第12章增強型控制器局域網(wǎng)(eCAN)

第12章增強型控制器局域網(wǎng)（eCAN）12.1CAN總線概述12.1.1CAN網(wǎng)絡(luò)和模塊12.1.2CAN協(xié)議概述12.2TMS320F281xeCAN模塊概述12.2.1TMS320F281xeCAN的結(jié)構(gòu)與特點12.2.2eCAN的工作模式12.2.3eCAN的內(nèi)存映射12.2.4eCAN的消息對象和消息郵箱12.2.5eCAN的寄存器周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院12.3eCAN的配置12.3.1eCAN的波特率配置12.3.2eCAN的初始化12.3.3eCAN的配置步驟12.3.4消息的發(fā)送操作12.3.5消息的接收操作12.3.6遠程幀郵箱的處理12.3.7eCAN的中斷12.3.8eCAN的本地斷電模式周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院在C28xDSP中使用的增強型控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（eCAN）模塊與現(xiàn)行的CAN2.0標(biāo)準(zhǔn)兼容。它可使用已制定的協(xié)議在存在電子噪聲的環(huán)境中與其他控制器進行串行通信。借助32個完全可配置的郵箱和時間標(biāo)志（time-stamping）特性，eCAN模塊提供了一種具有通用性和魯棒性的串行通信接口。本章在CAN2.0基礎(chǔ)上，介紹C281xeCAN接口的結(jié)構(gòu)、工作方式、寄存器、中斷等內(nèi)容，并以詳細的實例來介紹如何使用eCAN接口收發(fā)報文。周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院12.1CAN總線概述CAN是控制器局域網(wǎng)（ControllerAreaNetwork）的簡稱，是德國博世公司為了解決各種各樣的汽車電子控制系統(tǒng)之間的高速通信開發(fā)的通信協(xié)議。此后，CAN通過ISO11898及ISO11519進行了標(biāo)準(zhǔn)化，成為歐洲汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。CAN的高性能和可靠性已被認同，并被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面?，F(xiàn)場總線是當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點之一，被譽為自動化領(lǐng)域的計算機局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實現(xiàn)各節(jié)點之間實時、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強有力的技術(shù)支持。周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院

控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)使用一個串行多主機通信協(xié)議，此協(xié)議有效地支持分布式實時控制，具有非常高的安全級別，并且通信速率可達1Mbps。CAN總線是嘈雜和惡劣的環(huán)境，如汽車和其他要求可靠通信的工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的理想選擇。高達8字節(jié)數(shù)據(jù)長度的已設(shè)定優(yōu)先級的消息可以通過多主機串行總線發(fā)送，此總線使用一個仲裁協(xié)議和一個錯誤檢測機制來確保高度的數(shù)據(jù)完整性。

12.1.1CAN網(wǎng)絡(luò)和模塊周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院隨著CAN總線在各個行業(yè)和領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對其通信格式標(biāo)準(zhǔn)化也提出了更嚴(yán)格的要求。1991年CAN總線技術(shù)規(guī)范（Version2.0）制定并發(fā)布。該技術(shù)規(guī)范共包括A和B兩個部分。其中2.0A給出了CAN報文標(biāo)準(zhǔn)格式。2.0B給出了標(biāo)準(zhǔn)的和擴展的兩種格式，不同之處在于標(biāo)識符的長度不同：具有11為標(biāo)識符的幀稱為標(biāo)準(zhǔn)幀，29位標(biāo)識符的幀稱為擴展幀。CAN網(wǎng)絡(luò)中交換與傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元稱為報文，報文也是網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膯挝?，傳輸過程中會不斷地將數(shù)據(jù)封裝成幀來進行傳輸。幀是一定格式組織起來的數(shù)據(jù)，一個報文通常由多幀組成。報文傳輸有4個幀類型來表示和控制：數(shù)據(jù)幀、遠程幀、錯誤幀和過載幀。

