1?

FlexCAN簡介

FlexCAN模塊是一個通信控制器，擴(kuò)展了CAN FD功能，遵循ISO 11898-1標(biāo)準(zhǔn)、CAN FD和CAN 2.0B協(xié)議規(guī)范。 CAN協(xié)議主要被設(shè)計用作車載串行總線，滿足實時處理，帶寬要求，車輛在電磁干擾環(huán)境下的可靠操作，該模塊支持標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展幀，支持最大64字節(jié)有效負(fù)載，傳輸速率高達(dá) 8Mbps，并且具有非常靈活的用于傳輸和接收的郵箱系統(tǒng)和RxFIFO接收機(jī)制。郵箱系統(tǒng)由 32 個報文緩沖區(qū)（MB）組成。

2?

FlexCAN的功能框圖

FlexCAN 的功能框圖如下圖1所示，包括用于存儲報文緩沖區(qū)（MB）、接收全局掩碼寄存器、接收私有掩碼寄存器、接收（Rx） FIFO 過濾器以及接收 FIFO 標(biāo)識符過濾器的內(nèi)存。

圖1 FlexCAN功能框圖

如上圖1所示為FlexCAN的功能框圖，協(xié)議引擎（PE）子模塊管理 CAN 總線上的串行通信：

請求存取 RAM 接收和傳輸幀

驗收接收到的報文

進(jìn)行錯誤處理

檢測 CAN FD 報文

控制器主機(jī)接口（CHI）子模塊負(fù)責(zé)選擇接收和傳輸?shù)膱笪木彌_區(qū)，以及對報文的仲裁和 ID 匹配算法。

總線接口單元（BIU）子模塊控制內(nèi)部接口總線的訪問，建立與 CPU 和其他模塊的連接。時鐘、地址和數(shù)據(jù)總線、中斷輸出、 DMA 都通過 BIU 進(jìn)行訪問。

3?

FlexCAN的時鐘

如下圖2所示為產(chǎn)生 PE 時鐘的電路結(jié)構(gòu)。時鐘源選擇位（CAN_CTRL1.CLKSRC）定義了內(nèi)部時鐘為異步時鐘或同步時鐘。其中，同步時鐘為外設(shè)時鐘（由APB1總線時鐘提供）；異步時鐘的時鐘源可選（細(xì)節(jié)請參考 RCC 章節(jié) RCC_CFGR2寄存器）。為保證可靠運(yùn)行，應(yīng)在模塊禁止模式時（CAN_MCR.MDIS 置位）選擇時鐘源。

圖2 FlexCAN的PE時鐘結(jié)構(gòu)

4?

FlexCAN的協(xié)議時序

FlexCAN支持多種方式來設(shè)置 CAN 協(xié)議所要求的位時序參數(shù)。控制寄存器 1（CAN_CTRL1）有各種用于控制位時序參數(shù)的字段： PRESDIV、 PROPSEG、 PSEG1、 PSEG2 和 RJW。 CAN 位時序寄存器（CAN_CBT）擴(kuò)展了 CAN_CTRL1 中 CAN 位時序變量的范圍。 CAN_FDCBT 提供了用于 BRS 置位的 CAN FD 幀數(shù)據(jù)段的位時序變量。

CAN FD 使能時，應(yīng)始終置位 CAN_CBT.BTF 或 CAN_CTRL2.BTE，并在 CAN_CBT 中配置CAN 位時序變量。

PRESDIV字段（及其擴(kuò)展范圍 EPRESDIV 和用于 CAN FD 報文數(shù)據(jù)段的 FDPRESDIV）定義了

串行時鐘（Sclock）的預(yù)分頻（見下列方程）。串行時鐘的周期定義了用于構(gòu)成 CAN 波形的時間單位 Tq（Time Quantum）。 Tq 為 CAN 引擎所能處理的最小時間單元。

