分享STM32 CAN总线调试经验

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文章目录

  • 相关文章
  • 背景
  • CAN总线
  • CAN控制器
  • CAN收发器
  • 调试过程
  • 硬件排查
  • CAN分析仪
  • 芯片CAN控制器调试
  • 总结
  • 背景

    最近负责的一个项目用的主控芯片是STM32F407IGT6,需要和几个电机控制器进行通讯,有很多参数需要进行监控。负责固件开发的同事一直搞不定一个问题。就是开启CAN的接收中断,接收不到数据,问题卡了很久,一直无法闭环。

    CAN总线

    CAN总线是一种串行通信协议,用于在微控制器和其他设备之间传输数据。CAN总线通常用于汽车、工业自动化和机器人等领域。

    CAN总线的硬件通常由以下几个部分组成:

  • 控制器区域:包括CAN控制器和CAN收发器;
  • 总线电缆:用于连接CAN总线上的所有设备;
  • 终端电阻:用于终止总线,以减少反射和信号干扰;
  • 外部电源:用于为CAN总线提供电源;
  • CAN总线的控制器区域通常包括CAN控制器CAN收发器

  • CAN控制器负责处理CAN总线上的数据传输,包括数据发送和接收、错误检测和纠正等;
  • CAN收发器则负责将CAN控制器的信号转换为总线上的电信号,并将总线上的电信号转换为CAN控制器可以理解的信号。
  • CAN控制器

    主板上的芯片STM32F407IGT6中带有两路的CAN控制器,分别为CAN1CAN2,具体如下图所示;
    STM32F407中的CAN控制器

    CAN收发器

    主板上使用的是芯片SN65HVD230,这是TI公司的一款性能强大且具体低功耗功能的CAN收发器,具体的典型应用电路如下所示;
    CAN硬件

    调试过程

    硬件排查

    设备的调试过程中,首先要确保硬件链路上是否正常。最常见的方法就是直接用示波器进行检查。
    具体如下所示;

    1. 检查CAN控制器和CAN收发器之间是否正常;
    2. 检查CAN收发器的差分信号是否正常,这里可能要了解一下CAN总线电平的显性电平和隐性电平的特点,以及CAN底层协议的细节,会比较复杂;

    个人比较推荐使用上述步骤检查硬件链路是否存在问题,那如何对数据进行分析呢?当然可以对着示波器的波形一点一点进行分析,但是这样是很低效的,这里我建议使用CAN分析仪进行数据抓包,下面我们继续进行介绍。

    CAN分析仪

    至于数据传输是否正确,可以使用CAN盒进行数据监听,下面是我使用的一款CAN分析仪,如图;

    CAN分析仪
    将CAN分析仪的CAN_HCAN_L分别并联到CAN收发器的CAN_HCAN_L上,然后打开CAN分析仪厂家提供的PC软件,就可以对CAN总线的数据进行监听;
    实际连接情况

    1. 将CAN分析仪接入到CAN总线;
    2. 将CAN分析仪连接到电脑(这里是USB接口),需要配置相同的波特率;
    3. 打开CAN分析仪配套的PC软件,进行数据的收发;

      进行到这里,我在项目中遇到的问题是,发送正常,但是STM32F407无法接收到连续的数据,可以接收到一次数据,后面便无法再进入中断。
      这时候,只能再芯片端进行Debug了。

    芯片CAN控制器调试

    这里的代码用的HAL库,库版本相对来说比较老,是V1.7.10版本的,如下图所示;

    当时我把项目升级到最新的HAL库,发现CAN部分的驱动改动比较大,另外,下文都是基于V1.7.10版本的HAL库。

    CAN控制器的初始化代码如下所示;

    void MX_CAN_Init(void)
    {
    	CAN_FilterConfTypeDef  sFilterConfig;
    
    	/*CAN单元初始化*/
    	hCAN.Instance = CANx;             /* CAN外设 */
    	hCAN.pTxMsg = &TxMessage;
    	hCAN.pRxMsg = &RxMessage;
    
    	hCAN.Init.Prescaler = 6;          /* BTR-BRP 波特率分频器  定义了时间单元的时间长度 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 重新同步跳跃宽度 1个时间单元 */
    	hCAN.Init.BS1 = CAN_BS1_6TQ;      /* BTR-TS1 时间段1 占用了6个时间单元 */
    	hCAN.Init.BS2 = CAN_BS2_7TQ;      /* BTR-TS1 时间段2 占用了7个时间单元 */
    	hCAN.Init.TTCM = DISABLE;         /* MCR-TTCM  关闭时间触发通信模式使能 */
    	hCAN.Init.ABOM = ENABLE;          /* MCR-ABOM  自动离线管理 */
    	hCAN.Init.AWUM = ENABLE;          /* MCR-AWUM  使用自动唤醒模式 */
    	hCAN.Init.NART = DISABLE;         /* MCR-NART  禁止报文自动重传	  DISABLE-自动重传 */
    	hCAN.Init.RFLM = DISABLE;         /* MCR-RFLM  接收FIFO 锁定模式  DISABLE-溢出时新报文会覆盖原有报文 */
    	hCAN.Init.TXFP = DISABLE;         /* MCR-TXFP  发送FIFO优先级 DISABLE-优先级取决于报文标示符 */
    	HAL_CAN_Init(&hCAN);
    
