SAM4E單片機(jī)之旅——19、CAN間通信

　　CAN協(xié)議具有良好的可靠性，在工業(yè)中應(yīng)用廣泛。這次就先熟悉CAN的基本功能。

　　開(kāi)發(fā)板有兩個(gè)CAN，每個(gè)CAN有8個(gè)信箱。這次內(nèi)容是從CAN0的信箱0發(fā)送數(shù)據(jù)到CAN1的信箱0。

　　除本次使用的功能外，CAN還有遠(yuǎn)程幀、強(qiáng)大的錯(cuò)誤處理功能。

　　一、電路

　　CAN總線(xiàn)上的邏輯數(shù)值是用顯性電平和隱性電平表示的?！帮@性”的意思是指在同時(shí)傳輸顯性電平和隱性電平時(shí)，總線(xiàn)上呈現(xiàn)的是顯性電平。顯性電平表示邏輯“0”，隱性電平表示邏輯“1”。

　　在使用CAN的過(guò)程中，需要使用一個(gè)CAN收發(fā)器進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換與解釋。開(kāi)發(fā)板使用的CAN收發(fā)器為SN65HVD234，其接線(xiàn)如下圖所示：

　　其中CANTXx和CANRXx引腳可以復(fù)用為CAN的外設(shè)。而在使用該收發(fā)器時(shí)，需要將CANRXxEN驅(qū)動(dòng)為高電平以啟用收發(fā)器的接收功能，將CANTXxRS驅(qū)動(dòng)求低電平以啟用發(fā)送功能。

　　在實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，需要將這兩個(gè)口(J13和J14)使用線(xiàn)纜連接起來(lái)。當(dāng)連接完成而未通電時(shí)，可以測(cè)得CANH和CANL是短路狀態(tài)的。

　　二、CAN網(wǎng)絡(luò)參數(shù)及波特率

　　假設(shè)MCK為96 MHz，需要設(shè)置的CAN波特率為1000 Kbps。

　　CAN的波特率的設(shè)置不是那么的直接。CAN定義了一個(gè)名為“原子時(shí)間(TQ)”的最小時(shí)間單位;然后把一個(gè)比特的傳輸過(guò)程分為若干階段(同步段、傳播時(shí)間段、相位緩沖端1、相位緩沖段2)，每個(gè)階段的時(shí)間均是由TQ的數(shù)量表示。

　　SAM4中，時(shí)間TQ用“CAN系統(tǒng)時(shí)鐘(CSC)”表示。波特率相關(guān)的參數(shù)均通過(guò)CAN波特率寄存器(CAN_BR)設(shè)置。

　　TQ(CSC)設(shè)置。組成每個(gè)位時(shí)間的TQ數(shù)量的范圍為8—25。為取整，這里將數(shù)量選擇為16。所以CAN系統(tǒng)時(shí)鐘的頻率為CAN波特率的16倍，即16 MHz。再所以需要將MCK進(jìn)行6分頻。根據(jù)BRP字段的作用方法，需要將BRP字段設(shè)置為5。

　　同時(shí)，可以計(jì)算出每個(gè)TQ的長(zhǎng)度為62.5 ns。

　　同步段固定為1 TQ。

　　傳播時(shí)間端PROP_SEG需要根據(jù)硬件相關(guān)的信息確定，用于吸收網(wǎng)絡(luò)的物理(發(fā)送單元、總線(xiàn)、接收單元)延遲。該段的時(shí)間需要為總物理延遲的2倍。在芯片手冊(cè)的示例中，該延遲為190 ns。所以該段的時(shí)長(zhǎng)需要設(shè)置為380 ns，即約6 TQ。將PROPAG字段設(shè)置為5即可達(dá)到目的。

　　剩下的16-1-6=9 TQ，均用與相位緩沖段。在Atmel的CAN中，需要2 TQ確定總線(xiàn)的電平。因?yàn)椴蓸狱c(diǎn)位于相位緩沖段2的起始，所以它的長(zhǎng)度不能少于2 TQ 。這里使兩個(gè)階段盡量等長(zhǎng)，所以讓相位緩沖段1設(shè)置為4 TQ，段2設(shè)置為5 TQ。將PHASE1和PHASE2分別設(shè)置為3和4即可。

　　再補(bǔ)償寬度。最小可配置為1 TQ，最多可配置為相位緩沖段1和4 TQ間的較小值。這里配置為4 TQ。將SJW段設(shè)置為3即可。

　　具體設(shè)置代碼如下：

　　const uint32_t can_br = CAN_BR_BRP(5)

　　 CAN_BR_PROPAG(5)

　　 CAN_BR_PHASE1(3)

　　 CAN_BR_PHASE2(4)

　　 CAN_BR_SJW(3)

　　 CAN_BR_SMP_ONCE;

　　CAN0->CAN_BR = can_br;

