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。

　　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。

　　同步段固定为1 TQ。

　　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。

　　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。

　　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

　　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。

　　网络参数设置。在启用CAN之前，需要设置好网络参数。

　　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) );

　　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

　　通过UART读取一个数字：

　　int num;

　　scanf("%d", &num);

　　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...rn");

　　// 等待发送完成

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

　　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 rn",

　　(int)RX_MB->CAN_MDL);

　　}

　　// 开始下一次接收

　　RX_MB->CAN_MCR = CAN_MCR_MTCR;