比特率定義了接收或傳輸 CAN 報文的速率，公式如下：

FlexCAN的位時間可細(xì)分為三個部分：

同步段（SYNC_SEG）

1Tq 的固定長度；信號邊沿出現(xiàn)在該段內(nèi)。

時間段 1

包括 CAN 標(biāo)準(zhǔn)的傳播段和相位段1。該段可通過設(shè)置 CAN_CTRL1 寄存器的PROPSEG和PSEG1 字段來編程，其總和（+2）為 2 ~ 16Tq。當(dāng) CAN_CBT.BTF 被置位時，F(xiàn)lexCAN 使用來自 CAN_CBT 寄存器的EPROPSEG和EPSEG1 字段，其總和（+2）為 2~ 96Tq 。對于BRS置位的CAN FD報文，F(xiàn)lexCAN使用CAN_FDCBT寄存器的FDPROPSEG 和 FDPSEG1 字段，其總和為 2 ~ 39Tq。

時間段 2

CAN 標(biāo)準(zhǔn)的相位段2。該段可通過設(shè)置CAN_CTRL1寄存器的PSEG2字段來編程，其值（+1）為 2 ~ 8Tq。當(dāng)CAN_CBT.BTF被置位時， FlexCAN使用來自CAN_CBT寄存器的EPSEG2字段，其值（+1）為 2 ~ 32Tq。對于BRS置位的 CAN FD 報文， FlexCAN使用CAN_FDCBT寄存器的FDPSEG2字段，其值（+1）為 2 ~ 8Tq。時間段2不能小于信息處理時間（IPT），IPT 在 FlexCAN 中為 2Tq。

注意事項：

FPRESDIV 定義了 BRS 置位的 CAN FD 幀數(shù)據(jù)比特率部分的PE時鐘頻率和串行時鐘（Sclock）頻率之間的比率。 Sclock 周期定義了CAN FD協(xié)議數(shù)據(jù)比特率的 Tq。Sclock 頻率 = PE 時鐘頻率 /（FPRESDIV + 1）注：為避免處理FD幀時出錯， FPRESDIV 和PRESDIV（CAN_CBT 或 CAN_CTRL1）請使用相同的值。FPRESDIV 只能在凍結(jié)模式下寫入，其他模式下被硬件鎖定。

如下圖3所示為FlexCAN位時間內(nèi)的段使用 CAN_CTRL1位時序變量的經(jīng)典 CAN 格式。

圖3

如下圖4所示為FlexCAN FD位時間內(nèi)的段，使用CAN FD格式的CAN_CBT和CAN_FDCBT位時序變量，其中FlexCAN FD的仲裁段使用經(jīng)典CAN格式配置位時間，即使用CAN_CBT位時序變量用于配置仲裁段的位時間，F(xiàn)lexCAN FD的可變速率的位時間使用CAN_FDCBT位時序變量配置。

圖4

FlexCAN的語法說明如下表1所示：

表1

當(dāng)采用CAN位作為持續(xù)時間的衡量標(biāo)準(zhǔn)時（例如，評估報文中的CAN位事件），一個 CAN 位的外設(shè)時鐘個數(shù)（NumClkBit）為：

其中：

NumClkBit 為一個 CAN 位的外設(shè)時鐘個數(shù)

