Freescale CAN模块用户手册.docx
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FreescaleCAN模块用户手册
CAN模块用户手册
1.引言
FlexCAN（FC）模块实现控制器局域网络协议（CAN）通信。
CAN是一种用于汽车和工业控制系统异步通讯协议，是高速（1Mbit/sec）、短时间间隔、基于优先级的协议，能够使用多种通讯媒介（例如：
光缆，非屏蔽线对等）。
FlexCAN模块同时支持CAN协议规范2.0版、B部分所规定的标准帧和扩展帧。
CAN协议主要——但不是仅仅地用于车辆串行总线，面对这样的特殊要求现场：
实时处理、车辆电磁干扰环境的可靠操作、成本效率和需要的带宽等。
本文档理论上采用CAN协议2.0版的一般应用知识。
更详细的参见CAN协议规范2.0版。
2.功能说明
•基于并包含所有现有的TouCAN模块功能。
•IP接口结构。
•完全实现CAN协议规范2.0
—标准数据和远程帧（直到109位长度）
—扩展数据和远程帧（直到127位长度）
—0—8字节数据长度。
—可编程位速率直到1Mbit/sec。
•多达16个0—8字节长度的弹性信息缓存器，各自可以配置为接收或传输，所有的都支持标准帧和扩展帧。
•允许单侦听模式。
•内容相关的寻址。
•无读/写信号。
•三个可编程过滤寄存器：
—全局过滤（用于MBs0-13）
—MB14专用
—MB15专用
•独立于传输介质（假设使用外部收发器）。
•开放的网络架构。
•
多主总线。
•高度抗电磁干扰。
•高优先级信息短延迟时间。
•低功耗睡眠模式，可编程
总线活动唤醒。
3.结构图
图1：
4.典型的CAN系统图
图2
每个CAN站点物理上通过一个收发器连接到CAN总线，收发器提供CAN总线上通讯所需的传输驱动、波形，以及接受/比较等功能，还提供保护以预防不良的总线或站点对FlexCAN模块造成损坏。
5.信息缓存
1
2
3
4
5
5.1信息缓存器结构。
图3说明扩展（29-bit）ID信息缓存器结构；图4说明标准（11-bit）ID信息缓存器结构。
图3
图4
5.2扩展和标准格式帧的公共字段。
如表1：
表1：
公共字段
字段
描述
TIME
STAMP
时间戳。
装载CAN总线上本帧ID开始时捕捉的自由运行定时器的高字节值的拷贝。
CODE
参见表2和表3
LENGTH
（接收时）
存储在缓存器地址偏移量$3到$6中的接收到的数据长度。
该字段由FlexCAN模块填写，拷贝自接收数据的DLC字段。
万一接收到的DLC字段的值超过8，则只有前8个接收到的数据字节被保存。
LENGTH
（发送时）
位于缓存器地址偏移量$3到$6中的待发送数据长度。
该字段由器件填写，用于作为DLC字段的值。
如果远程传送请求（RTR）=1，本帧作为远程帧，DATA字段不被传输，从而忽略LENGTH的值。
DATA
数据。
本字段存储帧数据直到8字节。
对于接收帧，这些数据作为从总线上收到的数据存储；对于发送帧，器件提供所需要发送的帧内数据。
Reserved
保留字。
该字的整个字段（16Bit）器件不能访问。
改字用于内部测试，不允许以任何方式访问。
表2：
接收缓存器编码
接收新帧前
描述
新帧收到后
注释
0000
NOTACTIVE：
信息缓存未激活
——
——
0100
EMPTY：
信息缓存有效且是空的
0010
——
0010
FULL：
信息缓存满
0110
如果器件读取发生在新帧到来之前，新接收码是：
0010
0110
OVERRUN：
在器件读取第一个信息之前，第二个信息写入填满的缓存。
0101*
BUSY：
信息缓冲正在被新接收的帧填写。
这种情形将在20周期内清除。
0010
填写了空缓存
0011*
0110
填写了满缓存
