Model3（簡稱M3芯片）簡介

基于Model3芯片的核心板

Model3 是一款高性能的顯示交互和智能控制 MCU，采用國產(chǎn)自主高算力 RISC-V 內(nèi)核，內(nèi)置片上 1MB 大容量 SRAM 以及 64Mb PSRAM，并提供豐富的互聯(lián)外設(shè)接口，配備了 2D 圖像加速引擎和 PNG 解碼/JPEG 編 解碼引擎，可以滿足各類交互設(shè)計場景和多媒體互動需求，具有高可靠性、高安全性、高開放度的特點，可以面向于泛工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用。

Model3芯片功能框圖

Model3（簡稱M3芯片）接口圖如下：

M3芯片接口圖

今天小編主要介紹Model3（簡稱M3芯片）CAN通信的架構(gòu)及寄存器說明

CAN通信簡介

CAN控制器，多應(yīng)用于汽車控制系統(tǒng)和一般工業(yè)環(huán)境中的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制。CAN是一種多主機、多廣播的通信協(xié)議，CAN總線上的各個節(jié)點都可以向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，多個節(jié)點同時發(fā)送時利用仲裁機制，從而確保最高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)可以正常發(fā)送到總線上，具有很高的實時性和可靠性。

Model3芯片（簡稱M3芯片）CAN接口基本特性如下：

支持CAN2.0A和CAN2.0B協(xié)議

支持11位標識符(標準格式)和29位標識符(擴展格式)

可編程通信速率最高達1Mbps驅(qū)動配置

支持多種操作模式：正常模式、只聽模式、自測模式、休眠模式、復(fù)位模式

錯誤檢測與處理：錯誤計數(shù)、錯誤報警閾值可配置、錯誤捕獲、仲裁丟失捕獲

CAN配置指南：

驅(qū)動配置

Board options --->

[*] Using CAN0

[ ] Using CAN1

zx-rtt CAN的driver層是基于RT-Thread的CAN驅(qū)動框架實現(xiàn)的，所以需要使能RT-Thread的CAN驅(qū)動框架：

RT-Thread options --->

RT-Thread Components --->

Device Drivers --->

[*] Using CAN device drivers

[*] Enable CAN hardware filter

[ ] Enable CANFD support

備注：

CAN模塊不支持CANFD

為了使用方便，選擇Using CAN0/1后會自動選擇CAN驅(qū)動框架

測試說明

硬件準備：

測試板：帶有兩個CAN接口的測試板

PC：用于和測試板交互

串口線：連接測試板的調(diào)試串口

軟件：

PC端串口終端軟件

can_sample測試程序

CAN收發(fā)測試：

將測試板上的兩個CAN接口對接。執(zhí)行can_sample命令，CAN0會向CAN1發(fā)送數(shù)據(jù)，CAN1會打印接收到的數(shù)據(jù)。

注意：

Model3芯片（簡稱M3芯片）的CAN 只能設(shè)置1個過濾表，支持屏蔽模式；如果要支持雙過濾模式，擴展幀只能過濾id28～id13，id12~id0和rtr不能過濾。

Model3芯片（簡稱M3芯片）CAN的架構(gòu)還有寄存器說明

CAN控制器原理框圖

位時序邏輯BTL：負責同步位時序，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，以預(yù)先配置的波特率發(fā)送和接受報文。

位流處理器BSP：負責對發(fā)送數(shù)據(jù)進行位填充、附加CRC等處理，并為位時序邏輯模塊生成位流；負責對接收的位流進行去填充、驗證CRC等處理；負責檢測總線上的錯誤并將錯誤報告給錯誤管理邏輯。

接收過濾器：是一個可編程的報文過濾單元，允許控制器根據(jù)報文的標識符接收或拒絕該報文，可以過濾掉總線發(fā)送的與節(jié)點無關(guān)的消息，使節(jié)點效率提高。

緩沖FIFO：大小為64byte，負責存儲通過接收過濾器的報文。FIFO中的第一條報文將被映射到13byte 的接收緩沖寄存器中可被CPU訪問，直到該報文被清除，空間被釋放。隨后，接收緩沖寄存器將繼續(xù)映射FIFO 中的下一條報文。

錯誤管理邏輯EML：負責更新發(fā)送錯誤計數(shù)TEC 和接收錯誤計數(shù)REC 的數(shù)值，記錄錯誤類型、錯誤位置，更新控制器錯誤狀態(tài)，確保BSP 模塊發(fā)送正確的錯誤標志；還負責記錄報文仲裁丟失時的bit位置。