12.1.2CAN協(xié)議概述周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院1.數(shù)據(jù)幀周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院2.遠程幀周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院3.錯誤幀周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院4.過載幀周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院5.幀間空間周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院eCAN是一個帶有內(nèi)部32位架構(gòu)的CAN控制器。eCAN控制器為CPU提供CAN協(xié)議2.0B版本的完全功能。CAN控制器最大限度地減少了CPU在通信開銷中的負載，并通過提供額外的特性提高了CAN標(biāo)準(zhǔn)。eCAN模塊的結(jié)構(gòu)由一個CAN協(xié)議內(nèi)核(CPK)和一個消息控制器組成。12.2TMS320F281xeCAN模塊概述周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院CPK有兩個主要功能：（1）根據(jù)CAN協(xié)議對在CAN總線上接收的所有消息進行譯碼并把這些消息發(fā)給接收緩沖器。（2）根據(jù)CAN協(xié)議把消息發(fā)送到CAN總線上。CAN控制器的消息控制器負責(zé)決定是否由CPK接收的任何消息必須被保留，以便供CPU使用或是被丟棄。在初始化階段，CPU對消息控制器制定了所有可用的消息標(biāo)識符。消息控制器也負責(zé)根據(jù)消息的優(yōu)先級來發(fā)送傳輸給CPK的消息。周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院12.2.1TMS320F281xeCAN的結(jié)構(gòu)與特點周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院eCAN模塊有兩種工作模式：SCC模式和eCAN模式。eCAN模式同時支持11位和29位的標(biāo)識碼，是一個32位的控制器。eCAN的有些寄存器（如控制寄存器）必須以32位方式訪問；一些寄存器（如時間標(biāo)識寄存器）和郵箱所在的RAM范圍可以以8位、16位或32位方式訪問。eCAN對信息的接收和發(fā)送是基于郵箱的，共有32個郵箱，占用512字節(jié)RAM。每個郵箱都可以有自己獨立的ID，獨立配置成接收郵箱或發(fā)送郵箱，也可以禁止不用。這樣大大增加了數(shù)據(jù)的容量和信息的處理能力。SCC模式是eCAN模式的簡化功能模式，同樣支持11位和29位的標(biāo)識碼，但該模式只有16個郵箱（郵箱號0-15）可用，沒有時間標(biāo)記功能，可用的接收屏蔽寄存器數(shù)目也少。該模式為默認狀態(tài)。此模式下可以通過主控制寄存器（CANMC）中SCB位的置“1”來進入eCAN模式。12.2.2eCAN的工作模式周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院12.2.3eCAN的內(nèi)存映射周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院eCAN模塊有32個不同的消息對象（郵箱）。每個消息對象可以配置為發(fā)送或接收。每個消息對象有其各自的接受屏蔽。一個消息對象由一個消息郵箱組成，其中包括：?29位的消息標(biāo)識符?消息控制寄存器?8字節(jié)的信息數(shù)據(jù)?一個29位接受屏蔽?一個32位時間戳?一個32位超時值此外，位于寄存器中的相應(yīng)的控制和狀態(tài)位允許對消息對象的控制。12.2.4eCAN的消息對象和消息郵箱1.