如何使用 AS32A601和1042CAN控制器来实现CANFD的收发功能？
1. 简介
控制器局域网络（CAN）根据 ISO11898-1：2015和 Bosch CAN FD规范进行通信。连接到物理层需要额外的收发器硬件。所有有关处理消息的函数都由接收处理程序和发送处理程序实现。
CAN/CANFD特性介绍：
- 数据长度扩展：传统CAN的数据段长度固定为8字节，而CAN FD将数据段长度扩展至最大64字节。这意味着单次报文可传输更多数据，减少了报文发送次数，降低了总线负载，尤其适用于需要传输大量参数或传感器数据的场景。
- 传输速率提升：CAN FD采用“双速率段”设计，报文的仲裁段（用于ID识别和总线仲裁）仍沿用经典CAN的速率（最高1Mbps），确保与传统CAN节点的兼容性；而数据段则可切换至更高速率（理论最大值：8 Mbps——部分高端控制器在实验室条件下，实际应用典型值：2-5 Mbps，受物理层限制（线缆质量、终端电阻、EMC 等)，大幅提升了数据传输效率。
- BRS位控制速率切换：通过报文中的“总线速率切换位（BRS）”控制是否启用高速数据段。当BRS=1时，数据段采用高速率；BRS=0时，数据段与仲裁段速率一致，灵活适配不同传输需求。
- 向下兼容：CAN FD节点可与传统CAN节点在同一总线上共存，CAN FD控制器能正确接收和解析传统CAN报文，传统CAN节点虽无法解析CAN FD报文，但不会影响总线正常通信，保障了系统升级的平滑性。
本章我们将向大家介绍如何使用 AS32A601和1042CAN控制器来实现CANFD的收发功能： 我们使用的AS32A601带有两个CAN控制器，而我们本章只使用了CAN3。
2. 硬件设计
3. 软件设计
帧结构表
3.1 基础配置代码分析
CAN/CANFD的GPIO配置，注意配置正确的复用模式
/*
* Function: CANFD3_GPIO_Config
* Description: Configure CANFD3.
* Param: None.
* Return: None.
*/
void User_CANFD3_GPIO_Init()
{
CANFD3_CLK_ENABLE();
GPIOC_CLK_ENABLE();
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
CANFD_InitTypeDef CANFD_InitStructure;
PLIC_InitTypeDef PLIC_InitStructure;
/* Set GPIO multiplex mapping */
GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource7, GPIO_AF_CAN3);
GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource8, GPIO_AF_CAN3);
/* GPIO Configure */
GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_OStrength = GPIO_OStrength_9mA;
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;
GPIO_InitStructure.GPIO_IType = GPIO_IPU;
GPIO_InitStructure.GPIO_OStrength = GPIO_OStrength_9mA;
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
}
根据改公式可配置出CANFD的仲裁域、数据域波特率。计算时需要注意的是BRP\TS1\TS2寄存器已为加1之后的数值，不需要再加1。
波特率计算公式
void CAN_ConfigBaudrate(void)
{
/* Initializes the CANFD3 */
/* Arbitration Phase (Nominal) Baud Rate 500KHz */
/* Data Phase Baud Rate 2MHz */
CANFD_StructInit(&CANFD_InitStructure);
CANFD_InitStructure.CANFD_SRR = CANFD_SRR_RESET;
CANFD_InitStructure.CANFD_APBRPR = CANFD_APBRPR_4tp;
CANFD_InitStructure.CANFD_APBTR_APTS1 = CANFD_APBTR_TS1_30tp;
CANFD_InitStructure.CANFD_APBTR_APTS2 = CANFD_APBTR_TS2_9tp;
CANFD_InitStructure.CANFD_APBTR_APSJW = CANFD_APBTR_SJW_2tp;
CANFD_InitStructure.CANFD_DPBRPR = CANFD_DPBRPR_4tp;
CANFD_InitStructure.CANFD_DPBTR_DPTS1 = CANFD_DPBTR_TS1_30tp;
CANFD_InitStructure.CANFD_DPBTR_DPTS2 = CANFD_DPBTR_TS2_9tp;
CANFD_InitStructure.CANFD_DPBTR_DPSJW = CANFD_DPBTR_SJW_1tp;
CANFD_Init(CANFD3, &CANFD_InitStructure);
}
ID 的具体字段说明
测试设置 AFMR0 为 0xFFE00000，AFIR 为 22E00000，且写入 AFR 寄
存器的 UAF0 位为 1，则表示只有符合 ID 为 0x117 的消息才能被接收。
void CANFD3_Parm_Init(void)
{
/* CANFD receive filter configure */
CANFD_FilterInit(CANFD3, TB0, 0xFFE00000, 0x22E00000);
CANFD_AutoRetransConfig(CANFD3,ENABLE);
/* Enable new message received interrupt */
CANFD_ITConfig(CANFD3, CANFD_IT_ERXOK, ENABLE);
/* CANFD Enable */
CANFD_Enable(CANFD3);
PLIC_StructInit(&PLIC_InitStructure);
/* Configer the CANFD1 interrupt */
PLIC_InitStructure.PLIC_IRQChannel = CANFD3_IRQn;
PLIC_InitStructure.PLIC_IRQPriority = 2;
PLIC_InitStructure.PLIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
PLIC_Init(&PLIC_InitStructure);
CANFD_ClearITPendingBit(CANFD3, CANFD_CLEAR_ALL);
}
DLC 的具体字段说明
void CANFD3_Frame_Init()
{
CANFD_TXFrameTypeDef CANFD_TXFrameStruct;
/* Set the setting ID and setting mode */
CANFD_TXFrameStruct.CANFD_TX_PROTOCOL = CANFD;
CANFD_TXFrameStruct.CANFD_TX_FORMAT = EXTENDED;
CANFD_TXFrameStruct.CANFD_TX_TYPE = DATA;
CANFD_TXFrameStruct.CANFD_Frame_ID = 0x147;
CANFD_FrameInit(CANFD3, TB1, &CANFD_TXFrameStruct);
}
/*
* Function: CANFD3_IRQ_Handler
* Description: CANFD3 interrupt handler function.
