又踩坑了！這次敗給CAN總線了
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前言最近負責的一個項目用的主控芯片是STM32F407IGT6，需要和幾個電機控制器進行通訊，有很多參數需要進行監控。
有一個問題一直無法解決。在開啟CAN的接收中斷，接收不到數據，問題卡了很久，下面簡單分享一下解決的過程和思路。
背景
CAN總線
CAN控制器
CAN收發器
調試過程
硬件排查
CAN分析儀
芯片CAN控制器調試
總結
CAN總線是一種串行通信協議，用于在微控制器和其他設備之間傳輸數據。CAN總線通常用于汽車、工業自動化和機器人等領域。
CAN總線的硬件通常由以下幾個部分組成：
- 控制器區域：包括CAN控制器和CAN收發器；
- 總線電纜：用于連接CAN總線上的所有設備；
- 終端電阻：用于終止總線，以減少反射和信號干擾；
- 外部電源：用于為CAN總線提供電源；
CAN總線的控制器區域通常包括CAN控制器和CAN收發器。
- CAN控制器負責處理CAN總線上的數據傳輸，包括數據發送和接收、錯誤檢測和糾正等；
- CAN收發器則負責將CAN控制器的信號轉換為總線上的電信號，并將總線上的電信號轉換為CAN控制器可以理解的信號。
主板上的芯片STM32F407IGT6中帶有兩路的CAN控制器，分別為CAN1 和 CAN2，具體如下圖所示；
主板上使用的是芯片SN65HVD230，這是TI公司的一款性能強大且具體低功耗功能的CAN收發器，具體的典型應用電路如下所示；
設備的調試過程中，首先要確保硬件鏈路上是否正常。最常見的方法就是直接用示波器進行檢查。具體如下所示；
- 檢查CAN控制器和CAN收發器之間是否正常；
- 檢查CAN收發器的差分信號是否正常，這里可能要了解一下CAN總線電平的顯性電平和隱性電平的特點，以及CAN底層協議的細節，會比較復雜；
個人比較推薦使用上述步驟檢查硬件鏈路是否存在問題，那如何對數據進行分析呢？當然可以對著示波器的波形一點一點進行分析，但是這樣是很低效的，這里我建議使用CAN分析儀進行數據抓包，下面我們繼續進行介紹。
CAN分析儀至于數據傳輸是否正確，可以使用CAN盒進行數據監聽，下面是我使用的一款CAN分析儀，如圖；
將CAN分析儀的CAN_H和CAN_L分別并聯到CAN收發器的CAN_H和CAN_L上，然后打開CAN分析儀廠家提供的PC軟件，就可以對CAN總線的數據進行監聽；
- 將CAN分析儀接入到CAN總線；
- 將CAN分析儀連接到電腦（這里是USB接口），需要配置相同的波特率；
- 打開CAN分析儀配套的PC軟件，進行數據的收發；
- 進行到這里，我在項目中遇到的問題是，發送正常，但是STM32F407無法接收到連續的數據，可以接收到一次數據，后面便無法再進入中斷。這時候，只能再芯片端進行Debug了。
這里的代碼用的HAL庫，庫版本相對來說比較老，是V1.7.10版本的，如下圖所示；
當時我把項目升級到最新的HAL庫，發現CAN部分的驅動改動比較大，另外，下文都是基于V1.7.10版本的HAL庫。
CAN控制器的初始化代碼如下所示；
void MX_CAN_Init(void)
{
CAN_FilterConfTypeDef sFilterConfig;
/*CAN單元初始化*/
hCAN.Instance = CANx; /* CAN外設 */
hCAN.pTxMsg = &TxMessage;
hCAN.pRxMsg = &RxMessage;
hCAN.Init.Prescaler = 6; /* BTR-BRP 波特率分頻器 定義了時間單元的時間長度 42/(1+6+7)/6 = 500Kbps */
hCAN.Init.Mode = CAN_MODE_NORMAL; /* 正常工作模式 */
hCAN.Init.SJW = CAN_SJW_1TQ; /* BTR-SJW 重新同步跳躍寬度 1個時間單元 */
hCAN.Init.BS1 = CAN_BS1_6TQ; /* BTR-TS1 時間段1 占用了6個時間單元 */
hCAN.Init.BS2 = CAN_BS2_7TQ; /* BTR-TS1 時間段2 占用了7個時間單元 */
hCAN.Init.TTCM = DISABLE; /* MCR-TTCM 關閉時間觸發通信模式使能 */
hCAN.Init.ABOM = ENABLE; /* MCR-ABOM 自動離線管理 */
hCAN.Init.AWUM = ENABLE; /* MCR-AWUM 使用自動喚醒模式 */
hCAN.Init.NART = DISABLE; /* MCR-NART 禁止報文自動重傳 DISABLE-自動重傳 */