消息對象周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院eCAN模塊有32個不同的消息郵箱，每個消息對象可配置成發(fā)送或接收郵箱，每個消息目標(biāo)都有自己的接收濾波器。消息郵箱用來存儲接收到的CAN消息，或存放等待發(fā)送的CAN消息。消息郵箱映射到RAM存儲器，CAN消息被接收后或被傳輸前存儲在這些存儲器中。CPU可以使用消息郵箱中不被用來存儲消息的RAM區(qū)用作普通內(nèi)存。2.消息郵箱周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院每個郵箱包含：?消息標(biāo)識符–29位擴展標(biāo)識符–11位標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識符?標(biāo)識符擴展位，IDE(MSGID.31)?接受屏蔽使能位，AME(MSGID.30)?自動應(yīng)答模式位，AAM(MSGID.29)?發(fā)送優(yōu)先級，TPL(MSGCTRL.12-8）?遠程傳輸請求位，RTR(MSGCTRL.4)?數(shù)據(jù)長度代碼，DLC(MSGCTRL.3-0)?多達8字節(jié)的數(shù)據(jù)區(qū)字段周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院12.2.5eCAN的寄存器周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院前面已經(jīng)對eCAN模塊寄存器進行了介紹，下面來了解如何使用這些控制寄存器來實現(xiàn)對eCAN模塊的功能配置。12.3eCAN的配置周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院比特率是按每秒比特計算，如下Bitrate=SYSCLKOUT/（BRP×BitTime）在這里，BitTime是每比特時間定額（TQ）數(shù)量。SYSCLKOUT是CAN模塊系統(tǒng)的時鐘頻率，與CPU的時鐘頻率一樣。BRP是BRPreg+1(CANBTC.23-16)的值。位時間定義如下：Bittime=(TSEG1reg+1)+(TSEG2reg+1)+112.3.1eCAN的波特率配置周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院在使用CAN模塊前必須將其初始化。初始化行為只能在CAN模塊的初始化狀態(tài)下進行。圖12-10是TMS320F2812eCAN模塊初始化流程圖。設(shè)置CCR(CANMC.12)=1進入eCAN初始化模式。只有在CCE(CANES.4)=1時，才可以進行初始化。此后，可以對配置寄存器進行操作。對SCC模式來說，對全局接受屏蔽寄存器（CANGAM）和SCC的兩個局部接受屏蔽寄存器[LAM(0)和LAM(3)]的修改，也必須在初始化模式中執(zhí)行。通過設(shè)定(CCRCANMC.12)=0，模塊再次被激活。硬件復(fù)位后，初始化模式被激活。需要說明的是：若寄存器CANTBC的值設(shè)定為0或某一初始值，CAN將不能脫離初始化工作模式。即當(dāng)清除CCR位后，CEE位（CANES.4）將保持為1。12.3.2eCAN的初始化周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院圖12-10eCAN初始化順序

周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院配置eCAN的操作，必須執(zhí)行以下步驟：Step1.使能CAN模塊時鐘。Step2.將CANTX和CANRX引腳設(shè)定為CAN功能引腳，指令：(1)CANTIOC.3:0=0x08(2)CANTIOC.3:0=0x08Step3.復(fù)位后，CCR位(CANMC.12)和CCE位(CANES.4)設(shè)置為1。此時用戶能夠配置位定時配置寄存器（CANBTC）。如果CCE位被置位(即CANES.4=1)，則執(zhí)行下一步；否則，置位CCR位(CANMC.12=1)，并等待，直到CCE位置位(CANES.4=1)。Step4.對CANBTC寄存器寫入合適的數(shù)值，并確保TSEG1和TSEG2不為0。如果它們?yōu)?，則eCAN模塊不能退出初始化模式。Step5.對于SCC模式，接收郵箱可編程為接收屏蔽方式。例如：寫入LAM(3)=0x3C0000h