CAN典型應(yīng)用

運行模式

控制器包含5種運行模式，由模式寄存器（CAN_MODE）定義設(shè)置。

復(fù)位模式：Reset Mode，進入復(fù)位模式，控制器離線不參與總線任何活動，可修改CAN控制器的各種參數(shù)配置。退出復(fù)位模式后，控制器需等待11 個連續(xù)隱性位出現(xiàn)(等效于總線空閑)，才能正常接收和發(fā)送報文。

正常模式： Normal Mode，CAN 控制器可以發(fā)送和接收包含錯誤信號在內(nèi)的報文。

自測模式：Self-Test Mode, 與正常模式相同，但在該模式下，CAN 控制器發(fā)送報文時，即使沒有接收到應(yīng)答，也不會產(chǎn)生應(yīng)答錯誤。通常在控制器自測時使用該模式。

只聽模式： Listen Only Mode，CAN 控制器可以接收報文，但在CAN 總線上保持完全被動。因此，CAN 控制器將無法發(fā)送任何報文、應(yīng)答或錯誤信號，錯誤計數(shù)將保持凍結(jié)狀態(tài)。該模式用于CAN 總線監(jiān)控。

休眠模式：Sleep Mode，無總線活動及無中斷發(fā)生，可進入低功耗休眠模式，該模式下時鐘停止。SLEEP_MOD為0或總線有信號輸入時喚醒，產(chǎn)生喚醒中斷。

位時序

為了實現(xiàn)位同步，每個正常位時間劃分為幾個不重疊時間的片段，包括同步段SS，傳播段PS，相位緩沖段PBS1，相位緩沖段PBS2，一個完整的位由8~25個時間定額Tq組成。

如圖所示，將傳播段PS和相位緩沖段PBS1合并形成新的時間段Ts1。

在復(fù)位模式下，配置總線時序0寄存器（CAN_BTR0）和總線時序1寄存器（CAN_BTR1）中的BRP、SJW、TS1、TS2、SAM等參數(shù)，決定CAN的波特率。

SJW具體作用是增大或減小CAN波特率的容許偏差量，其大小與波特率值沒有太大關(guān)系，可理解為波特率精度調(diào)節(jié)，SJW值越大則總線獲得更寬波特率容忍度。

位時序各參數(shù)計算關(guān)系如下：

時間定額Tq = 2*(BRP[5:0]+1)*Tpclk，其中Tpclk為APB時鐘（通常為24MHz）周期。

位時間Tbit = [1+ (TS1+1) + (TS2+1)]*Tq；

波特率Baud = 1/Tbit；

采樣點= [1 + (TS1+1)]/ [1+ (TS1+1) + (TS2+1)]。

舉例：假設(shè)單次采樣SAM為0，且SJW=2，TS1=8，TS2=1，BRP=0，則波特率為24M/[2*(0+1)*(1+9+2)]=1Mbps，采樣點為(1+9)/ (1+9+2)=83%。建議選取規(guī)則：TS2>=SJW；BRP盡量小、SJW盡量大；采樣點選取范圍75%~85%之間；盡量采用單次采樣。

通信報文

CAN通信報文類型包含數(shù)據(jù)幀、遠程幀、錯誤幀、過載幀、間隔幀這5種類型。

CAN標準格式和擴展格式數(shù)據(jù)幀

CAN標準格式和擴展格式遠程幀

CAN錯誤幀、過載幀、間隔幀

中斷管理

控制器提供8種中斷包括總線錯誤中斷、仲裁丟失中斷、被動錯誤中斷、喚醒中斷、數(shù)據(jù)溢出中斷、錯誤報警中斷、發(fā)送中斷、接收中斷。

由中斷寄存器（CAN_INTR）定義，通過設(shè)置中斷使能寄存器（CAN_INTEN）中相應(yīng)使能位，每個中斷源都可以單獨允許和禁用。

當有一個或多個中斷觸發(fā)，控制器IRQ有效，當所有中斷位都被清除，控制器IRQ失效。

中斷寄存器被讀取后，除接收中斷外，其中的中斷位將自動清除。

接收中斷直到通過RXB_REL 指令位清除所有接收報文后，才能被清除，否則會影響接收緩沖狀態(tài)RXB_STAT。

接收中斷RX_INT：當接收FIFO 中有待讀取報文（接收數(shù)據(jù)計數(shù)寄存器（CAN_RXC）中RXC > 0）時觸發(fā)此中斷。計數(shù)的報文數(shù)量包括有效報文和溢出報文。直到通過RXB_REL 指令位清除所有掛起接收報文后，接收中斷才會失效。