hCAN.Init.RFLM = DISABLE; /* MCR-RFLM 接收FIFO 鎖定模式 DISABLE-溢出時新報文會覆蓋原有報文 */
hCAN.Init.TXFP = DISABLE; /* MCR-TXFP 發送FIFO優先級 DISABLE-優先級取決于報文標示符 */
HAL_CAN_Init(&hCAN);
/*CAN過濾器初始化*/
sFilterConfig.FilterNumber = 0; /* 過濾器組0 */
sFilterConfig.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK; /* 工作在標識符屏蔽位模式 */
sFilterConfig.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_32BIT; /* 過濾器位寬為單個32位。*/
/* 使能報文標示符過濾器按照標示符的內容進行比對過濾，擴展ID不是如下的就拋棄掉，是的話，會存入FIFO0。 */
sFilterConfig.FilterIdHigh = 0x0000; //(((uint32_t)0x1314<<3)&0xFFFF0000)>>16; /* 要過濾的ID高位 */
sFilterConfig.FilterIdLow = 0x0000; //(((uint32_t)0x1314<<3)|CAN_ID_EXT|CAN_RTR_DATA)&0xFFFF; /* 要過濾的ID低位 */
sFilterConfig.FilterMaskIdHigh = 0x0000; /* 過濾器高16位每位必須匹配 */
sFilterConfig.FilterMaskIdLow = 0x0000; /* 過濾器低16位每位必須匹配 */
sFilterConfig.FilterFIFOAssignment = 0; /* 過濾器被關聯到FIFO 0 */
sFilterConfig.FilterActivation = ENABLE; /* 使能過濾器 */
sFilterConfig.BankNumber = 14;
HAL_CAN_ConfigFilter(&hCAN, &sFilterConfig);
}根據注釋，可以大概看懂，另外再簡單分析一下關鍵的幾點；
- 波特率設置為 500Kbps；
- 對報文不進行過濾，可以接收任何擴展ID的數據；
雖然不進行任何過濾，但是還是無法接收到CAN回傳的數據，無法進入的接收中斷；
從STM32F407的編程手冊里了解到；
不難發現，CAN1的FIFO0產生接收中斷需要滿足三個條件中的任意一個；
- FMPIE0置1 且 FMP0置1；FIFO不為空會產生中斷
- FFIE0置1 且 FULL置1；FIFO滿，會產生中斷
- FOVIE0置1 且 FOVR0置1；FIFO溢出，會產生中斷
手冊里是這樣描述的，如下圖所示；
使用仿真器對芯片進行調試，設置斷點，發現FMPIE0被清空了，具體如下圖所示；
FMPIE0這一位是FIFO0中有掛起的消息會產生中斷的中斷使能標志位；
所以到這里，問題有點明朗了，為什么無法進入中斷？是中斷使能位被清空了。
那么下面就是檢查代碼，看看是哪里把中斷給disable了。
繼續調試，發現在ESR寄存器中，TEC的值一直增加，然后EWGF被值1了；具體如下所示；
TEC和REC分別是發送錯誤計數器和接收錯誤計數器；
如 CAN 協議所述，錯誤管理完全由硬件通過發送錯誤計數器（ CAN_ESR 寄存器中的 TEC 值）和接收錯誤計數器（ CAN_ESR 寄存器中的 REC 值）來處理，這兩個計數器根據錯誤 狀況進行遞增或遞減。有關 TEC 和 REC 管理的詳細信息，請參見 CAN 標準。兩者均可由軟件讀取，用以確定網絡的穩定性。此外， CAN 硬件還將在 CAN_ESR 寄存器中 提供當前錯誤狀態的詳細信息。通過 CAN_IER 寄存器（ ERRIE 位等），軟件可以非常靈活 地配置在檢測到錯誤時生成的中斷。
當TEC大于96的時候，硬件會將EWGF置1（錯誤警告標志位）；在代碼中找到了相應的宏定義；這下問題越來越清晰了。
全文搜索這個宏定義，在HAL_CAN_IRQHandler中找到了__HAL_CAN_DISABLE_IT(CAN_IT_FMP0)，關閉了FIFO0的消息掛起中斷， 整體代碼如下；
/**
* @brief Handles CAN interrupt request
* @param hcan: pointer to a CAN_HandleTypeDef structure that contains
* the configuration information for the specified CAN.
