CAN 配置

时钟源配置

CAN 的时钟源依赖 XTAL（40MHz），用户可调用 CAN_CoreClockSet() 来设置 XTAL 作为时钟源。

波特率与位时序参数配置

前面已经提到 CAN 总线的一个位（Bit）由四个时间段组成。为简化配置，CAN 控制器将传播段 (Prop_Seg)、相位缓冲段 1 (Phase_Seg1)合并为 TSEG1 ，将相位缓冲段 2 (Phase_Seg2)称为 TSEG2 。

备注

TSEG1 的设定是传播段 (Prop_Seg)、相位缓冲段 1 (Phase_Seg1)之和。

以 时钟源为 40MHz，要求 CAN 的通信速率为 1Mbaud/s ，采样点在 80%为例 ，各个段参数值计算如下：

1. 采样点公式

采样点计算公式如下：

Sample Point (%) = (Sync_Seg + TSEG1) / (Sync_Seg + TSEG1 + TSEG2) × 100%

满足 80% 比例关系（4/5）的值有 8/10、12/15、16/20、20/25。

而单个 Bit 的 Tq 数量为：

Total Tq = Sync_Seg + TSEG1 + TSEG2

前面提到单个 Bit 总的 Tq 数量一般在 8 ~ 25，所以总 Tq 数量可选 10 或者 20，方便计算。

若选择 Tq 总数为 10，此时可以得到

Sync_Seg + TSEG1 = 8

Sync_Seg + TSEG1 + TSEG2 = 10

则 TSEG1 = 8 - 1 = 7 和 TSEG2 = 10 - 7 - 1 = 2 。

SJW 的值通常在 1 ~ 4 Tq，且不超过 TSEG1 和 TSEG2 的较小值。在此例中推荐设置为 1 Tq。

2. Bit 时序参数设置

波特率计算公式如下：

Baud Rate = core_clk / (BRP × Total Tq)

已知 1 Mbps 速率下，时钟源为 40 MHz，总 Tq 数为 10，则分频系数 BRP 为 4。

则可以配置以下各个段参数为：

Bit 时序参数设置

参数	物理值	寄存器	备注
Clock	40 MHz		XTAL作为时钟源
BRP	4	3	tq = 100ns
NBT	10 tq		总位宽
TSEG1	7 tq	6	包含 PropSeg + PhaseSeg1
TSEG2	2 tq	1	PhaseSeg2
SJW	1 tq	1
结果	80%		实际采样点 (1+7)/10 = 80%

实际使用过程中，用户可直接调用 CAN_CalcBitTiming() 来计算目标波特率所需要的各个参数。

三点采样

当使能三点采样模式后，CAN 控制器会在三个不同的点对输入信号进行采样，每个采样点之间间隔 Tq，如下图所示。最终的逻辑电平由三个采样点中的多数电平决定。该方法可以有效地滤除信号中的毛刺，提高系统鲁棒性。

备注

一般在低速率模式（低于 125Kbps）下建议开启三点采样，此时每个 Tq 的时长较长，更容易因为外部毛刺而产生电平突变。

报文收发设置

CAN 模块通过管理报文（消息）缓冲区（message buffer，简称 MB）实现报文的发送和接收（包含过滤）。CAN 提供了一组寄存器作为公共接口（以下简称 RAM 接口 ）来管理 报文缓冲区，如下图所示。

报文缓冲区管理

CAN 模块配备独立的 RAM 空间（352 × 32 bits），被划分为 16 个报文缓冲区（MB0~MB15），默认每个缓冲区占用 6 × 32 bits。

• 容量配置 ： 每个缓冲区仅存储一条报文，但其大小可独立配置。

• 地址分配 ： 设置每个缓冲区的基地址（Base Address）。 若 MB0 基地址设为 0x0，MB1 基地址设为 0x6，则 MB0 的大小即为 6 × 32 bits。