fSYS 為系統(tǒng)（CHI）時鐘頻率，單位 Hz

PSEG1 為 CAN_CTRL1.PSEG1 的值

PSEG2 為 CAN_CTRL1.PSEG2 的值

PROPSEG 為 CAN_CTRL1.PROPSEG 的值

PRESDIV 為 CAN_CTRL1.PRESDIV 的值

上述公式也適用于 CAN 位時序寄存器（CAN_CBT）所述的 CAN 位時間變量。

因此，F(xiàn)lexCAN FD仲裁段使用經(jīng)典CAN位的速率計算公式為：

FlexCAN FD可變速率數(shù)據(jù)段的計算公式為：

fCANCLK為PE時鐘，單位Hz

BITRATEN是由CAN 標(biāo)稱位時間變量計算出的 CAN 位速率，單位bps

BITRATEF是由CAN 數(shù)據(jù)位時間變量計算出的CAN位速率，單位bps

EPSEG1為CAN_CBT.EPSEG1的值（也可使用 CAN_CTRL1.PSEG1）

EPSEG2 為 CAN_CBT.EPSEG2 的值（也可使用 CAN_CTRL1.PSEG2）

EPROPSEG 為CAN_CBT.EPROPSEG 的值（也可使用 CAN_CTRL1.PROPSEG）

EPRESDIV 為CAN_CBT.EPRESDIV 的值（也可使用 CAN_CTRL1.PRESDIV）

那么CAN FD幀標(biāo)稱比特率相應(yīng)的每個CAN位的外設(shè)時鐘數(shù)量CPCBN為：

CAN FD 幀數(shù)據(jù)比特率相應(yīng)的每個CAN位的外設(shè)時鐘數(shù)量CPCBF為：

因此在已知FlexCAN FD時鐘和預(yù)分頻系數(shù)以及波特率的情況下可以計算出FlexCAN FD的標(biāo)稱位時間TqN總數(shù)和可變速率數(shù)據(jù)位時間TqF總數(shù)，計算公式分別如下所示：

fcanclk / BITRATEN x (EPRESDIV+1) = [1+(EPSEG1+1)+(EPSEG2+1)+(EPROPSEG+1)]

fcanclk / BITRATEF x (FPRESDIV+1) = [1+(FPSEG1+1)+(FPSEG2+1)+FPROPSEG]

根據(jù)以上FlexCAN FD的位時序可知可以分別根據(jù)標(biāo)稱位時間TqN總數(shù)和可變速率數(shù)據(jù)位時間TqF總數(shù)分別計算出其標(biāo)稱位時間的采樣點和可變速率數(shù)據(jù)位時間的采樣點，即FlexCAN FD標(biāo)稱位時間的采樣點的計算公式為：

FlexCAN_samplepoint = (SYNC_SEG+(EPROPSEG+1) +(EPSEG1+1) )/ (SYNC_SEG+(EPROPSEG+1) +(EPSEG1+1)+ (EPSEG2+1))

FlexCAN FD可變速率位時間的采樣點的計算公式為：

FlexCAN_FDsamplepoint = (SYNC_SEG+FPROPSEG+(FPSEG1+1) )/ (SYNC_SEG+FPROPSEG+(FPSEG1+1)+ (FPSEG2+1))

5?

FlexCAN FD位時間采樣點的計算

根據(jù)以上4章節(jié)FlexCAN的位時間描述以及FlexCAN FD位時間和采樣點的計算公式推導(dǎo)，在給定FlexCAN FD時鐘和波特率以及分頻系數(shù)的情況下，可以使用FlexCAN的庫函數(shù)通過循環(huán)遍歷的方式實現(xiàn)自動計算FlexCAN FD的位時間的采樣點。

FlexCAN FD庫函數(shù)定義的協(xié)議時序代碼如下所示：

typedefstruct_flexcan_timing_config{
u16preDivider;/*!

	

	FlexCAN FD標(biāo)稱位時間采樣點和可變速率采樣點的位時間的計算，可以通過循環(huán)遍歷方式實現(xiàn)自動計算，代碼如下所示：

	
boolFLEXCAN_FDCalculateImprovedTimingValues(uint32_tbaudRate,uint32_tbaudRateFD,uint32_tsourceClock_Hz,flexcan_timing_config_t*pTimingConfig)
{
boolfgRet=false;
pTimingConfig->preDivider=0U;
pTimingConfig->fpreDivider=0U;
if(FLEXCAN_CalculateImprovedTimingValuesByFDCBT(baudRateFD,sourceClock_Hz,pTimingConfig))
{
if(FLEXCAN_CalculateImprovedTimingValuesByCBT(baudRate,sourceClock_Hz,pTimingConfig))
{
fgRet=true;
}
}