發(fā)送中斷TX_INT：當發(fā)送緩沖器空閑，將其他報文加載到緩沖器中等待發(fā)送時，都會觸發(fā)此中斷。

錯誤報警中斷ERRW_INT：狀態(tài)寄存器（CAN_STAT）中ERR_STAT或BUS_STAT的位值發(fā)生改變（由0變1或由1變0）都會觸發(fā)此中斷。觸發(fā)時狀態(tài)值可分以下幾種：

ERR_STAT = 0 與BUS_STAT = 0：如果控制器處于主動錯誤狀態(tài)，則表示TEC 和REC 的值都返回ERRWT 所設(shè)閾值之下；如果控制器此前處于總線恢復(fù)狀態(tài)，則表示此時總線恢復(fù)已成功完成。

ERR_STAT = 1 與BUS_STAT = 0：表示TEC 或REC 數(shù)值已超過ERRWT所設(shè)閾值。

ERR_STAT = 1 與BUS_STAT = 1：表示控制器已進入離線狀態(tài)（TEC> =255）。

ERR_STAT = 0 與BUS_STAT = 1：表示總線恢復(fù)期間，控制器TEC 數(shù)值已低于ERRWT所設(shè)閾值。

仲裁丟失中斷ARBLOST_INT ：控制器發(fā)送報文并且丟失仲裁時觸發(fā)此中斷。丟失仲裁位置將被捕獲記錄在狀態(tài)寄存器（CAN_STAT）的ARBLOST_CAP中，狀態(tài)被清除之前（通過CPU 的讀?。?，將不會再記錄新的仲裁丟失位置。

總線錯誤中斷ERRB_INT：控制器在總線上檢測到錯誤時觸發(fā)此中斷。錯誤類型和錯誤位置都將被捕獲記錄在狀態(tài)寄存器（CAN_STAT）的ERR_TYPE和ERR_CODE中。狀態(tài)被清除之前（通過CPU 的讀取），將不會再記錄新的總線錯誤信息。

數(shù)據(jù)緩沖器

下表描述了數(shù)據(jù)緩沖寄存器布局。發(fā)送和接收緩沖寄存器的訪問地址范圍相同（0x40~0x70），且只有當控制器處于非復(fù)位模式時才可訪問。

發(fā)送緩沖寄存器：CPU 的寫入操作訪問，配置待發(fā)送報文，指定報文的幀類型、幀格式、幀標識符和數(shù)據(jù)。CPU通過控制寄存器（CAN_MCR）配置發(fā)送報文模式：

正常報文發(fā)送，需將TX_REQ置1。

自發(fā)自收，需將SELF_REQ 置1。

單次發(fā)送，需將TX_REQ 和ABORT_REQ同時置1。

接收緩沖寄存器：CPU 的讀取操作訪問，接收緩沖寄存器映射到緩沖FIFO 中的第一條報文，獲取第一條報文的幀類型、幀格式、幀標識符和數(shù)據(jù)。讀取完接收緩沖寄存器中的報文后，CPU 通過控制寄存器（CAN_MCR）中的RXB_REL置1來釋放接收緩沖寄存器，若接收FIFO 中仍有待處理的報文，按照接收報文的先后次序?qū)⒆钤缃邮盏降膱笪挠成涞浇邮站彌_寄存器中。

緩沖FIFO： 是一個64字節(jié)大小的內(nèi)部緩沖器，以先進先出原則存儲接收到的報文。接收緩沖寄存器為FIFO中可訪問窗口，偏移地址0x40~0x70，將被映射到FIFO 中第一條報文，一條報文可在FIFO 中占3 ~ 13字節(jié)空間，其中字節(jié)序與接收緩沖寄存器相同。當控制器接收到一條報文時，接收數(shù)據(jù)計數(shù)器RXC增加1，最大值為64。如果FIFO中有足夠空間，報文內(nèi)容將被寫入到FIFO 中。首先，CPU讀取接收緩沖寄存器中的報文后，通過將RXB_REL置1，釋放FIFO 中第一條報文所占的空間， RXC將減小1。然后，接收緩沖寄存器將映射FIFO 中的下一條報文。

