SAM4E单片机之旅——19、CAN间通信

CAN协议具有良好的可靠性，在工业中应用广泛。这次就先熟悉CAN的基本功能。

开发板有两个CAN，每个CAN有8个信箱。这次内容是从CAN0的信箱0发送数据到CAN1的信箱0。

除本次使用的功能外，CAN还有远程帧、强大的错误处理功能。

一、电路

CAN总线上的逻辑数值是用显性电平和隐性电平表示的。“显性”的意思是指在同时传输显性电平和隐性电平时，总线上呈现的是显性电平。显性电平表示逻辑“0”，隐性电平表示逻辑“1”。

在使用CAN的过程中，需要使用一个CAN收发器进行电平的转换与解释。开发板使用的CAN收发器为SN65HVD234，其接线如下图所示：

其中CANTXx和CANRXx引脚可以复用为CAN的外设。而在使用该收发器时，需要将CANRXxEN驱动为高电平以启用收发器的接收功能，将CANTXxRS驱动求低电平以启用发送功能。

在实验的时候，需要将这两个口（J13和J14）使用线缆连接起来。当连接完成而未通电时，可以测得CANH和CANL是短路状态的。

二、CAN网络参数及波特率

假设MCK为96 MHz，需要设置的CAN波特率为1000 Kbps。

CAN的波特率的设置不是那么的直接。CAN定义了一个名为“原子时间（TQ）”的最小时间单位；然后把一个比特的传输过程分为若干阶段（同步段、传播时间段、相位缓冲端1、相位缓冲段2），每个阶段的时间均是由TQ的数量表示。

SAM4中，时间TQ用“CAN系统时钟（CSC）”表示。波特率相关的参数均通过CAN波特率寄存器（CAN_BR）设置。

1. TQ（CSC）设置。组成每个位时间的TQ数量的范围为8—25。为取整，这里将数量选择为16。所以CAN系统时钟的频率为CAN波特率的16倍，即16 MHz。再所以需要将MCK进行6分频。根据BRP字段的作用方法，需要将BRP字段设置为5。

   同时，可以计算出每个TQ的长度为62.5 ns。

2. 同步段固定为1 TQ。

3. 传播时间端PROP_SEG需要根据硬件相关的信息确定，用于吸收网络的物理（发送单元、总线、接收单元）延迟。该段的时间需要为总物理延迟的2倍。在芯片手册的示例中，该延迟为190 ns。所以该段的时长需要设置为380 ns，即约6 TQ。将PROPAG字段设置为5即可达到目的。

4. 剩下的16-1-6=9 TQ，均用与相位缓冲段。在Atmel的CAN中，需要2 TQ确定总线的电平。因为采样点位于相位缓冲段2的起始，所以它的长度不能少于2 TQ 。这里使两个阶段尽量等长，所以让相位缓冲段1设置为4 TQ，段2设置为5 TQ。将PHASE1和PHASE2分别设置为3和4即可。

5. 再补偿宽度。最小可配置为1 TQ，最多可配置为相位缓冲段1和4 TQ间的较小值。这里配置为4 TQ。将SJW段设置为3即可。

具体设置代码如下：

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

1. GPIO及PMC设置。注意将PE1和PE3驱动为高电平，PE0和PE2驱动为低电平。

2. 网络参数设置。在启用CAN之前，需要设置好网络参数。

3. 启用CAN。CAN使能后，需要和总线进行同步。在连续检测到11个隐性位时，CAN进入唤醒状态，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) );

4. 信箱设置。通过设置CAN_MMR的MOT字段即可设置信箱的类型。由于这个设置是立即生效的，所以在设置这个字段时，需要先（或同时）完成其他相关信息的设置。同时，在修改设置时，应该先关闭信箱。

   • 发送信箱需要先设置好的只有优先级：

     #define TX_MB	(CAN0->CAN_MB + 0)
     TX_MB->CAN_MMR = CAN_MMR_PRIOR(0)
     				| CAN_MMR_MOT_MB_TX;

   • 接收信箱需要先设置好ID相关的信息。简单起见，这里只使用标准格式的帧，即只指定MIDvA部分，同时MIDE位指定为0（默认）。由于符合接收条件的ID设置为1个，即需要比较接收ID所有的位，所以将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、数据传输

1. 通过UART读取一个数字：

   int num;
   scanf("%d", &num);

2. 通过信箱发送数据。

   假设int为4字节，则通过CAN_MDL即可表示所需信息。发送时，在确定信箱可用后，需要指定好信息ID。然后向CAN_MCR写入信息长度（用byte表示），同时写入MTCR位以开始发送操作。最后，在发送完成后，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字节数据
   TX_MB->CAN_MCR = CAN_MCR_MDLC(4) 		// 数据长度
   	| CAN_MCR_MTCR;				// 开始尝试发送
   printf("-I- Sending message from TX mailbox...
   ");
   // 等待发送完成
   while(!(TX_MB->CAN_MSR & CAN_MSR_MRDY));

3. 通过信箱接收数据。

   通过查询CAN_MSR的MRDY位可以确定是否接收到了数据，然后在CAN_MSR的MDLC字段可以确定信息长度。在完成数据接收后，需要向CAN_MCR写入MTCR字段以完成本次接收，从而开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));
   // 检查信息长度
   const int rec_len = 
   	(RX_MB->CAN_MSR & CAN_MSR_MDLC_Msk) >> CAN_MSR_MDLC_Pos;
   if (rec_len == 4) {
   // 读取信息并打印
   	printf("-I- Data read from RX mailbox: %d 
   ",
   					(int)RX_MB->CAN_MDL);
   }
   // 开始下一次接收
   RX_MB->CAN_MCR = CAN_MCR_MTCR;