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[应用相关] CAN ID过滤器分析

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91|15
 楼主 | 2018-10-11 16:45 | 显示全部楼层 |阅读模式
引用自:https://blog.csdn.net/flydream0/article/details/8148791


1 前言


         在CAN协议里,报文的标识符不代表节点的地址,而是跟报文的内容相关的。因此,发送者以广播的形式把报文发送给所有的接收者。节点在接收报文时,根据标识符(CAN ID)的值决定软件是否需要该报文;如果需要,就拷贝到SRAM里;如果不需要,报文就被丢弃且无需软件的干预。
         为满足这一需求,bxCAN为应用程序提供了14个位宽可变的、可配置的过滤器组(13~0),以便只接收那些软件需要的报文。硬件过滤的做法节省了CPU开销,否则就必须由软件过滤从而占用一定的CPU开销。每个过滤器组x由2个32位寄存器,CAN_FxR0和CAN_FxR1组成。


        为了让大家了解STM32的bxCAN的接收过滤机制,首先大家需要了解几个概念。


 楼主 | 2018-10-11 16:46 | 显示全部楼层
2 几个重要的概念

2.1 过滤器组

        STM32总共提供14个过滤器组来处理CAN接收过滤问题,每个过滤器组包含两个32位寄存器CAN_FxR0和CAN_FxR1组成,在设置为屏蔽位模式下,其中一个作为标识符寄存器,另一个作为屏蔽码寄存器。过滤器组中的每个过滤器,编号(叫做过滤器号)从0开始,到某个最大数值(这时最大值并非13,而是取决于14个过滤器组的模式和位宽的设置,当全部配置为位宽为16,且为标识符列表模式时,最大编号为14*4-1=55)。

2.2 过滤器的过滤模式

        STM32提供两种过滤模式供用户设置:屏蔽位模式和标识符列表模式。

2.2.1 屏蔽位模式

为了过滤出一组标识符,应该设置过滤器组工作在屏蔽位模式。
        在屏蔽位模式下,标识符寄存器和屏蔽寄存器一起,指定报文标识符的任何一位,应该按照“必须匹配”或“不用关心”处理。

2.2.2 标识符列表模式

为了过滤出一个标识符,应该设置过滤器组工作在标识符列表模式。
        在标识符列表模式下,屏蔽寄存器也被当作标识符寄存器用。因此,不是采用一个标识符加一个屏蔽位的方式,而是使用2个标识符寄存器。接收报文标识符的每一位都必须跟过滤器标识符相同。

2.3 过滤器的位宽

        每个过滤器组的位宽都可以独立配置,以满足应用程序的不同需求。根据位宽的不同,每个过滤器组可提供:
        ●1个32位过滤器,包括:STDID[10:0]、EXTID[17:0]、IDE和RTR位
        ●2个16位过滤器,包括:STDID[10:0]、IDE、RTR和EXTID[17:15]位


 楼主 | 2018-10-11 16:46 | 显示全部楼层
2.3 过滤器组的过滤模式和位宽设置

        过滤器组可以通过相应的CAN_FMR寄存器(CAN过滤器主控寄存器)配置。但是不是什么时候都可以直接配置,在配置一个过滤器组前,必须通过清除CAN_FAR寄存器(CAN过滤器激活寄存器)的FACT位,把它设置为禁用状态。然后才能设置或设置过滤器组的配置。

通过设置CAN_FS1R(CAN过滤器位宽寄存器)的相应FSCx位,可以配置一个过滤器组的位宽。
通过CAN_FM1R(CAN过滤器模式寄存器)的FBMx位,可以配置对应的屏蔽/标识符寄存器的标识符列表模式或屏蔽位模式。(见后续3.2节)
应用程序不用的过滤器组,应该保持在禁用状态。

关于过滤器配置,可参见下图:



                                                                                                            图1


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 楼主 | 2018-10-11 16:47 | 显示全部楼层
2.4 过滤器匹配序号

                一旦收到的报文被存入FIFO,就可被应用程序访问。通常情况下,报文中的数据被拷贝到SRAM中;为了把数据拷贝到合适的位置,应用程序需要根据报文的标识符来辨别不同的数据。bxCAN提供了过滤器匹配序号,以简化这一辨别过程。