0111*
0110
填写了已经溢出的缓存
*对于发送信息缓存，读的时候应忽略BUSY位。
表3：
发送缓存器编码
RTR
初始值
描述
发送之后
X
1000
信息缓存器没有准备好发送
——
0
1100
数据帧无条件传送一次。
1000
1
1100
远程帧传送一次，并且信息缓冲器转换成数据帧的接收信息缓存。
0100
0
1010*
数据帧仅作为远程帧的响应传送。
1010
0
1110
数据帧无条件传送一次，然后仅作为远程帧的响应。
1010
*当检测到匹配的远程请求帧，这样的信息缓冲编码变为1110。
5.3仅用于扩展模式帧的字段。
表4：
扩展帧
字段
描述
ID[28:
18]/[17:
15]
包含14个扩展标识的最高位，位于信息缓冲区的IDHIGH字。
置换远程请求
（SRR）
包含一个确定的隐性位，仅用于扩展模式，对于发送缓冲，需将此位置1，对于接收帧将按在总线上收到的来保存，该位位于信息缓冲区（MB）的IDHIGH字。
如果FlexCAN模块发送了一个值，并收到了匹配的响应，预示着一个成功的位传送。
无论如何，如果FlexCAN模块以“1”来传送此位，但却收到它为“0”，预示着失去了仲裁；并且，如果FlexCAN模块以“0”来传送此位，但却收到它为“1”，意味着发生了1个位错误。
ID扩展
（IDE）
如果使用扩展帧，该字段必须设置为“1”，如为“0”，将使用标准帧。
该位位于信息缓冲区（MB）的IDHIGH字。
ID[14:
0]
扩展标识符ID的位[14:
0]，位于信息缓冲区（MB）的IDLOW字。
远程发送请求（RTR）
该位是信息缓冲区（MB）的IDLOW字的最低位（LSB）：
0：
数据帧；
1：
远程帧。
5.4仅用于标准模式帧的字段。
表5：
标准帧
字段
描述
ID[28:
18]
包含位[28:
18]，位于信息缓冲区（MB）的IDHIGH字。
该寄存器的四个最低位（LSBs）（对应于扩展帧的IDE位和ID[17:
15]），必须全部写为逻辑0，以确保FlexCAN模块的正确操作，图示于第4节。
远程发送请求（RTR）
该位是信息缓冲区（MB）的IDLOW字的最低位：
0：
数据帧；
1：
远程帧。
如果FlexCAN模块发送了一个值，并收到了匹配的响应，预示着一个成功的位传送。
无论如何，如果FlexCAN模块以“1”来传送此位，但却收到它为“0”，预示着失去了仲裁；并且，如果FlexCAN模块以“0”来传送此位，但却收到它为“1”，意味着发生了1个位错误。
16-BitTimeStamp
16位时间戳，位于信息缓冲（MB）的IDLOW字,标准帧是不需要的。
在标准信息缓存中，它用于保存自由运行定时器的16位值，该定时器值是ID字段开始在CAN总线上传输时捕捉的。
6.功能概述
FlexCAN模块是弹性的，允许它的16个信息缓存（MBs）中的各个分配为传输缓冲或接收缓冲，各MB也可以分配中断标志位，指示传输或接收成功完成。
注：
对于所有的过程，准备MB的第一个动作应当是通过将它的CODE字段设为适当的值将其变成非活动状态。
这个要求是强制性的，以确保正确的操作。
6
6.1发送过程
器件通过执行以下的步骤准备或转换为发送MB：
•写控制/状态字（Control/Statusword）保持发送MB处于非活动状态（CODE=1000）；
•写入ID_HIGH和ID_LOW字；
•写入数据字节；
•写控制/状态字（Control/Statusword）（激活码CODE,LENGTH）
注：
第一和最后一步是强制性的。
从最后一步开始，该MB将参加内部仲裁过程，该过程发生在每次接收，或帧间时隙，检测到CAN总线空闲以及至少一个MB准备发送。
内部仲裁旨在选择下一个发送的MB。
当该过程结束传输仲裁胜出的MB帧将传送至串行信息缓存（SMB,参见6.3.1节）以发送（传出）。
