分别是发送错误计数器和接收错误计数器；
如 CAN 协议所述，错误管理完全由硬件通过发送错误计数器（ CAN_ESR 寄存器中的 TEC
值）和接收错误计数器（ CAN_ESR 寄存器中的 REC 值）来处理，这两个计数器根据错误
状况进行递增或递减。有关 TEC 和 REC 管理的详细信息，请参见 CAN 标准。
两者均可由软件读取，用以确定网络的稳定性。此外， CAN 硬件还将在 CAN_ESR 寄存器中
提供当前错误状态的详细信息。通过 CAN_IER 寄存器（ ERRIE 位等），软件可以非常灵活
地配置在检测到错误时生成的中断。
当TEC大于96的时候，硬件会将EWGF置1（错误警告标志位）；在代码中找到了相应的宏定义；这下问题越来越清晰了。
全文搜索这个宏定义，在HAL_CAN_IRQHandler中找到了__HAL_CAN_DISABLE_IT(CAN_IT_FMP0)，关闭了FIFO0的消息挂起中断，
整体代码如下；
/**
* @brief Handles CAN interrupt request
* @param hcan: pointer to a CAN_HandleTypeDef structure that contains
* the configuration information for the specified CAN.
* @retval None
*/
void HAL_CAN_IRQHandler(CAN_HandleTypeDef* hcan)
{
uint32_t tmp1 = 0U, tmp2 = 0U, tmp3 = 0U;
uint32_t errorcode = HAL_CAN_ERROR_NONE;
/* Check Overrun flag for FIFO0 */
tmp1 = __HAL_CAN_GET_FLAG(hcan, CAN_FLAG_FOV0);
tmp2 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_FOV0);
if(tmp1 && tmp2)
{
/* Set CAN error code to FOV0 error */
errorcode |= HAL_CAN_ERROR_FOV0;
/* Clear FIFO0 Overrun Flag */
__HAL_CAN_CLEAR_FLAG(hcan, CAN_FLAG_FOV0);
}
/* Check Overrun flag for FIFO1 */
tmp1 = __HAL_CAN_GET_FLAG(hcan, CAN_FLAG_FOV1);
tmp2 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_FOV1);
if(tmp1 && tmp2)
{
/* Set CAN error code to FOV1 error */
errorcode |= HAL_CAN_ERROR_FOV1;
/* Clear FIFO1 Overrun Flag */
__HAL_CAN_CLEAR_FLAG(hcan, CAN_FLAG_FOV1);
}
/* Check End of transmission flag */
if(__HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_TME))
{
tmp1 = __HAL_CAN_TRANSMIT_STATUS(hcan, CAN_TXMAILBOX_0);
tmp2 = __HAL_CAN_TRANSMIT_STATUS(hcan, CAN_TXMAILBOX_1);
tmp3 = __HAL_CAN_TRANSMIT_STATUS(hcan, CAN_TXMAILBOX_2);
if(tmp1 || tmp2 || tmp3)
{
tmp1 = __HAL_CAN_GET_FLAG(hcan, CAN_FLAG_TXOK0);
tmp2 = __HAL_CAN_GET_FLAG(hcan, CAN_FLAG_TXOK1);
tmp3 = __HAL_CAN_GET_FLAG(hcan, CAN_FLAG_TXOK2);
/* Check Transmit success */
if(tmp1 || tmp2 || tmp3)
{
/* Call transmit function */
CAN_Transmit_IT(hcan);
}
else /* Transmit failure */
{
/* Set CAN error code to TXFAIL error */
errorcode |= HAL_CAN_ERROR_TXFAIL;
}
/* Clear transmission status flags (RQCPx and TXOKx) */
SET_BIT(hcan->Instance->TSR, CAN_TSR_RQCP0 | CAN_TSR_RQCP1 | CAN_TSR_RQCP2 | \
CAN_FLAG_TXOK0 | CAN_FLAG_TXOK1 | CAN_FLAG_TXOK2);
}
}
tmp1 = __HAL_CAN_MSG_PENDING(hcan, CAN_FIFO0);
tmp2 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_FMP0);
/* Check End of reception flag for FIFO0 */
if((tmp1 != 0U) && tmp2)
{
/* Call receive function */
CAN_Receive_IT(hcan, CAN_FIFO0);
}
tmp1 = __HAL_CAN_MSG_PENDING(hcan, CAN_FIFO1);
tmp2 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_FMP1);
/* Check End of reception flag for FIFO1 */
if((tmp1 != 0U) && tmp2)
{
/* Call receive function */
CAN_Receive_IT(hcan, CAN_FIFO1);
}
/* Set error code in handle */
hcan->ErrorCode |= errorcode;
tmp1 = __HAL_CAN_GET_FLAG(hcan, CAN_FLAG_EWG);
tmp2 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_EWG);
tmp3 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_ERR);