               根据过滤器优先级规则,过滤器匹配序号和报文一起,被存入邮箱中。因此每个收到的报文,都有与它相关联的过滤器匹配序号。

              过滤器匹配序号可以通过下面两种方式来使用:
             ● 把过滤器匹配序号跟一系列所期望的值进行比较
             ● 把过滤器匹配序号当作一个索引来访问目标地址
            对于标识符列表模式下的过滤器(非屏蔽方式的过滤器),软件不需要直接跟标识符进行比较。
            对于屏蔽位模式下的过滤器,软件只须对需要的那些屏蔽位(必须匹配的位)进行比较即可。
在给过滤器编号时,并不考虑过滤器组是否为激活状态。另外,每个FIFO各自对其关联的过滤器进行编号,如下图:



                                                                                     图2


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 楼主 | 2018-10-11 16:47 | 显示全部楼层
2.5 过滤器优先级规则

根据过滤器的不同配置,有可能一个报文标识符能通过多个过滤器的过滤;在这种情况下,存放在接收邮箱中的过滤器匹配序号,根据下列优先级规则来确定:
● 位宽为32位的过滤器,优先级高于位宽为16位的过滤器
● 对于位宽相同的过滤器,标识符列表模式的优先级高于屏蔽位模式
● 位宽和模式都相同的过滤器,优先级由过滤器号决定,过滤器号小的优先级高

如下图:



                                                                                图3

               如上图,在接收一个报文时,其标识符首先与配置在标识符列表模式下的过滤器相比较;如果匹配上,报文就被存放到相关联的FIFO中,并且所匹配的过滤器的序号(这时为4)被存入过滤器匹配序号中。如同例子中所显示,报文标识符跟#4标识符匹配,因此报文内容和FMI4被存入FIFO。

              如果没有匹配,报文标识符接着与配置在屏蔽位模式下的过滤器进行比较。
              如果报文标识符没有跟过滤器中的任何标识符相匹配,那么硬件就丢弃该报文,且不会对软件有任何打扰。


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 楼主 | 2018-10-11 16:48 | 显示全部楼层
3 与过滤器相关的寄存器

3.1 CAN 过滤器主控寄存器 (CAN_FMR)

地址偏移量: 0x200

复位值: 0x2A1C 0E01

注: 该寄存器的非保留位完全由软件控制。



                                                                                                                    图4

位31:1        保留位,强制为复位值。
位0        FINIT : 过滤器初始化模式
针对所有过滤器组的初始化模式设置。
0: 过滤器组工作在正常模式;
1: 过滤器组工作在初始化模式。


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 楼主 | 2018-10-11 16:49 | 显示全部楼层
3.2 CAN 过滤器模式寄存器 (CAN_FM1R)

地址偏移量: 0x204
复位值: 0x0000 0000
注: 只有在设置CAN_FMR(FINIT=1),使过滤器处于初始化模式下,才能对该寄存器写入。



                                                                                                     图5



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 楼主 | 2018-10-11 16:49 | 显示全部楼层
3.3 CAN 过滤器位宽寄存器 (CAN_FS1R)

地址偏移量: 0x20C
复位值: 0x0000 0000
注: 只有在设置CAN_FMR(FINIT=1),使过滤器处于初始化模式下,才能对该寄存器写入。



                                                                                                              图6




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 楼主 | 2018-10-11 16:50 | 显示全部楼层
3.4 CAN 过滤器FIFO关联寄存器 (CAN_FFA1R)

地址偏移量: 0x214
复位值: 0x0000 0000
注: 只有在设置CAN_FMR(FINIT=1),使过滤器处于初始化模式下,才能对该寄存器写入。



                                                                                                         图7




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 楼主 | 2018-10-11 16:50 | 显示全部楼层
3.5 CAN 过滤器激活寄存器 (CAN_FA1R)

地址偏移量: 0x21C
复位值: 0x0000 0000



                                                                                        图7


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 楼主 | 2018-10-11 16:51 | 显示全部楼层
3.6 CAN 过滤器组x寄存器 (CAN_FiRx) (i=0..13,x=1..2)

地址偏移量:0x240h..0x2AC
复位值:未定义位
注: 共有14组过滤器:i=0..13。每组过滤器由2个32位的寄存器,CAN_FiR[2:1]组成。只有在CAN_FaxR寄存器(CAN过滤器激活寄存器)相应的FACTx位清’0’,或CAN_FMR寄存器(CAN过滤器主控寄存器)的FINIT位为’1’时,才能修改相应的过滤器寄存器。