* @retval None
*/
void HAL_CAN_IRQHandler(CAN_HandleTypeDef* hcan)
{
uint32_t tmp1 = 0U, tmp2 = 0U, tmp3 = 0U;
uint32_t errorcode = HAL_CAN_ERROR_NONE;
/* Check Overrun flag for FIFO0 */
tmp1 = __HAL_CAN_GET_FLAG(hcan, CAN_FLAG_FOV0);
tmp2 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_FOV0);
if(tmp1 && tmp2)
{
/* Set CAN error code to FOV0 error */
errorcode |= HAL_CAN_ERROR_FOV0;
/* Clear FIFO0 Overrun Flag */
__HAL_CAN_CLEAR_FLAG(hcan, CAN_FLAG_FOV0);
}
/* Check Overrun flag for FIFO1 */
tmp1 = __HAL_CAN_GET_FLAG(hcan, CAN_FLAG_FOV1);
tmp2 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_FOV1);
if(tmp1 && tmp2)
{
/* Set CAN error code to FOV1 error */
errorcode |= HAL_CAN_ERROR_FOV1;
/* Clear FIFO1 Overrun Flag */
__HAL_CAN_CLEAR_FLAG(hcan, CAN_FLAG_FOV1);
}
/* Check End of transmission flag */
if(__HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_TME))
{
tmp1 = __HAL_CAN_TRANSMIT_STATUS(hcan, CAN_TXMAILBOX_0);
tmp2 = __HAL_CAN_TRANSMIT_STATUS(hcan, CAN_TXMAILBOX_1);
tmp3 = __HAL_CAN_TRANSMIT_STATUS(hcan, CAN_TXMAILBOX_2);
if(tmp1 || tmp2 || tmp3)
{
tmp1 = __HAL_CAN_GET_FLAG(hcan, CAN_FLAG_TXOK0);
tmp2 = __HAL_CAN_GET_FLAG(hcan, CAN_FLAG_TXOK1);
tmp3 = __HAL_CAN_GET_FLAG(hcan, CAN_FLAG_TXOK2);
/* Check Transmit success */
if(tmp1 || tmp2 || tmp3)
{
/* Call transmit function */
CAN_Transmit_IT(hcan);
}
else /* Transmit failure */
{
/* Set CAN error code to TXFAIL error */
errorcode |= HAL_CAN_ERROR_TXFAIL;
}
/* Clear transmission status flags (RQCPx and TXOKx) */
SET_BIT(hcan->Instance->TSR, CAN_TSR_RQCP0 | CAN_TSR_RQCP1 | CAN_TSR_RQCP2 |
CAN_FLAG_TXOK0 | CAN_FLAG_TXOK1 | CAN_FLAG_TXOK2);
}
}
tmp1 = __HAL_CAN_MSG_PENDING(hcan, CAN_FIFO0);
tmp2 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_FMP0);
/* Check End of reception flag for FIFO0 */
if((tmp1 != 0U) && tmp2)
{
/* Call receive function */
CAN_Receive_IT(hcan, CAN_FIFO0);
}
tmp1 = __HAL_CAN_MSG_PENDING(hcan, CAN_FIFO1);
tmp2 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_FMP1);
/* Check End of reception flag for FIFO1 */
if((tmp1 != 0U) && tmp2)
{
/* Call receive function */
CAN_Receive_IT(hcan, CAN_FIFO1);
}
/* Set error code in handle */
hcan->ErrorCode |= errorcode;
tmp1 = __HAL_CAN_GET_FLAG(hcan, CAN_FLAG_EWG);
tmp2 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_EWG);
tmp3 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_ERR);
/* Check Error Warning Flag */
if(tmp1 && tmp2 && tmp3)
{
/* Set CAN error code to EWG error */
hcan->ErrorCode |= HAL_CAN_ERROR_EWG;
}
tmp1 = __HAL_CAN_GET_FLAG(hcan, CAN_FLAG_EPV);
tmp2 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_EPV);
tmp3 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_ERR);
