STM32H7 FDCAN兼容普通CAN使用基于CubeMX配置

发表于 2023-12-20 16:28

1.说明
STM32大多数型号均使用的是bxCAN这个IP核，该IP核工作非常稳定，以至于从STM32F1系列到STM32F7系列均使用此IP核。下列两张图分别为STM32F1C8Tx系列和STM32F767IITx的CAN配置界面。可以看到配置界面的选项完全相同。

bxCAN的配置例程非常多，应用广泛。FDCAN是2011年博世发布的改进版CAN，FDCAN的性能固然强悍，但是在实际项目中若是多个板之间通信的情况，难免需要让FDCAN兼容CAN通信。本文皆在介绍如何通过CubeMX配置FDCAN使之兼容CAN使用，并讨论和实践FIFO深度参数的实际作用。

发表于 2023-12-20 16:28

2.CubeMX配置FDCAN

首先，设置帧格式为传统模式，模式设置为正常模式；然后，设置“2”处的4个参数，这4个参数与bxCAN中4个决定波特率和采样位置的参数意义相同，具体计算下文介绍；最后设置接收FIFO和发送FIFO，该部分介绍同样在下文展开介绍。

发表于 2023-12-20 16:29

3.四个时间相关参数配置具体计算

此图是CAN的位时序图，其中SyncSeg部分的时间长度即Nominal Sync Jump Width，Bit segment 1即Nominal Time Seg1，Bit segment 2 即Nominal Time Seg2，而这三个参数的单位是时钟个数，故实际的时间长度即为时钟数乘以每个时钟的时间长度。

每个时钟的时间长度由进入CAN外设的时钟和Nominal Prescaler分频器共同决定。

例如本例中，四个参数分别为10，1，15，8，怎么来的呢？首先已知条件是输入CAN外设的时钟是120MHZ，想要的波特率是500KHZ即0.5MHZ。首先分频 120MHZ/10=12MHZ，然后每个周期的时钟数为1+15+8=24，最后算出波特率为12MHZ/12=0.5MHZ=500KHZ。

到这里想必屏幕前的你也有个疑惑，为啥是1，15，8三个值，别的行不？当然可以，不过要注意这三个值之间的关系决定着采样点的位置。由上图显而易见，BS1+SyncSeg大BS2小时，采样点后移，BS1+SyncSeg小BS2大时，采样点前移。采样点不宜太前或太后，一碗水端平即可
.

发表于 2023-12-20 16:30

4.FIFO如何设置

发表于 2023-12-20 16:30

首先从整个CAN宏观来看FIFO在消息RAM中，该消息RAM总共有10KB，此RAM为CAN的专用RAM，和系统SRAM没有关系。此RAM已经划分好了每个区域的用途和大小，如下图。

发表于 2023-12-20 16:30

由此图可见接收FIFO的每个单元的深度均为64，无论帧长为多少，深度都是64，只不过在用作普通CAN时只用了前8个单元。每个FIFO总共有这样的单元64个，接收部分总共有这样的两个FIFO。即FIFO全压满时可以暂存128条信息，这非常利于批量处理信息。发送部分的FIFO与发送同理，只是空间小一些。当然，消息RAM是FDCAN1和FDCAN2公用的，在实际使用中如果两个FDCAN都是用了，分配FIFO时要注意。

在初期学习时发现大多数参考资料和历程均只用了1个FIFO单元，之后仔细看了数据手册才发现这些资源是不用白不用哦。

发表于 2023-12-20 16:31

5.发送、接收及准备工作代码实现
5.1准备工作
基本参数的初始化CubeMX已经自动生成了，我们需要在基本初始化后紧随其后添加准备工作，即接收FIFO设置和过滤器设置，代码如下。这部分直接插入在void MX_FDCAN1_Init(void)函数的用户代码段2即可。

发表于 2023-12-20 16:31

这段代码中的过滤器设置尤为重要，此处使用的是掩码模式，掩码模式和IP地址中的子网掩码原理一样，掩码为1的位必须与指定值相同才可通过，此代码中掩码为全0意味着将接收所有主机发来的信息。

发表于 2023-12-20 16:31

  /* USER CODE BEGIN FDCAN1_Init 2 */
//配置RX滤波器
FDCAN1_RXFilter.IdType=FDCAN_STANDARD_ID;                      //标准ID
FDCAN1_RXFilter.FilterIndex=0;                               //滤波器索引
FDCAN1_RXFilter.FilterType=FDCAN_FILTER_MASK;                //滤波器类型
FDCAN1_RXFilter.FilterConfig=FDCAN_FILTER_TO_RXFIFO0;          //过滤器0关联到FIFO0
FDCAN1_RXFilter.FilterID1=0x0000;                            //32位ID
FDCAN1_RXFilter.FilterID2=0x0000;                            //如果FDCAN配置为传统模式的话，这里是32位掩码
if(HAL_FDCAN_ConfigFilter(&hfdcan1,&FDCAN1_RXFilter)!=HAL_OK) //滤波器初始化
{
Error_Handler();
}
HAL_FDCAN_Start(&hfdcan1);                            //开启FDCAN
HAL_FDCAN_ActivateNotification(&hfdcan1,FDCAN_IT_RX_FIFO0_NEW_MESSAGE,0);
  /* USER CODE END FDCAN1_Init 2 */