发送过程中，FlexCAN模块传输多达8字节的DATA字段，即使LENGTH字段得值更大。
（当LENGTH>8，传输的帧中DLC=8）
在成功传输结束后：
•自由运行定时器的值（ID字段开始在CAN总线上传输时捕捉的）写入MB的TIME_STAMP字段。
•MB控制/状态字（Control/Statusword）中的CODE字段更新。
•中断标志寄存器的某状态标志置位（FCIFLAG1，8.12节）。
6.1.1传输中断。
如果对应的FCIMASK1位置位，每个MB都可以成为中断源。
对于特定的MB，接收和发送中断并没有区别。
更多关于FCIMASK1和中断的信息参见第8.11、8.12和第9节。
6.1.2传输轮询。
如果使用软件轮询来发送，必须读FCIFLAG1寄存器来确定发送状态。
警告：
不要通过读MB的控制状态字来确定发送状态，因为这个程序将导致此MB锁定。
更多信息参见8.12节FCIFLAG1寄存器。
6.2接收过程。
器件通过执行以下的步骤准备或转换为接收MB：
•写MB的控制/状态字（Control/Statusword）保持接收寄存器为非活动状态（CODE=0000）；
•写入ID_HIGH和ID_LOW字；
•写控制/状态字（Control/Statusword）指明该MB为活动的和空的（CODE=0100）。
注：
第一步和最后一步是强制性的。
从最后一步开始，该MB是一个活动的接收缓冲器，并参加内部的匹配过程，发生在每次收到无误的帧。
在此过程中，所有的活动的接收寄存器将自己的ID与更新的接收的ID相比较，如果发生了匹配事件，该帧将传送（移进）至第一个（最低入口）匹配的MB。
自由运行定时器的值（捕捉于IDENTIFIER字段开始在CAN总线上传输时的时刻），写入MB的TIME_STAMP字段。
ID字段、DATA字段（最多8字节）、以及LENGTH接着被存入，CODE字段被更新，以及，中断标志寄存器（FCIFLAG1）中的一个BUFnnI标志置位。
器件应当按照以下的方法从MB中读取接收的帧：
•控制/状态字（Control/Statusword）（必须的，激活本缓存的内部锁定）；
•ID（可选——仅当使用屏蔽时才是必要地）；
•DATA字段的字；
•自由运行定时器（释放内部锁定——可选）。
对于自由运行定时器的读取不是必须的，如果没有执行，该MB将保持锁定，除非器件开始了读取另一个MB的过程。
注：
在任何时刻仅有单个MB是锁定的。
唯一必须的器件操作是读控制/状态字（Control/Statusword），以确保数据的一致性。
如果BUSY位置位，器件需要推迟操作直到此位清零。
注：
接收到的IDENTIFIER字段总是存储在匹配的MB中，因此MB中ID字段的内容可能由MASK导致改变。
注：
如果数据字节数是奇数（如LENGTH字段指示），则最后一字节将被重复以填充16位的字。
接受的全部数据字段在移进时写入，故此如果接受的字节数少于8，未使用的字节不会保持它们以前的值。
6.2.1接收中断。
如果对应的FCIMASK1位置位，每个MB都可以成为中断源。
对于特定的MB，接收和发送中断并没有区别。
更多关于FCIMASK1和中断的信息参见第8.11、8.12和第9节。
6.2.2接收轮询。
如果使用软件来进行接收轮询，必须读FCIFLAG1寄存器来确定发送状态。
警告：
不要通过读MB的控制状态字来确定接收状态，因为这个过程将导致此MB锁定。
更多信息参见8.12节FCIFLAG1寄存器。
6.2.3自接收的帧。
如果匹配的接收MB存在，FlexCAN模块收到自己发送的帧。
6.3信息缓冲管理。
为维护数据的一致性和正确的FlexCAN操作，器件必须遵从6.1和3.2节所列的规则。
解除MB活动是一个核心动作，导致MB拒绝来自FlexCAN的发送和接收过程。