return(fgRet);
}

staticboolFLEXCAN_CalculateImprovedTimingValuesByFDCBT(uint32_tbaudRate,uint32_tsourceClock_Hz,flexcan_timing_config_t*pTimingConfig)
{
uint32_tclk;/*theclockistqNumbxbaudRateFD.*/
uint32_ttqNum;/*NumbersofTQ.*/
boolfgRet=false;
tqNum=FDCBT_MAX_TIME_QUANTA;
/*AutoImprovedProtocaltiming.*/
do
{
clk=baudRate*tqNum;

if(clk>sourceClock_Hz)
{
continue;/*tqNumtoolarge,clkhasbeenexceedsourceClock_Hz.*/
}
if((sourceClock_Hz/clk*clk)!=sourceClock_Hz)
{
continue;/*Non-supporting:thefrequencyofclocksourceisnotdivisiblebytargetbaudrate,theuser
shouldchangeadivisiblebaudrate.*/
}
/*Makesurethenewcalculateddividervalueisgreaterthanthepreviousone.*/
if(pTimingConfig->fpreDivider>((uint16_t)(sourceClock_Hz/clk)-1U))
{
continue;
}
else
{
pTimingConfig->fpreDivider=(uint16_t)(sourceClock_Hz/clk)-1U;
}
if(pTimingConfig->fpreDivider>MAX_FPRESDIV)
{
break;/*Thefrequencyofsourceclockistoolargeorthebaudrateistoosmall,thepre-dividercould
nothandleit.*/
}
/*Trytogetthebesttimingconfiguration.*/
if(FLEXCAN_FDGetSegmentswithBRS(baudRate,tqNum,pTimingConfig))
{
fgRet=true;
break;
}
}
while(--tqNum>=FDCBT_MIN_TIME_QUANTA);

return(fgRet);
}

staticboolFLEXCAN_FDGetSegmentswithBRS(uint32_tbaudRatebrs,uint32_ttqNum,flexcan_timing_config_t*pTimingConfig)
{
uint32_tideal_sp;
uint32_tp1;
boolfgRet=false;

/*getidealsamplepoint.*/
if(baudRatebrs>=1000000U)
{
ideal_sp=IDEAL_SP_LOW;
}
elseif(baudRatebrs>=800000U)
{
ideal_sp=IDEAL_SP_MID;
}
else
{
ideal_sp=IDEAL_SP_HIGH;
}

/*distributetimequanta.*/
p1=tqNum*(uint32_t)ideal_sp;
pTimingConfig->fpropSeg=(uint8_t)(p1/(uint32_t)IDEAL_SP_FACTOR-2U);

if(pTimingConfig->fpropSeg<=?(MAX_FPSEG1?+?MAX_FPROPSEG))
????{
????????if?(pTimingConfig->fpropSeg>MAX_FPROPSEG)
{
pTimingConfig->fphaseSeg1=pTimingConfig->fpropSeg-MAX_FPROPSEG;
pTimingConfig->fpropSeg=MAX_FPROPSEG;
}
else
{
pTimingConfig->fphaseSeg1=0;
}

if(pTimingConfig->fphaseSeg1<=?MAX_PSEG1)
????????{
????????????if?((pTimingConfig->fpropSeg+pTimingConfig->fphaseSeg1)fphaseSeg2=(uint8_t)tqNum-(pTimingConfig->fphaseSeg1+pTimingConfig->fpropSeg+3U);

if(pTimingConfig->fphaseSeg2<=?MAX_PSEG2)
????????????????{
????????????????????if?((pTimingConfig->fphaseSeg1fphaseSeg2)&&(pTimingConfig->fpropSeg>(pTimingConfig->fphaseSeg2-pTimingConfig->fphaseSeg1)))
{
pTimingConfig->fpropSeg-=(pTimingConfig->fphaseSeg2-pTimingConfig->fphaseSeg1);
pTimingConfig->fphaseSeg1=pTimingConfig->fphaseSeg2;
}