/* Check Error Warning Flag */
if(tmp1 && tmp2 && tmp3)
{
/* Set CAN error code to EWG error */
hcan->ErrorCode |= HAL_CAN_ERROR_EWG;
}
tmp1 = __HAL_CAN_GET_FLAG(hcan, CAN_FLAG_EPV);
tmp2 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_EPV);
tmp3 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_ERR);
/* Check Error Passive Flag */
if(tmp1 && tmp2 && tmp3)
{
/* Set CAN error code to EPV error */
hcan->ErrorCode |= HAL_CAN_ERROR_EPV;
}
tmp1 = __HAL_CAN_GET_FLAG(hcan, CAN_FLAG_BOF);
tmp2 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_BOF);
tmp3 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_ERR);
/* Check Bus-Off Flag */
if(tmp1 && tmp2 && tmp3)
{
/* Set CAN error code to BOF error */
hcan->ErrorCode |= HAL_CAN_ERROR_BOF;
}
tmp1 = HAL_IS_BIT_CLR(hcan->Instance->ESR, CAN_ESR_LEC);
tmp2 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_LEC);
tmp3 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_ERR);
/* Check Last error code Flag */
if((!tmp1) && tmp2 && tmp3)
{
tmp1 = (hcan->Instance->ESR) & CAN_ESR_LEC;
switch(tmp1)
{
case(CAN_ESR_LEC_0):
/* Set CAN error code to STF error */
hcan->ErrorCode |= HAL_CAN_ERROR_STF;
break;
case(CAN_ESR_LEC_1):
/* Set CAN error code to FOR error */
hcan->ErrorCode |= HAL_CAN_ERROR_FOR;
break;
case(CAN_ESR_LEC_1 | CAN_ESR_LEC_0):
/* Set CAN error code to ACK error */
hcan->ErrorCode |= HAL_CAN_ERROR_ACK;
break;
case(CAN_ESR_LEC_2):
/* Set CAN error code to BR error */
hcan->ErrorCode |= HAL_CAN_ERROR_BR;
break;
case(CAN_ESR_LEC_2 | CAN_ESR_LEC_0):
/* Set CAN error code to BD error */
hcan->ErrorCode |= HAL_CAN_ERROR_BD;
break;
case(CAN_ESR_LEC_2 | CAN_ESR_LEC_1):
/* Set CAN error code to CRC error */
hcan->ErrorCode |= HAL_CAN_ERROR_CRC;
break;
default:
break;
}
/* Clear Last error code Flag */
hcan->Instance->ESR &= ~(CAN_ESR_LEC);
}
/* Call the Error call Back in case of Errors */
if(hcan->ErrorCode != HAL_CAN_ERROR_NONE)
{
/* Clear ERRI Flag */
hcan->Instance->MSR = CAN_MSR_ERRI;
/* Set the CAN state ready to be able to start again the process */
hcan->State = HAL_CAN_STATE_READY;
/* Disable interrupts: */
/* - Disable Error warning Interrupt */
/* - Disable Error passive Interrupt */
/* - Disable Bus-off Interrupt */
/* - Disable Last error code Interrupt */
/* - Disable Error Interrupt */
/* - Disable FIFO 0 message pending Interrupt */
/* - Disable FIFO 0 Overrun Interrupt */
/* - Disable FIFO 1 message pending Interrupt */
/* - Disable FIFO 1 Overrun Interrupt */
/* - Disable Transmit mailbox empty Interrupt */
__HAL_CAN_DISABLE_IT(hcan, CAN_IT_EWG |
CAN_IT_EPV |
CAN_IT_BOF |
CAN_IT_LEC |
CAN_IT_ERR |
CAN_IT_FMP0|
CAN_IT_FOV0|
CAN_IT_FMP1|
CAN_IT_FOV1|
CAN_IT_TME);
/* Call Error callback function */
HAL_CAN_ErrorCallback(hcan);
}
}
最后，找到无法进入接收中断的原因，是CAN总线出现发送错误的情况，从而触发了错误警告标志位EWGF，进而将关闭了消息挂起中断。
总结
本文简单介绍了在STM32F407上的CAN总线调试过程，解决了一个数据接收的问题，简单整理了一下调试的过程和思路。不过本人能力有限，难免存在错误和纰漏，请不吝赐教，如果文章帮到了你，点赞支持一下👍👍👍