任何对MB结构的控制/状态字（Control/Statusword）的写访问会解除MB活动，该过程使其排斥收/发进程。
任何形式的FlexCAN模块内部的MB访问（不同于6.1和6.2节指明的）将导致FlexCAN模块不可预知的行为。
匹配/仲裁过程仅在一个周期期间由FlexCAN模块来完成。
一旦确定了胜出或匹配，就没有任何的重新评估动作，以保证接收帧不会丢失。
如果在FlexCAN扫描第二个之后解除了匹配的MB的活动，则两个或更多的接收MB对接收帧持有匹配的ID也不能确保接收。
假设MB0和MB1被设置为接收匹配同一个ID的帧，最低号数的MB（MB0）对接收信息具有优先权，如果收到了匹配的ID，将移入MB0。
但如果MB0被锁定，信息将逗留在串行信息缓冲区（SMB），如6.3.1节讨论的那样，如果MB0在第1次扫描MB1后被解除活动，则移动操作不能确保。
在扫描过程中，FlexCAN模块将读取每个MB的控制/状态字（Control/Statusword），并搜索活动接收码，如果ID_HIGH字显示该MB配置为接收扩展帧，FlexCAN模块将检查ID_LOW，否则它将访问下一个控制/状态字。
这次FlexCAN将在扫描MB0后找到一次匹配，但它并不就此退出扫描，因为MB0被锁定，它将去向MB1。
它也将发现MB1活动并且与ID匹配，但优先级较低，从而数据没有被存储。
因此如果在扫描MB1后故意解除MB0的活动，在扫描过程的最后，FlexCAN将找不到数据移入的有效MB。
6.3.1串行信息缓存（SMBs）
为了对信息进行双重缓冲，FlexCAN模块有两个影子缓存，称为串行信息缓存（SMBs）。
这两个缓存由FlexCAN模块用来保存接收和发送的两个信息。
在同一时刻，仅有一个SMB是活动的，其功能取决于FlexCAN模块在那一时刻的操作。
这两个缓冲的任何一个在任何时间都是不可访问的或不可见的。
6.3.2解除发送信息缓冲的活动。
当选择一个MB来发送时，对其控制/状态字（Control/Statusword）的任何写访问都将立即解除其活动，从而从发送进程中移除。
•如果一个信息开始从发送缓冲移入SMB时该MB被解除活动，本条信息将不会发送。
•如果一个信息从发送缓冲移入SMB之后该MB被解除活动，信息会被发送，但不会产生中断，TXCODE也不会更新。
•如果一条拥有最低优先级的信息正在内部接受发送仲裁，其MB被解除活动，则信息不被发出。
6.3.3解除接收信息缓冲的活动。
当选择一个MB来接收时，对其控制/状态字（Control/Statusword）的任何写访问都将立即解除其活动，从而从接收进程中移除。
•如果一个信息开始移入时该MB被解除活动，传输将被终止并且不会申告中断。
如果发生了这样的情况，接收MB中可能保存着两个不同帧的混合数据。
警告：
绝对不要把数据写入接收MB。
如果信息正从SMB传入时这样做，控制/状态字表现为填满（FULL）或溢出（OVERRUN）的情形，但不请求中断。
这个动作绝对禁止！
6.4锁定/释放/忙碌机构以及SMB的用法。
该机构的执行用于在接收和发送两个进程中确保数据的一致性。
该机构包含FlexCAN模块内部的一个MB和两个SMB的缓冲帧传输的锁定状态（LockStatus）。
•器件读取MB的控制/状态字（Control/Statusword）时触发该MB的锁定，也就是说一个新的与该MB匹配的接收帧不能写入该MB。
•为了释放一个锁定的MB，器件可以通过读取控制/状态字的方式锁定另一个MB，或者通过读取自由运行定时器全局释放所有的锁定MB。
•若一个MB被锁定时，收到了匹配的接收帧，则此帧不能存入该MB，保留在SMB中，这种情形没有指示。
•若一个MB被锁定时，收到了两个或更多的匹配接收帧，则最后收到的一个保留在SMB中，同时先期接收的丢失，这种情形没有指示。