                                                                                 图8




注: 根据过滤器位宽和模式的不同设置,过滤器组中的两个寄存器的功能也不尽相同。。关于过滤器的映射,功能描述和屏蔽寄存器的关联,请参见2节标识符过滤。

屏蔽位模式下的屏蔽/标识符寄存器,跟标识符列表模式下的寄存器位定义相同。



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 楼主 | 2018-10-11 16:51 | 显示全部楼层
4 代码实例

4.1 CAN ID值的结构分析

              在讲到代码实例之前,首先大家都弄懂一件事,当给定一个CAN ID,如0x1800f001,当然这个是扩展ID,这里要问的是,这个CAN ID的值本身包含两部分,即基本ID与扩展ID,即么你知道这个扩展ID0x1800f001的哪些位是基本ID,哪些位又是扩展ID?(在基本CANID格式下不存在这个问题)

                在回答这个问题之前我们来看看ISO11898的定义,如下图:



                                                                                     图9

如上图,基本格式不存在扩展ID,而扩展格式中ID0~ID17为Extension ID,而ID18~ID28为Base ID.

因此CAN ID值0x1800f001用二进制表示为:0b 0001 1000 0000 0000 1111 0000 0000 0001,用括号分别区别为:0b 000[1 1000 0000 00][00 1111 0000 0000 0001],红色部分为扩展ID,蓝色部分为基本ID。那么知道这些有什么用呢?接下来的代码示例中你就会有什么用了。


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 楼主 | 2018-10-11 16:52 | 显示全部楼层
4.2 位宽为32位的屏蔽模式

在此种模式下中过滤多个CAN ID,此时,过滤器包含两个寄存器,屏蔽码寄存器和标识符寄存器。此模式下最多只存在一个屏蔽过滤器。

如下图所示:



                                                                                 图10

如上图,上面的ID为标识符寄存器,中间部分的MASK为屏蔽码寄存器。每个寄存器都是32位的。最下边显示的是与CAN ID各位定位的映射关系。由4.1的知识很快可以发现,上图最下边的映射关系恰好等于扩展CAN值左移3位再补上IDE(扩展帧标识),RTR(远程帧标志)。



因此,我们初步得出这样的推论:对于一个扩展CAN ID,不能单纯地将它看到的一个数,而应该将它看成两部分,基本ID和扩展ID(当然标准CAN ID只包含基本ID部分),过滤器屏蔽码寄存器和标识符寄存器也应该看成多个部分,然后问题就变成了如何将CAN ID所表示的各部分如何针对过滤器寄存器各部分对号入座的问题了。

对号入座的方法多种多样,但万变不离其心,主要是掌握其核心思想即可:1:在各种过滤器模式下,CAN ID与寄存器相应位置一定要匹配;2:在屏蔽方式下,屏蔽码寄存器某位为1表示接收到的CAN ID对应的位必须对验证码寄存器对应的位相同。



下面给出一个代码例子,假设我们要接收多个ID:0x7e9,0x1800f001,前面为标准ID,后面为扩展ID,要同时能接收这两个ID,那么该如何设置这个过滤器呢?

CAN_FilterInitTypeDef  CAN_FilterInitStructure;
U16 std_id =0x7e9;
U32 ext_id =0x1800f001;
U32 mask =0;

CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStructure);     //初始化CAN_FilterInitStructrue结构体变量
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterNumber=0;      //设置过滤器组0,范围为0~13
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMode=CAN_FilterMode_IdMask;    //设置过滤器组0为屏蔽模式
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterScale=CAN_FilterScale_32bit;   //设置过滤器组0位宽为32位

//标识位寄存器的设置
//ext_id<<3对齐,见上图9,再>>16取高16位
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdHigh=((ext_id<<3) >>16) &0xffff;  //设置标识符寄存器高字节。
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdLow=(U16)(ext_id<<3) | CAN_ID_EXT;   //设置标识符寄存器低字节
//这里也可以这样设置
//CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdHigh=std_id<<5;  //设置标识符寄存器高字节.这里为什么是左移5位呢?从上图可以看出,CAN_FilterIdHigh包含的是STD[0~10]和EXID[13~17],标准CAN ID本身是不包含扩展ID数据,因此为了要将标准CAN ID放入此寄存器,标准CAN ID首先应左移5位后才能对齐.
//CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdLow=0|CAN_ID_EXT;   //设置标识符寄存器低字节,这里也可以设置为CAN_ID_STD