12.3.3eCAN的配置步驟周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院Step6.對主控制寄存器(CANMC)編程指令：(1)清除CCR：(CANMC.12)=0(2)清除PDR：(CANMC.11)=0(3)清除DBO：(CANMC.10)=0(4)清除WUBA：(CANMC.9)=0(5)清除CDR：(CANMC.8)=0(6)清除ABO：(CANMC.7)=0(7)清除STM：(CANMC.6)=0(8)清除SRES：(CANMC.5)=0(9)清除MBNR：(CANMC.4-0)=0Step7.將MSGCTRLn寄存器的所有位初始化為0。Step8.驗證CCE位是否被清0(CANES.4=0)，如果被清0則表明CAN模塊已被配置。周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院為了傳輸一個消息，必須首先進行郵箱的配置，本例中以郵箱1為例進行郵箱配置：1.將CANTRS寄存器中適當(dāng)位清0：CANTRS.1=0（由于向CANTRS寫入0無效，設(shè)置CANTRR.1=1，并等待直到CANTRS.1=0）。如果RTR=1，則可以發(fā)送遠程幀。一旦發(fā)送遠程幀，CAN模塊將對郵箱的CANTRS位清0。同一節(jié)點可以用來向其他節(jié)點請求數(shù)據(jù)幀。2.通過清除郵箱使能寄存器CANME的相應(yīng)位來禁用郵箱，CANME.1=1。3.裝載郵箱消息標(biāo)識符寄存器MSGID。對于正常的發(fā)送郵箱(MSGID.30=0和MSGID.29=0)，清除AME（MSGID.30）和AAM(MSGID.29)位。正常運行過程中，該寄存器一般不會被修改。只有在郵箱被禁用時，才能修改。例如：(1)寫入MSGID(1)=0x15AC0000(2)將數(shù)據(jù)的長度寫入消息控制字段寄存器MSGCTRL的DLC區(qū)(MSGCTRL.3:0)。通常，RTR標(biāo)志會被清0，即MSGCTRL.4=0。(3)通過清除CANMD寄存器的相應(yīng)位來設(shè)置郵箱方向，即CANMD.1=0。4.設(shè)置寄存器中相應(yīng)的位，即CANME.1=1，啟用郵箱。12.3.4消息的發(fā)送操作周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院郵箱配置完成，可以進行消息的發(fā)送，這里仍以郵箱1為例，發(fā)送一條消息，步驟如下：1.將消息數(shù)據(jù)寫入郵箱數(shù)據(jù)區(qū)域。(1)由于DBO置為0(CANMC.10=0)，MSGCTRL(1)=2，所以數(shù)據(jù)存儲在CANMDL(1)的2個最高有效字節(jié)中。(2)寫入CANMDL(1)=xxxx0000h2.將發(fā)送請求寄存器的對應(yīng)標(biāo)志位置1(CANTRS.1=1)，啟動消息的發(fā)送。此后，CAN模塊將監(jiān)控CAN消息的傳輸過程。3.等待相應(yīng)郵箱的發(fā)送應(yīng)答標(biāo)志位置位(TA.1=1)。發(fā)送成功后，CAN模塊置位此標(biāo)志位。4.無論傳輸成功或中止，CANTRS標(biāo)志位都將復(fù)位為0(CANTRS.1=0)。5.為了下一次發(fā)送，必須將發(fā)送應(yīng)答位必須清0。(1)設(shè)置CANTA.1=1。(2)等待，直至CANTA=0。6.若要在同一郵箱發(fā)送其他消息，則必須更新郵箱RAM數(shù)據(jù)。置位CANTRS.1來啟動下一次發(fā)送。寫入郵箱RAM中的可以是16位或32，但eCAN模塊總是從偶數(shù)地址處返回32位數(shù)值。CPU要接收所有32位或其中的一部分。周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院為了接收消息，要配置接收郵箱，本例中以郵箱3為例，完成接收郵箱的配置，步驟如下：1.通過清除郵箱使能寄存器CANME的相應(yīng)位來禁用郵箱。即CANME.3=02.將選定的標(biāo)識符寫入對應(yīng)的信息標(biāo)志符MSGID。標(biāo)識符擴展位必須配置為期望的標(biāo)識符。如果使用接收屏蔽，接收屏蔽使能位AME必須置1（即MSGID.30=1）。例如：寫入MSGID(3)=0x4f7800003.如果AME位已設(shè)置為1，則必須對相應(yīng)的接收屏蔽寄存器編程。例如，LAM(3)=0x03c0000。4.通過設(shè)置郵箱方向寄存器的相應(yīng)標(biāo)識為(CANMD.3=1)，郵箱被配置為一個接收郵箱。需要注意的是，應(yīng)確保此操作不會影響該寄存器中的其它位。5.如果需要保護郵箱中的數(shù)據(jù)，則要對過沖保護寄存器CANOPC進行編程。如果不允許消息丟棄，這種保護是非常有用的。如果對CANOPC進行置位，則需要軟件確保配置一個附加的郵箱（緩存郵箱）來存儲“溢出”的消息。