•如果锁定的MB释放，SMB中又存在有匹配的帧，则该帧传送到匹配的MB。
•如果器件在SMB正在向接收MB传输时读取该MB，控制/状态字的BUSYCODE位置位，为保证数据的一致性，器件需要等到该位清零，这时该MB没有锁定，才能进一步读取。
•如果器件解除一个锁定MB的活动，其锁定状态清除，但没有数据传入该MB。
6.5远程帧。
远程帧是发送去请求数据帧的信息帧。
FlexCAN模块能够配置为自动发送数据帧来响应远程帧，或者发送远程帧然后等待接收应答的数据帧。
当发送一个远程帧：
•初始化一个MB作为发送MB，并将远程发送请求（RTR）位置1。
一旦此远程帧被成功发送，该发送MB自动成为带有同样ID的接收MB。
当FlexCAN模块接收到一个远程帧：
•远程帧ID与所有CODE字段编程为1010的发送MB的ID进行比较；
•如果有一个ID精确匹配的MB，其中的数据帧被发送；
•如果匹配的发送MB中的RTR位置位，FlexCAN模块传输一个远程帧作为响应。
接收的远程帧并不存放在接收MB中，它仅仅用于触发自动应答。
屏蔽寄存器不用于远程帧ID的匹配。
新来接收帧的所有ID位（除RTR）必须匹配远程帧，以触发应答发送。
在远程帧已收到并匹配发送MB的情况下，该MB立即进入内部仲裁进程，但仅仅作为一个没有高优先级的普通发送MB。
6.6过载帧。
除非CAN总线上检测到特定的条件，过载帧不由FlexCAN模块发起，这些条件包括：
•在间隔的第1或第2位检测到一个显性位；
•在接收帧的帧结束（EOF）字段的第7（最后）位检测到显性位。
•在错误帧或过载帧定界符的第8位（最后）检测到显性位。
6.7时间戳。
这个数值采样于ID字段开始在CAN总线上时的16位自由运行定时计数器。
•对于接收到的信息，时间戳在信息写入缓冲的时刻存储到接收MB的TIME_STAMP字段。
对于发送帧，一旦发送正确完成，TIME_STAMP字段会被写入发送MB。
】
自由运行定时器可以在一条信息接收进MB0时复位。
这项功能允许实现网络时间同步。
参见8.21节中FCCTL0寄存器的TSYNC位。
6.8单侦听模式。
单侦听模式下，FlexCAN模块能够接收另一个站点的接收信息应答。
无论何时模块进入该模式后，错误计数器冻结，FlexCAN模块在错误被动模式下运行。
错误和状态寄存器的故障限制位指示被动错误，而不考虑错误计数器的值。
因为该模式下，模块不影响CAN总线，器件能够履行监视器的功能，或者自动位速率测试。
不论如何，FlexCAN将仅仅监视有效的传输而不会导致错误。
这要求总线上的另一个CAN模块提供应答（ACK）位以完成传送。
一旦设定到这种模式，FlexCAN模块等待进入传输间隔、被动错误、总线关闭或空闲状态。
在等待周期内，FlexCAN模块等待进入此模式之前的所有内部活动的完成，不同于作为CAN总线接口的行为。
6.9位定时。
FlexCAN模块支持以多种方式设置CAN协议要求的位定时参数。
有两个16为寄存器（FCCTL0和FCCTL1）来确定位定时参数各个字段的值。
传播段（PROPSEG），1/2相位段（PSEG1andPSEG2），以及同步跳跃宽度（RJW）都通过FCCTL0和FCCTL1寄存器来编程，参见8.2和8.3节。
同样，FlexCAN维护一个预分频（PRES_DIV）值，以确定系统时钟和SCLOCK、当前时间元之间的比率。
表6：
SystemClock/CANBit-Rate/S-Clock举例
系统时钟频率（Mhz）
Can位速率
（Mhz）
允许的S-Clock频率
（Mhz）
允许的时间元/位数量
预分频器编程值+1
注释
60
1
20,15,12,10
20,15,12,10
3,4,5,6
最少8个、最多25个元时间
56