//屏蔽寄存器的设置
//这里的思路是先将标准CAN ID和扩展CAN ID对应的ID值先异或后取反,为什么?异或是为了找出两个CAN ID有哪些位是相同的,是相同的位则说明需要关心,需要关心的位对应的屏蔽码位应该设置为1,因此需要取反一下。最后再整体左移3位。
mask =(std_id<<18);//这里为什么左移18位?因为从ISO11898中可以看出,标准CAN ID占ID18~ID28,为了与CAN_FilterIdHigh对齐,应左移2位,接着为了与扩展CAN对应,还应该再左移16位,因此,总共应左移2+16=18位。也可以用另一个方式来理解:直接看Mapping的内容,发现STDID相对EXID[0]偏移了18位,因此左移18位.
mask ^=ext_id;//将对齐后的标准CAN与扩展CAN异或后取反
mask =~mask;
mask <<=3;//再整体左移3位
mask |=0x02; //只接收数据帧,不接收远程帧
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdHigh=(mask>>16)&0xffff; //设置屏蔽寄存器高字节
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdLow=mask&0xffff;   //设置屏蔽寄存器低字节

CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterFIFOAssignment=CAN_FIFO0;  //此过滤器组关联到接收FIFO0
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterActivation=ENABLE; //激活此过滤器组
CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStructure); //设置过滤器


总结可知,当过滤器为屏蔽模式时,标识符寄存器对应的ID内容可为任意一需求接收的ID值,当同时要接收标准帧和扩展帧时,标识符寄存器对应IDE位也随意设置,屏蔽寄存器的IDE位设置为0,表示不关心标准帧还是扩展帧。而屏蔽寄存器对应的ID内容为各需求接收的ID值依次异或的结果再取反。


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 楼主 | 2018-10-11 16:53 | 显示全部楼层
4.3 位宽为32位的标识符列表模式

在此种模式下,过滤器组包含的两个寄存器含义一样,此模式下只多存在两个标识符列表过滤器如下图:



                                                                                                   图11


CAN_FilterInitTypeDef  CAN_FilterInitStructure;
U16 std_id =0x7e9;
U32 ext_id =0x1800f001;
CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStructure); //初始化CAN_FilterInitStructrue结构体变量
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterNumber=0;     //设置过滤器组0,范围为0~13
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMode=CAN_FilterMode_IdList;    //设置过滤器组0为标识符列表模式
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterScale=CAN_FilterScale_32bit;   //设置过滤器组0位宽为32位

//设置屏蔽寄存器,这里当标识符寄存器用
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdHigh=std_id<<5) ;  //为什么左移5位?与上面相同道理,这里不再重复解释
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdLow=0|CAN_ID_STD; //设置标识符寄存器低字节,CAN_FilterIdLow的ID位可以随意设置,在此模式下不会有效。

//设置标识符寄存器
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdHigh=((ext_id<<3)>>16) & 0xffff; //设置屏蔽寄存器高字节
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdLow=((ext_id<<3)& 0xffff) | CAN_ID_EXT;   //设置屏蔽寄存器低字节

CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterFIFOAssignment=CAN_FIFO0;  //此过滤器组关联到接收FIFO0
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterActivation=ENABLE; //激活此过滤器组
CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStructure); //设置过滤器


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 楼主 | 2018-10-11 16:53 | 显示全部楼层
4.4 位宽为16位的屏蔽码模式

在此模式下,最多存在两个屏蔽码过滤器,如下图:



                                                                                                          图12

由上图映射可知,最下面的映射只包含STDID0~ID10,因此,此模式下的两个屏蔽过滤器只能实现对标准ID的过滤。具体代码就不介绍了,参见上图的映射即可。

4.5 位宽为16位的标识符列表模式



                                                                                              图13

在此模式下,由于标识符寄存器的高16位和低16位,屏蔽寄存器的高16位和低16位都用来做标识符寄存器,因此,最多可存在4个标识符过滤器。同样,只能实现对标准帧的过滤。具体代码就不介绍了,参见上图的映射即可。


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| 2018-10-12 11:12 | 显示全部楼层
非常好的资料 顶
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