　　CAN1->CAN_BR = can_br;

　　三、CAN初始化

　　GPIO及PMC設(shè)置。注意將PE1和PE3驅(qū)動(dòng)為高電平，PE0和PE2驅(qū)動(dòng)為低電平。

　　網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置。在啟用CAN之前，需要設(shè)置好網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。

　　啟用CAN。CAN使能后，需要和總線(xiàn)進(jìn)行同步。在連續(xù)檢測(cè)到11個(gè)隱性位時(shí)，CAN進(jìn)入喚醒狀態(tài)，且WAKEUP位置位：

　　CAN0->CAN_MR = CAN_MR_CANEN;

　　CAN1->CAN_MR = CAN_MR_CANEN;

　　while( ((CAN0->CAN_SR & CAN_SR_WAKEUP) == 0)

　　 ((CAN1->CAN_SR & CAN_SR_WAKEUP) == 0) );

　　信箱設(shè)置。通過(guò)設(shè)置CAN_MMR的MOT字段即可設(shè)置信箱的類(lèi)型。由于這個(gè)設(shè)置是立即生效的，所以在設(shè)置這個(gè)字段時(shí)，需要先(或同時(shí))完成其他相關(guān)信息的設(shè)置。同時(shí)，在修改設(shè)置時(shí)，應(yīng)該先關(guān)閉信箱。

　　發(fā)送信箱需要先設(shè)置好的只有優(yōu)先級(jí)：

　　#define TX_MB (CAN0->CAN_MB + 0)

　　TX_MB->CAN_MMR = CAN_MMR_PRIOR(0)

　　 CAN_MMR_MOT_MB_TX;

　　接收信箱需要先設(shè)置好ID相關(guān)的信息。簡(jiǎn)單起見(jiàn)，這里只使用標(biāo)準(zhǔn)格式的幀，即只指定MIDvA部分，同時(shí)MIDE位指定為0(默認(rèn))。由于符合接收條件的ID設(shè)置為1個(gè)，即需要比較接收ID所有的位，所以將CAN_MAM的MIDvA字段全部置1。

　　#define RX_MB (CAN1->CAN_MB + 0)

　　#define CAN_COMM_ID 5

　　RX_MB->CAN_MID = CAN_MID_MIDvA(CAN_COMM_ID);

　　RX_MB->CAN_MAM = CAN_MAM_MIDvA(~(uint32_t)0);

　　RX_MB->CAN_MMR = CAN_MMR_MOT_MB_RX;

　　四、數(shù)據(jù)傳輸

　　通過(guò)UART讀取一個(gè)數(shù)字：

　　int num;

　　scanf("%d", &num);

　　通過(guò)信箱發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　假設(shè)int為4字節(jié)，則通過(guò)CAN_MDL即可表示所需信息。發(fā)送時(shí)，在確定信箱可用后，需要指定好信息ID。然后向CAN_MCR寫(xiě)入信息長(zhǎng)度(用byte表示)，同時(shí)寫(xiě)入MTCR位以開(kāi)始發(fā)送操作。最后，在發(fā)送完成后，CAN_MSR的MRDY位重新置位。

　　// 等待信箱可用

　　while(!(TX_MB->CAN_MSR & CAN_MSR_MRDY));

　　TX_MB->CAN_MID = CAN_MID_MIDvA(CAN_COMM_ID); // ID

　　TX_MB->CAN_MDL = num; // 低4字節(jié)數(shù)據(jù)

　　TX_MB->CAN_MCR = CAN_MCR_MDLC(4) // 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

　　| CAN_MCR_MTCR; // 開(kāi)始嘗試發(fā)送

　　printf("-I- Sending message from TX mailbox...rn");

　　// 等待發(fā)送完成

　　while(!(TX_MB->CAN_MSR & CAN_MSR_MRDY));

　　通過(guò)信箱接收數(shù)據(jù)。

　　通過(guò)查詢(xún)CAN_MSR的MRDY位可以確定是否接收到了數(shù)據(jù)，然后在CAN_MSR的MDLC字段可以確定信息長(zhǎng)度。在完成數(shù)據(jù)接收后，需要向CAN_MCR寫(xiě)入MTCR字段以完成本次接收，從而開(kāi)始下一次信息接收工作。

　　// 等待信息接收完成

　　while(!(RX_MB->CAN_MSR & CAN_MSR_MRDY));

　　// 檢查信息長(zhǎng)度

　　const int rec_len =

　　(RX_MB->CAN_MSR & CAN_MSR_MDLC_Msk) >> CAN_MSR_MDLC_Pos;

　　if (rec_len == 4) {

　　// 讀取信息并打印

　　printf("-I- Data read from RX mailbox: %d rn",

　　(int)RX_MB->CAN_MDL);

　　}

　　// 開(kāi)始下一次接收

　　RX_MB->CAN_MCR = CAN_MCR_MTCR;