1
14,8
14,8
4,7
54
1
18,9
18,9
3,6
50
1
25,10
25,10
2,5
60
0.125
3,2.5,2,1.875,
1.5,1.25,1
24,20,16,15,12,
10,8
20,24,30,32
40,48,60
6.9.1配置FlexCAN模块位定时。
位定时的详细内容参考CAN通讯协议2.0规范。
编程位定时功能时必须注意以下的考虑：
•如果编程后的PRES_DIV值导致每时间元一个系统时钟，FCCTL1寄存器的PSEG2字段必须编程为0。
•如果编程后的PRES_DIV值导致每时间元一个系统时钟，信息处理时间（IPT）等于3个时间元，要不它等于两个时间元。
如果PSEG2=2，FlexCAN模块传输时相对于同步段推迟一个时间元。
•如果遇到下面两个条件，相对发送更早的帧起始SOF信号的节点，FlexCAN模块可能不能够及时准备一个MB来开始自身的发送与仲裁。
—当预分频器和位定时控制字段编程到某个值，导致一个CAN位时间小于十个系统时钟周期，并且，
—CAN总线负载率为100%，任何时候其它节点的帧起始（SOF）符号上升沿的发送发生在信息间隔的三位期间；
—FlexCAN模块位时间必须编程为大于或等于9个系统时钟，否则不能保证正确操作。
6.9.2FlexCAN初始化/复位顺序。
FlexCAN模块按两种方法复位：
a.使用系统复位线硬件复位
b.在FCMCR中声明SOFT_RST软复位
下面是复位的反面，FlexCAN模块不与CAN总线同步，FCMCR寄存器的HALT和FRZ1位置位。
其主要控制禁止，FCMCR的FREEZ_ACK和NOT_RDY位置位，FlexCAN模块的CANTX引脚处于隐性状态，不发起帧发送，也不从CAN总线上接收任何帧。
SOFT_RESET或硬件复位后，MB的内容不作改变。
通过FCMCR寄存器申告HALT位或复位改变或初始化FlexCAN模块，使之来冻结，需要进行所有的配置，参见7.1节。
以下是FlexCAN模块可用的一般初始化顺序。
•初始化所有操作模式：
—位定时参数：
PROPSEG,PSEG1,PSEG2,RJW（FCCTL0和FCCTL1寄存器）；
—通过编程FCCTL1寄存器的PRES_DIV字段来确定位速率；
—确定内部仲裁模式（FCCTL0寄存器的LBUF位）。
•初始化信息缓存（MBs）：
—所有的MB的控制/状态字必须作为活动或非活动写入；
—MB的其它项目必须按要求初始化。
•初始化必要的MASK寄存器以允许接收屏蔽：
—按要求设置FCIMASK1寄存器中的BUFnnI位（所有MB），FCCTL0中的Busoff和Error中断，FCMCR中的唤醒（Wake）中断。
•初始化FlexCAN的中断管理程序：
•清除FCMCR的HALT位：
—从这个事件开始，FlexCAN模块开始尝试与CAN总线同步。
7.特殊操作模式
7
7.1调试模式。
调试模式由FRZ1授权。
假设FRZ1=1，当HALT置位时进入调试模式。
一旦设置为这种模式，FlexCAN等待成为间断、被动错误、总线关闭或空闲状态。
当处于这些状态其中之一时，FlexCAN等待内部的这些动作完成，另外相对于从前CAN总线接口发生了以下事件：
•FlexCAN模块停止收/发信息帧；
•预分频器停止，导致所有相关行为停止；
•允许器件读出或写入错误计数寄存器；
•FlexCAN模块忽略其CAN_RX引脚的输入，驱动该引线为隐性；
•FlexCAN模块与总线失去同步，FCMCR的NOT_RDY和FREEZ_ACK位置位。
申告调试模式配置位后，执行下一步动作之前等待FCMCR中的FREEZ_ACK位被置位。
警告：
疏
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