发表于 2023-12-20 16:31

5.2发送
发送功能首先设置ID号，该ID号将被CAN总线上的其他主机的过滤器过滤。其次，设置帧类型和帧长度。帧长度设置时尤其要注意，不能直接敲数字上去，要用宏定义，比如8字节长度帧用宏定义FDCAN_DLC_BYTES_8 。

发表于 2023-12-20 16:31

其次该发送函数的套路不同UART\SPI\I2C等，没有区分软件轮询方式、中断方式和DMA方式，而是一个添加信息到FIFO的函数。该函数的功能是，添加当前信息到发送FIFO中，并给FDCAN发送一个发送数据请求。该函数是非阻塞的，不会等着数据发送完毕，所以在批量发送数据时需要注意发送FIFO单元使用数目和每次批量传输数量以及传输时间间隔之间的关系，避免FIFO溢出丢失数据。

发表于 2023-12-20 16:31

uint8_t FDCAN1_Send_Msg(uint8_t* msg,uint32_t len)
{
fdcan1_TxHeader.Identifier=0x12;                         //32位ID
fdcan1_TxHeader.IdType=FDCAN_STANDARD_ID;                //标准ID
fdcan1_TxHeader.TxFrameType=FDCAN_DATA_FRAME;             //数据帧
fdcan1_TxHeader.DataLength=len;                         //数据长度
fdcan1_TxHeader.ErrorStateIndicator=FDCAN_ESI_ACTIVE;
fdcan1_TxHeader.BitRateSwitch=FDCAN_BRS_OFF;             //关闭速率切换
fdcan1_TxHeader.FDFormat=FDCAN_CLASSIC_CAN;             //传统的CAN模式
fdcan1_TxHeader.TxEventFifoControl=FDCAN_NO_TX_EVENTS;    //无发送事件
fdcan1_TxHeader.MessageMarker=0;

if(HAL_FDCAN_AddMessageToTxFifoQ(&hfdcan1,&fdcan1_TxHeader,msg)!=HAL_OK) return 1;//发送
return 0;
}

发表于 2023-12-20 16:31

5.3接收
接收也是同理，不是等着数据来，而是去FIFO里面看一圈，有数据就带回来，没有就不管了，所以此函数的返回值在实际使用时是非常重要的，如果FIFO 空了则会返回0，如果没有空返回会大于0，此时应当继续读取。同时，此函数还需要带回来每条信息对应的主机号（ID号）。

发表于 2023-12-20 16:32

详细代码如下。

uint8_t FDCAN1_Receive_Msg(uint8_t *buf, uint16_t *Identifier)
{
if(HAL_FDCAN_GetRxMessage(&hfdcan1,FDCAN_RX_FIFO0,&fdcan1_RxHeader,buf)!=HAL_OK)return 0;//接收数据
*Identifier = fdcan1_RxHeader.Identifier;
return fdcan1_RxHeader.DataLength>>16;
}

发表于 2023-12-20 16:32

6.调试
CAN总线协议属于链路层协议，在使用时必须有完好可以使用的物理层做支持，但是在调试时，不确定物理层是否正常工作时，可以先调试链路层的设置是否正确。此时需要用到回环模式。STM32H7的FDCAN有内部回环和外部回环两种，常用的是内部回环模式。内部回环模式将完全断开与CAN相连接的IO，并置Tx引脚为1。而外部回环模式可以用于物理层测试，此时需要有另一台可以在正常模式下工作的主机，使用外部回环模式会将数据在内部直接接收的同时从CAN的Tx引脚发送出去，若另一台主机此时正确接收了消息，则证明测试主机的物理层的发送功能完好。

发表于 2023-12-20 16:32

发表于 2023-12-20 16:32

7.实践
上述代码少写入左边的小板子，右边是原子哥的阿波罗开发板（核心板为STM32F429IGT6），使用原子哥的板子发送信息，左边的小板子接收到后返回相同的信息。对比原子哥开发板屏幕上的发送和接收信息即可验证功能。

发表于 2023-12-20 16:32

发表于 2023-12-20 16:32

其次，进一步验证FIFO的作用，这里使用限制轮询和回复消息间隔的方法来验证，验证左边的小板子必须隔500ms才能接受一条消息，并回复一条消息。这样，用原子哥的板子连续发送多条，若在此后每隔500ms，回复一条，且没有遗漏，则说明FIFO起到了作用。

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