/* Check Error Passive Flag */
if(tmp1 && tmp2 && tmp3)
{
/* Set CAN error code to EPV error */
hcan->ErrorCode |= HAL_CAN_ERROR_EPV;
}
tmp1 = __HAL_CAN_GET_FLAG(hcan, CAN_FLAG_BOF);
tmp2 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_BOF);
tmp3 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_ERR);
/* Check Bus-Off Flag */
if(tmp1 && tmp2 && tmp3)
{
/* Set CAN error code to BOF error */
hcan->ErrorCode |= HAL_CAN_ERROR_BOF;
}
tmp1 = HAL_IS_BIT_CLR(hcan->Instance->ESR, CAN_ESR_LEC);
tmp2 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_LEC);
tmp3 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_ERR);
/* Check Last error code Flag */
if((!tmp1) && tmp2 && tmp3)
{
tmp1 = (hcan->Instance->ESR) & CAN_ESR_LEC;
switch(tmp1)
{
case(CAN_ESR_LEC_0):
/* Set CAN error code to STF error */
hcan->ErrorCode |= HAL_CAN_ERROR_STF;
break;
case(CAN_ESR_LEC_1):
/* Set CAN error code to FOR error */
hcan->ErrorCode |= HAL_CAN_ERROR_FOR;
break;
case(CAN_ESR_LEC_1 | CAN_ESR_LEC_0):
/* Set CAN error code to ACK error */
hcan->ErrorCode |= HAL_CAN_ERROR_ACK;
break;
case(CAN_ESR_LEC_2):
/* Set CAN error code to BR error */
hcan->ErrorCode |= HAL_CAN_ERROR_BR;
break;
case(CAN_ESR_LEC_2 | CAN_ESR_LEC_0):
/* Set CAN error code to BD error */
hcan->ErrorCode |= HAL_CAN_ERROR_BD;
break;
case(CAN_ESR_LEC_2 | CAN_ESR_LEC_1):
/* Set CAN error code to CRC error */
hcan->ErrorCode |= HAL_CAN_ERROR_CRC;
break;
default:
break;
}
/* Clear Last error code Flag */
hcan->Instance->ESR &= ~(CAN_ESR_LEC);
}
/* Call the Error call Back in case of Errors */
if(hcan->ErrorCode != HAL_CAN_ERROR_NONE)
{
/* Clear ERRI Flag */
hcan->Instance->MSR = CAN_MSR_ERRI;
/* Set the CAN state ready to be able to start again the process */
hcan->State = HAL_CAN_STATE_READY;
/* Disable interrupts: */
/* - Disable Error warning Interrupt */
/* - Disable Error passive Interrupt */
/* - Disable Bus-off Interrupt */
/* - Disable Last error code Interrupt */
/* - Disable Error Interrupt */
/* - Disable FIFO 0 message pending Interrupt */
/* - Disable FIFO 0 Overrun Interrupt */
/* - Disable FIFO 1 message pending Interrupt */
/* - Disable FIFO 1 Overrun Interrupt */
/* - Disable Transmit mailbox empty Interrupt */
__HAL_CAN_DISABLE_IT(hcan, CAN_IT_EWG |
CAN_IT_EPV |
CAN_IT_BOF |
CAN_IT_LEC |
CAN_IT_ERR |
CAN_IT_FMP0|
CAN_IT_FOV0|
CAN_IT_FMP1|
CAN_IT_FOV1|
CAN_IT_TME);
/* Call Error callback function */
HAL_CAN_ErrorCallback(hcan);
}
}最后，找到無法進入接收中斷的原因，是CAN總線出現發送錯誤的情況，從而觸發了錯誤警告標志位EWGF，進而將關閉了消息掛起中斷。
總結本文簡單介紹了在STM32F407上的CAN總線調試過程，項目中難免會遇到各種問題，解決之后，大家要及時做好總結和復盤，技術在于積累和沉淀，相互學習，共同進步。
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