• 容量边界： 整个 RAM 的有效范围可单独指定。

报文发送和接收

1. 报文发送流程

   1. 选定缓冲区：选择想要使用的报文缓冲区并使能

   2. 填充数据：将待发送的数据、ID、DLC 以及帧属性（IDE, RTR）写入 RAM 接口

   3. 配置模式：设定为发送模式

   4. 写入缓冲区：将上述参数设定和数据写入报文缓冲区

   5. 状态更新：报文缓冲区的状态位自动更新，以及上报中断（如果使能发送中断）

2. 报文接收流程

   1. 选定缓冲区：选择想要使用的报文缓冲区并使能

   2. 配置过滤规则：设置 RAM 接口 的 ID、掩码（MASK）、IDE 和 RTR 位，定义该缓冲区期望接收的报文特征

   3. 配置模式：设定为接收模式

   4. 写入缓冲区：将上述参数设定写入报文缓冲区

   5. 数据接收和存储：当总线收到报文并通过 CRC 校验后，处理器扫描所有接收缓冲区，执行过滤匹配。若匹配成功且无错误，报文存入对应缓冲区。

   6. 状态更新：报文缓冲区的状态位自动更新，以及上报中断（如果使能接收中断，用户可在中断内读取缓冲区报文）。

有关 CAN 的使用示例可参考 CAN example。

缓冲区优先级

当多个缓冲区同时满足发送或接收条件时，硬件依据缓冲区编号（0-15）执行仲裁：

• 发送优先级 (Tx Priority)： 低编号优先。编号越小（如 MB0），发送优先级越高。

• 接收优先级 (Rx Priority)： 高编号优先。编号越大（如 MB15），在接收匹配时的优先级越高。

报文过滤设定

ISO 11898 标准采用广播通信机制，总线上没有物理地址的概念。节点通过 “报文过滤” 机制来决定是否接收总线上的数据帧。

CAN 模块可通过组合设置 接收标识符（ID） 和 接收掩码（Acceptance Mask） ，实现硬件级报文筛选，减轻 CPU 处理非相关报文的负担。 配置寄存器如下图所示：

CAN 报文过滤设置

1. 接收所有报文

   仅设置 ARB 寄存器的接收标识符，不配置 MASK 接收掩码。这表明无需关注接收标识符设置，接收所有报文

2. 接收部分报文

   设置 ARB 和 MASK 寄存器的接收标识符，配置 MASK 掩码。例如图 CAN 报文过滤设置，过滤标准帧时，如果 ARB 中的位 [28:18] 设置为 0x1，MASK 中的位 [28:18] 设置为 0x7FC，表明标准帧的 ID 低两位无需严格匹配，基址 ID 0x00、0x01、0x02 和 0x03 都将被接收。

3. 接收指定报文

   设置 ARB 寄存器的接收标识符，并配置 MASK 所有掩码位为 1。此时将严格匹配接收 ID，只有指定 ID 的报文可以被接收。

小技巧

用户还可以设定 MASK 中的以下属性来进一步匹配帧类型：

• RTR 属性：是否严格匹配 ARB 中的 RTR 设定（接收数据帧还是远程帧）

• IDE 属性：是否严格匹配 ARB 中的 IDE 设定（接收标准帧还是扩展帧）

FIFO 模式

CAN 支持将 RAM 顶部的 4 个缓冲区（MB12~MB15）合并为一个先进先出（FIFO）队列，以增强连续接收能力。

• 启用机制 ： 启用 FIFO 后，MB12~MB15 被保留作为 FIFO 存储空间。

• 过滤规则 ： FIFO 统一使用 MB12 的配置（ID, IDE, RTR 及掩码）作为过滤标准。

• 最高优先级 ： FIFO 拥有最高的接收优先级，高于普通接收缓冲区。

• 溢出处理 ： 当 FIFO 已满（MB12~MB15 均有数据）且收到新报文时，FIFO 执行滚动覆盖策略。最早接收的数据（原 MB12）将丢失，原 MB13 的数据移至 MB12，以此类推，新报文将被存入 MB15。同时触发溢出状态标志。

• 状态监控 (CAN_FIFO_STS):

  • fifo_msg_empty : FIFO 为空

  • fifo_msg_full : FIFO 已满（存有 4 帧未读报文）

  • fifo_msg_overflow : 溢出（满状态下继续接收新报文）

  • fifo_msg_lvl : 当前 FIFO 内的报文数量

备注

FIFO 模式已经默认开启，如不需要可关闭。

使用 DMA 接收报文

CAN 模块支持通过通用直接内存访问控制器（GDMA）进行数据接收，并且支持两种流控模式：由 GDMA 作为流控制器，或由 CAN 作为流控制器。

当启用 DMA 时，报文缓冲区（Message Buffer ）中的数据，包含仲裁段（ARB）、控制段（CS）及数据段（DATA），会依次通过 GDMA 传输至目标 Memory 地址。

配置过程如下：

1. CAN 侧配置：

   1. 在 Rx DMA 配置寄存器中，设置 Rx DMA 所有权的归属，并配置 rxdma_src_msize，通常设为 1。

      1. rxdma_owner = 0，所有权属于 GDMA

      2. rxdma_owner = 1，所有权属于 CAN

   2. 在要使用的报文缓冲区控制寄存器中，使能该 Buffer 的 DMA 功能

   3. 在 CAN 全局控制寄存器中，开启 Rx DMA 使能。

2. GDMA 侧配置：

   配置 GDMA 的源地址、目标地址、DMA 传输方向、块大小 (block size) 等参数。

备注

• Rx DMA 每次传输操作仅针对一个报文缓冲区。

• GDMA 的 Source Burst 大小 必须与 CAN 侧配置的 rxdma_src_msize 保持一致。

自动重传

ISO 11898-1 标准规定，如果控制器在发送报文过程中未能成功发送（即未收到 ACK、发生错误或仲裁失败），控制器可配置自动重新发送该报文。使能自动重传后，软件只需写入一次发送请求，硬件会自动处理后续的重传逻辑。这一过程对上层软件（Application Layer）通常是透明的。