否則，消息可能會丟失。例如，寫入CANOPC.3=16.通過設(shè)置郵箱使能寄存器CANME中相應(yīng)的標(biāo)志為來啟用郵箱。具體為：先讀取CANME，后回寫CANME(CANME|=0x0008)來確保沒有其他標(biāo)志位被意外修改。至此，接收郵箱配置完成，任何針對該郵箱的輸入消息都將被自動處理。12.3.5消息的接收操作周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院郵箱接收配置完成，可以進行消息的接收工作，仍以郵箱3為例，實現(xiàn)接收一條消息，具體步驟如下：1.當(dāng)接收到一條消息時，接收消息等待寄存器(CANRMP)的相應(yīng)標(biāo)志位被置為1，并產(chǎn)生一個中斷（前提是初始化了接收中斷）。2.之后，CPU將從郵箱RAM讀取消息。在CPU從郵箱讀取消息之前，應(yīng)先將CANRMP位清0(CANRMP.3=1)。3.CPU需檢查接收消息丟失標(biāo)志RML.3是否為1。根據(jù)應(yīng)用程序的要求，CPU來決定如何處理這種情況。4.讀取數(shù)據(jù)后，CPU需要檢查CANRMP位是否被eCAN模塊重新置位。如果CANRMP被置為1，則說明數(shù)據(jù)有可能已損壞，此時，CPU需要再次讀取數(shù)據(jù)。至此，完成了接收郵箱的接收配置和消息的接收工作。周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院遠程幀處理有兩個功能:一個功能是本模塊針對來自另一個節(jié)點的數(shù)據(jù)請求，另一個功能是由另一個節(jié)點發(fā)出數(shù)據(jù)請求而由本模塊進行應(yīng)答。1.向另一個節(jié)點請求數(shù)據(jù)（1）為了向另一個節(jié)點請求數(shù)據(jù)，本節(jié)點應(yīng)配置為接收郵箱。對接收節(jié)點需要進行如下操作：（2）把消息控制區(qū)域寄存器（CANMSGCTRL）中的RTR位置1.（3）把正確的標(biāo)識符寫入到消息標(biāo)識符寄存器（MSGID）中。（4）置位該郵箱的CANTRS標(biāo)志。（5）當(dāng)接收到應(yīng)答數(shù)據(jù)后，模塊把數(shù)據(jù)存儲在該郵箱中并置位RMP位。（6）讀取接收的數(shù)據(jù)12.3.6遠程幀郵箱的處理周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院2.應(yīng)答一個遠程請求(1)把目標(biāo)郵箱配置為發(fā)送郵箱。(2)在使能郵箱之前，置位MSGID寄存器中的自動應(yīng)答模式位（AAM）（MSGID.29）。(3)更新數(shù)據(jù)區(qū)。(4)通過置位CANME標(biāo)志來使能該郵箱。當(dāng)接收到從另一個節(jié)點來的遠程請求時，TRS標(biāo)志被自動置位（啟動數(shù)據(jù)發(fā)送），而后數(shù)據(jù)被發(fā)送到那個節(jié)點。接收消息和發(fā)送消息具有相同的標(biāo)識符。在發(fā)送數(shù)據(jù)以后，TA標(biāo)志位被置位。而后CPU可以進行數(shù)據(jù)更新。周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院有兩種不同類型的中斷。一種中斷類型是郵箱相關(guān)的中斷，例如，接收消息等待中斷或中止確認中斷。另一中斷類型是用來處理錯誤或與系統(tǒng)相關(guān)的中斷，例如，被動錯誤中斷或喚醒中斷。下列事件可以啟動兩個中斷中的一個：1.郵箱中斷(1)消息接收中斷：收到一個消息(2)信息傳輸中斷：成功一個發(fā)送消息(3)中止確認中斷：等待傳輸被中止(4)接收消息丟失中斷：舊消息被一個新消息（在舊郵件被讀取前）寫覆蓋(5)郵箱超時中斷（只在eCAN模式）：在預(yù)定的時間幀內(nèi)其中一條消息沒有被發(fā)送或未收到12.3.7eCAN的中斷周鵬安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院大學(xué)電氣工程學(xué)院

2.系統(tǒng)中斷(1)寫入拒絕中斷：CPU試圖寫入一個郵箱，但不被允許(2)喚醒中斷：在一個喚醒后中產(chǎn)生中斷(3)總線關(guān)閉中斷：CAN模塊進入總線關(guān)閉狀態(tài)(4)被動錯誤中斷：CAN模塊進入被動錯誤模式(5)警告級別中斷：一個或兩個錯誤計數(shù)器都大于或等于96(6)時間戳計數(shù)器溢出中斷（只適用于eCAN）：時間戳計數(shù)器發(fā)生溢出周鵬安