    	/*CAN过滤器初始化*/
    	sFilterConfig.FilterNumber = 0;                    /* 过滤器组0 */
    	sFilterConfig.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK;  /* 工作在标识符屏蔽位模式 */
    	sFilterConfig.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_32BIT; /* 过滤器位宽为单个32位。*/
    	/* 使能报文标示符过滤器按照标示符的内容进行比对过滤,扩展ID不是如下的就抛弃掉,是的话,会存入FIFO0。 */
    	sFilterConfig.FilterIdHigh         = 0x0000;	//(((uint32_t)0x1314<<3)&0xFFFF0000)>>16;				/* 要过滤的ID高位 */
    	sFilterConfig.FilterIdLow          = 0x0000;	//(((uint32_t)0x1314<<3)|CAN_ID_EXT|CAN_RTR_DATA)&0xFFFF; /* 要过滤的ID低位 */
    	sFilterConfig.FilterMaskIdHigh     = 0x0000;			/* 过滤器高16位每位必须匹配 */
    	sFilterConfig.FilterMaskIdLow      = 0x0000;			/* 过滤器低16位每位必须匹配 */
    	sFilterConfig.FilterFIFOAssignment = 0;           /* 过滤器被关联到FIFO 0 */
    	sFilterConfig.FilterActivation = ENABLE;          /* 使能过滤器 */ 
    	sFilterConfig.BankNumber = 14;
    	HAL_CAN_ConfigFilter(&hCAN, &sFilterConfig);
      
    }
    

    根据注释,可以大概看懂,另外再简单分析一下关键的几点;

  • 波特率设置为 500Kbps;
  • 对报文不进行过滤,可以接收任何扩展ID的数据;
  • 虽然不进行任何过滤,但是还是无法接收到CAN回传的数据,无法进入的接收中断;

    从STM32F407的编程手册里了解到,
    CAN1的FIFO0的接收中断
    不难发现,CAN1FIFO0产生接收中断需要满足三个条件中的任意一个;

  • FMPIE01FMP01FIFO不为空会产生中断
  • FFIE01FULL1FIFO满,会产生中断
  • FOVIE01FOVR01FIFO溢出,会产生中断
  • 手册里是这样描述的,如下图所示;
    接收中断
    使用仿真器对芯片进行调试,设置断点,发现FMPIE0被清空了,具体如下图所示;

    FMPIE0这一位是FIFO0中有挂起的消息会产生中断的中断使能标志位;


    所以到这里,问题有点明朗了,为什么无法进入中断?是中断使能位被清空了。

    那么下面就是检查代码,看看是哪里把中断给disable了。

    继续调试,发现在ESR寄存器中,TEC的值一直增加,然后EWGF被值1了;具体如下所示;

    TECREC分别是发送错误计数器和接收错误计数器;

    如 CAN 协议所述,错误管理完全由硬件通过发送错误计数器( CAN_ESR 寄存器中的 TEC
    值)和接收错误计数器( CAN_ESR 寄存器中的 REC 值)来处理,这两个计数器根据错误
    状况进行递增或递减。有关 TEC 和 REC 管理的详细信息,请参见 CAN 标准。
    两者均可由软件读取,用以确定网络的稳定性。此外, CAN 硬件还将在 CAN_ESR 寄存器中
    提供当前错误状态的详细信息。通过 CAN_IER 寄存器( ERRIE 位等),软件可以非常灵活
    地配置在检测到错误时生成的中断。

    TEC大于96的时候,硬件会将EWGF1(错误警告标志位);在代码中找到了相应的宏定义;这下问题越来越清晰了。


    全文搜索这个宏定义,在HAL_CAN_IRQHandler中找到了__HAL_CAN_DISABLE_IT(CAN_IT_FMP0),关闭了FIFO0的消息挂起中断,
    整体代码如下;

    /**
      * @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,找到无法进入接收中断的原因,是CAN总线出现发送错误的情况,从而触发了错误警告标志位EWGF,进而将关闭了消息挂起中断。

    总结

    本文简单介绍了在STM32F407上的CAN总线调试过程,解决了一个数据接收的问题,简单整理了一下调试的过程和思路。不过本人能力有限,难免存在错误和纰漏,请不吝赐教,如果文章帮到了你,点赞支持一下👍👍👍

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