/*subtractoneTQforsyncseg.*/
/*sjwis20%oftotalTQ,roundedtonearestint.*/
pTimingConfig->frJumpwidth=((uint8_t)tqNum+4U)/5U-1U;

if(pTimingConfig->frJumpwidth>MAX_FRJW)
{
pTimingConfig->frJumpwidth=MAX_FRJW;
}

fgRet=true;
}
}
}
}

return(fgRet);
}

staticboolFLEXCAN_CalculateImprovedTimingValuesByCBT(uint32_tbaudRate,uint32_tsourceClock_Hz,flexcan_timing_config_t*pTimingConfig)
{
uint32_tclk;/*theclockistqNumbxbaudRateFD.*/
uint32_ttqNum;/*NumbersofTQ.*/
boolfgRet=false;

tqNum=CBT_MAX_TIME_QUANTA;

/*AutoImprovedProtocaltiming.*/
do
{
clk=baudRate*tqNum;

if(clk>sourceClock_Hz)
{
continue;/*tqNumtoolarge,clkhasbeenexceedsourceClock_Hz.*/
}

if((sourceClock_Hz/clk*clk)!=sourceClock_Hz)
{
continue;/*Non-supporting:thefrequencyofclocksourceisnotdivisiblebytargetbaudrate,theuser
shouldchangeadivisiblebaudrate.*/
}

/*Makesurethenewcalculateddividervalueisgreaterthanthepreviousone.*/
if(pTimingConfig->preDivider>((uint16_t)(sourceClock_Hz/clk)-1U))
{
continue;
}
else
{
pTimingConfig->preDivider=(uint16_t)(sourceClock_Hz/clk)-1U;
}

/*TominimizeerrorswhenprocessingFDframes,trytocalculatethesamevalueforFPRESDIVandPRESDIV(inCBT).*/
if(pTimingConfig->preDivider!=pTimingConfig->fpreDivider)
{
continue;
}

if(pTimingConfig->preDivider>MAX_EPRESDIV)
{
break;/*Thefrequencyofsourceclockistoolargeorthebaudrateistoosmall,thepre-dividercould
nothandleit.*/
}

/*Trytogetthebesttimingconfiguration.*/
if(FLEXCAN_FDGetSegments(baudRate,tqNum,pTimingConfig))
{
fgRet=true;
break;
}
}
while(--tqNum>=CBT_MIN_TIME_QUANTA);

return(fgRet);
}


	

	FlexCAN FD位時間采樣點應(yīng)用舉例，本文示例以MM32F0160的FlexCAN FD外設(shè)為例，其中FlexCAN FD的標(biāo)稱波特率為500K，可變速率波特率為2MHz。fCAN的時鐘為72MHz，把FlexCAN FD的fCAN時鐘，標(biāo)稱波特率500K，可變速率波特率2MHz代入庫函數(shù)FLEXCAN_FDCalculateImprovedTimingValues分別計算得出FlexCAN FD標(biāo)稱波特率和可變速率波特率的位時間參數(shù)如下：

	標(biāo)稱波特率的位時間參數(shù)：

	preDivider = 0x01;

	propSeg = 0x34;

	phaseSeg1 = 0x08;

	phaseSeg2 = 0x08;

	rJumpwidth = 0x0E

	可變速率波特率位時間參數(shù)：

	fpreDivider = 0x01;

	fpropSeg = 0x07;

	fphaseSeg1 = 0x04;

	fphaseSeg2 = 0x04;

	frJumpwidth = 0x03

	注：再同步參數(shù)rJumpwidth 和frJumpwidth不參與FlexCANFD采樣點的計算

	又因為在已知FlexCAN FD時鐘和預(yù)分頻系數(shù)，以及波特率的情況下可以計算出FlexCAN FD的標(biāo)稱位時間TqN總數(shù)和可變速率數(shù)據(jù)位時間TqF總數(shù)，計算公式分別如下所示：