备注

不支持设定具体的重传次数。

使能自动重传

在 CAN 模块中， CAN_AutoReTxEn 控制位用于决定是否遵循标准的 ISO 自动重传流程：

• 使能 （ CAN_AutoReTxEn = 1）： 标准模式 。当发送失败（如仲裁丢失或产生发送错误）时，硬件会自动重新参与总线竞争，尝试再次发送同一帧报文，直到发送成功或节点因错误过多进入“总线关闭（Bus Off）”状态。

• 禁止 （ CAN_AutoReTxEn = 0）： 单次发送模式 。CAN 控制器只尝试发送一次报文。无论发送成功与否（即使发生错误或丢失仲裁），硬件都不会尝试重传。

触发自动重传的场景

当自动重传功能使能时，以下三种场景会触发重传：

1. 仲裁丢失 (Arbitration Lost) ：

   当前节点在发送 ID 阶段，检测到总线电平与自己发送的电平不一致（自己发隐性 1，总线显性 0），说明有更高优先级的节点正在发送。当前节点立即停止发送，转为接收状态。一旦总线空闲，硬件会立即再次尝试发送该报文。

2. 发送错误 (Transmission Error) ：

   发送过程中检测到位错误（Bit Error）、填充错误（Stuff Error）、格式错误（Form Error）或 CRC 错误，发送节点会发送错误帧破坏当前传输，待总线空闲时重新发送。

3. ACK 错误 (ACK Error) ：

   发送节点在 ACK Slot 发送隐性电平（1），但总线上没有检测到显性电平（0）。这意味着总线上没有任何节点正确响应该报文（即回复 ACK）。发送节点判定为 ACK Error，随后发送错误帧。待总线空闲时，重新发送该报文。

低功耗唤醒

CAN 模块支持低功耗休眠模式，休眠类型仅 支持 CG（Clock gating）模式 。在此模式下，模块的主时钟停止，但内部集成的 唤醒检测电路 仍然工作。

CAN 使用低频时钟 (OSC4M) 驱动唤醒电路。当 CPU 及 CAN 模块进入休眠模式时，系统需保持 OSC4M 处于开启状态以支持监测功能。有关休眠模式配置可参考 省电配置 。

唤醒示意图

唤醒电路的工作流程如下：

1. 启用条件：

   唤醒检测仅在 CAN 进入休眠模式（ can_sleep_en 置位）且唤醒滤波功能开启（ can_wakepin_flt_en 置位）时有效。

2. 检测原理：

   电路持续监测 Rx 引脚上显性电平持续时长，与预设的阈值 can_wakepin_flt_length 比较，判断是否为有效的唤醒信号。如 唤醒示意图 所示，显性电平持续时长 t（即 Rx pin 上的逻辑电平 0 的持续时长） 大于设定的阈值（ can_wakepin_flt_length/OSC4M ），即可唤醒 CAN 模块及整个系统。

3. 触发动作：

   • 唤醒：如果检测到的显性电平持续时间超过预设阈值，唤醒电路将生成唤醒信号，重新激活 CAN 模块及整个系统。

   • 保持：如果显性电平持续时间未达到阈值，模块与系统继续保持休眠状态

备注

• 唤醒时并不关心协议帧的具体内容 ：唤醒 CAN 模块的显性电平来自一笔有效协议帧，该协议帧无法被接收。

• 唤醒时收发器应正常工作：部分收发器可能有待机/休眠（standby/sleep）模式，确保唤醒 CAN 模块前，收发器已经正常工作。

• 唤醒与丢包（Wake-up & Frame Loss）：

  由于系统从休眠恢复到主时钟稳定需要一定时间，CAN 模块 必然会错过触发唤醒的那一帧报文 。后续能否收到数据取决于发送方的重传机制：

  • 若总线上无其他节点应答（ACK） ：

    发送节点因未收到 ACK 而判定发送失败，若其使能了自动重传机制，会立即重发该帧。此时 CAN 模块已完成唤醒初始化，可以正常接收这笔 重传 的报文。

  • 若总线上有其他节点应答（ACK） ：

    发送节点收到 ACK 后认为报文发送成功，不会重传。此时，当前节点（CAN）虽然被成功唤醒，但 无法接收到该帧数据 （即发生了单帧丢失）。

测试模式

测试模式有两种，分为：

• 静默模式（Silence）：即 ISO 11898-1 中的总线监控模式 (Bus Monitoring Mode)，用于在不干扰总线的情况下分析流量。可正常接收所有帧，但是模块不会发送任何帧、也不会发送 ACK。

• 回环模式：用于验证 CAN 控制器本身是否工作正常，可细分为

  • 外部回环模式：该模式下，数据帧会被发送到 TX 端，可通过外部分析仪抓取协议帧

  • 内部回环模式：该模式数据帧完全在 CAN 控制器内部传输，不会被发送到外部

静默模式

外部回环模式

内部回环模式