FIFO數(shù)據(jù)溢出：在任何情況下，F(xiàn)IFO 中可以存儲的報文數(shù)量取決于各條報文的長度，當FIFO 中沒有足夠空間完整地存儲新的報文，控制器會產(chǎn)生數(shù)據(jù)溢出，通過狀態(tài)位或數(shù)據(jù)溢出中斷反饋給CPU。FIFO在內(nèi)部將溢出報文標記為無效，后續(xù)接收到的溢出報文仍然將增加RXC 到最大值64。為了清除FIFO 中的溢出報文，應(yīng)重復(fù)調(diào)用RXB_REL，直到RXC為0。這樣可以讀取接收FIFO 中的所有有效報文，并清除所有溢出報文。

CAN緩沖FIFO存儲報文過程

接收過濾器

接收過濾器，是一個可編程的報文過濾單元，允許控制器根據(jù)報文的標識符、幀類型、第一個數(shù)據(jù)字節(jié)接收或拒絕該報文，由4個接收代碼寄存器（CAN_RXCODE）和4個接收屏蔽寄存器（CAN_RXMASK）定義組成。

如 圖 8 所示，每條報文中的位必須匹配RXCODE 值所指定的模式或者被RXMASK值屏蔽，才能使該報文通過過濾并存儲到接收FIFO中。

接收代碼寄存器、接收屏蔽寄存器，分別與緩沖0~3寄存器（偏移地址0x40~0x4C）、緩沖4~7寄存器（偏移地址0x50~5C）地址空間相同，所以只有控制器在復(fù)位模式時，才能訪問這兩個寄存器。

接收過濾器原理

單過濾模式：在模式寄存器（CAN_MODE）中將FILTER_SEL設(shè)置為1啟動單過濾模式。根據(jù)RXCODE / RXMASK的值定義單個過濾器，其定義及過濾報文格式如圖1-11所示。

雙過濾模式：在模式寄存器（CAN_MODE）中將FILTER_SEL設(shè)置為0啟動雙過濾模式。根據(jù)RXCODE / RXMASK的值將定義2個過濾器，分別為過濾器0和過濾器1，其標準格式和擴展格式下過濾報文定義如圖1-12和圖1-13所示。雙過濾模式下，如果報文通過這2個濾波器中至少一個，則表示該報文成功通過過濾。

雙過濾模式下SFF標準格式過濾報文定義

雙過濾模式下EFF擴展格式過濾報文定義

錯誤管理

錯誤計數(shù)包含發(fā)送錯誤計數(shù)TEC和接收錯誤計數(shù)REC，錯誤計數(shù)將決定CAN控制器當前的錯誤狀態(tài)（如主動錯誤、被動錯誤、離線）。

除了錯誤狀態(tài)外，控制器還提供錯誤報警閾值ERRWT功能，這個功能可在控制器進入被動錯誤狀態(tài)前，提醒用戶當前發(fā)生的嚴重總線錯誤。

控制器當前的錯誤狀態(tài)通過TEC、REC、ERR_STAT 、BUS _STAT和ERRWT體現(xiàn)，這些數(shù)值和狀態(tài)位的變化將觸發(fā)中斷，從而提醒用戶當前的錯誤狀態(tài)變化（參考中斷管理）。

錯誤捕獲

錯誤捕獲功能允許控制器以錯誤代碼的形式，記錄總線錯誤類型和錯誤位置。

當檢測到一個總線錯誤時，總線錯誤中斷ERRB_INT將被觸發(fā)，相應(yīng)的錯誤代碼將記錄在狀態(tài)寄存器（CAN_STAT）的ERR_CODE中。

在當前錯誤代碼被讀取前，后續(xù)的總線錯誤中斷觸發(fā)時，將不會再記錄。

仲裁丟失捕獲

仲裁丟失捕捉功能允許控制器記錄仲裁丟失的bit位置。

當控制器丟失仲裁時，所丟失bit位置將被記錄在狀態(tài)寄存器（CAN_STAT）的ARBLOST_CAP中，同時觸發(fā)仲裁丟失中斷ARBLOST_INT。

在當前仲裁丟失捕獲bit位置被讀取前，后續(xù)的仲裁丟失中斷觸發(fā)時，將不會再記錄。

仲裁丟失位置記錄

審核編輯 黃宇