	標(biāo)稱位時間TqN總數(shù)：

	fcanclk / BITRATEN x (EPRESDIV+1) = [1+(EPSEG1+1)+(EPSEG2+1)+(EPROPSEG+1)]

	代入自動計算得出的標(biāo)稱波特率500K的位時間參數(shù)，計算出TqN：

	TqN = 72000000/500000x(1+1)= 72

	可變速率數(shù)據(jù)位時間TqF總數(shù)：

	fcanclk / BITRATEF x (FPRESDIV+1) = [1+(FPSEG1+1)+(FPSEG2+1)+FPROPSEG]

	代入自動計算得出的可變波特率2MHz的位時間參數(shù)，計算出TqF：

	TqF = 72000000/2000000x(1+1)= 18

	根據(jù)以上FlexCAN FD使用庫自動計算出的位時間參數(shù)，以及標(biāo)稱位時間TqN總數(shù)和可變速率位時間TqF總數(shù)，可以分別計算出其標(biāo)稱位時間的采樣點和可變速率數(shù)據(jù)位時間的采樣點，即FlexCAN FD標(biāo)稱位時間的采樣點的計算公式為：

	FlexCAN_samplepoint = (SYNC_SEG+(EPROPSEG+1) +(EPSEG1+1) )/ (SYNC_SEG+(EPROPSEG+1) +(EPSEG1+1)+ (EPSEG2+1))

	代入標(biāo)稱波特率500K的位時間參數(shù)計算標(biāo)稱波特率的位時間的采樣點如下：

	FlexCAN_samplepoint =（1+（52+1）+（8+1））/（1+（52+1）+（8+1）+（8+1））= 87.5%

	FlexCAN FD可變速率位時間的采樣點的計算公式為：

	FlexCAN_FDsamplepoint = (SYNC_SEG+FPROPSEG+(FPSEG1+1) )/ (SYNC_SEG+FPROPSEG+(FPSEG1+1)+ (FPSEG2+1))

	代入可變速率2MHz波特率的位時間參數(shù)計算可變速率的位時間的采樣點如下：

	FlexCAN_FDsamplepoint = （1+7+（4+1））/（1+7+（4+1）+（4+1））= 72%

	CAN采樣點一般設(shè)置在75%—80%之間，具體要根據(jù)CAN通信波特率大小配置。當(dāng)波特率不超過500K時，建議采樣點設(shè)置在87.5%；當(dāng)波特率大小在500K—800K之間的時候，建議采樣點設(shè)置在80%；當(dāng)波特率大于800K的時候，建議采樣點設(shè)置在75%。以上建議并不是絕對的，需根據(jù)應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜程度通過調(diào)整FlexCAN FD的再同步參數(shù)rJumpwidth和frJumpwidth使得phaseSeg1和phaseSeg2以及fphaseSeg1和fphaseSeg2在標(biāo)稱波特率和可變波特率的位時間上前移或后移N（0-15）個Tq值來微調(diào)采樣點（雖然rJumpwidth和frJumpwidth不參與采樣點計算）。

	注意事項：

	關(guān)于采樣點的配置的一些額外建議：當(dāng)用戶在實際車用環(huán)境中出現(xiàn)FlexCAN無正常收發(fā)數(shù)據(jù)時除了根據(jù)錯誤標(biāo)志查找問題定位問題外，還可使用專業(yè)的CAN診斷儀測試出多節(jié)點總線上的rJumpwidth和frJumpwidth，phaseSeg1和phaseSeg2以及fphaseSeg1和fphaseSeg2參數(shù)，參考這些位時間參數(shù)值來調(diào)整適配rJumpwidth和frJumpwidth，phaseSeg1和phaseSeg2以及fphaseSeg1和fphaseSeg2參數(shù)到CAN通信的合適的采樣點。

	





	審核編輯：劉清