* Param: None.
* Return: None.
*/
void CANFD3_IRQ_Handler()
{
if(CANFD_GetITStatus(CANFD3, CANFD_FLAG_RXOK) != RESET)
{
/* get the receive data */
Canfd1rx_flags = 1;
/* Clear the interrupt pending bits */
CANFD_ClearITPendingBit(CANFD3, CANFD_CLEAR_RXOK);
}
}
3.2 多帧CAN发送配置代码分析
需要发送多帧消息，可以直接向发送请求寄存器（TRR）写发送多帧指令。如发送 TB0 到TB2，则可以向CAN 发送缓存就绪请求寄存器(CAN_TRR)写 0x00000007。
程序同时配置并触发三帧发送后，CAN 控制器（或驱动层）会根据ID优先级规则自动仲裁：
发送初始化时，三帧数据均进入发送缓冲区（如 TB0、TB1 等发送邮箱），CAN 控制器检测到总线空闲后，同时启动三帧的位仲裁；
仲裁过程中，0x147 因 ID 最小优先赢得总线控制权，先完成数据传输；
0x147 发送完成后，总线空闲，剩余两帧再次仲裁，0x148 优先发送，最后 0x149 完成传输；
void TB0_INIT(void)
{
CANFD_TXFrameTypeDef CANFD_TXFrameStruct;
/* Set the setting ID and setting mode */
CANFD_TXFrameStruct.CANFD_TX_PROTOCOL = CANFD;
CANFD_TXFrameStruct.CANFD_TX_FORMAT = EXTENDED;
CANFD_TXFrameStruct.CANFD_TX_TYPE = DATA;
CANFD_TXFrameStruct.CANFD_Frame_ID = 0x149;
CANFD_FrameInit(CANFD3, TB0, &CANFD_TXFrameStruct);
}
void TB1_INIT(void)
{
CANFD_TXFrameTypeDef CANFD_TXFrameStruct;
/* Set the setting ID and setting mode */
CANFD_TXFrameStruct.CANFD_TX_PROTOCOL = CANFD;
CANFD_TXFrameStruct.CANFD_TX_FORMAT = EXTENDED;
CANFD_TXFrameStruct.CANFD_TX_TYPE = DATA;
CANFD_TXFrameStruct.CANFD_Frame_ID = 0x148;
CANFD_FrameInit(CANFD3, TB1, &CANFD_TXFrameStruct);
}
void TB2_INIT(void)
{
CANFD_TXFrameTypeDef CANFD_TXFrameStruct;
/* Set the setting ID and setting mode */
CANFD_TXFrameStruct.CANFD_TX_PROTOCOL = CANFD;
CANFD_TXFrameStruct.CANFD_TX_FORMAT = EXTENDED;
CANFD_TXFrameStruct.CANFD_TX_TYPE = DATA;
CANFD_TXFrameStruct.CANFD_Frame_ID = 0x147;
CANFD_FrameInit(CANFD3, TB2, &CANFD_TXFrameStruct);
}
void CANFD3_Frame_Init()
{
TB0_INIT();
TB1_INIT();
TB2_INIT();
}
/*
* @brief 多帧发送函数
* @param CANFDx: CANFD外设基地址
* @param frames: 指向CANFD_MultiTxFrameInfo结构体数组的指针，包含了所有要发送的帧的信息
* @param numFrames: 要发送的帧的数量
* @retval None
*/
void CANFD_MultiTransmit(CANFD_TypeDef* CANFDx, CANFD_MultiTxFrameInfo* frames, uint32_t numFrames)
{
/* Check the parameters */
assert_param(IS_CANFD_ALL_PERIPH(CANFDx));
assert_param(frames != NULL);
assert_param(numFrames > 0);
uint32_t i, j;
uint32_t* txaddress;
uint32_t trr_mask = 0; // 用于触发发送的TRR位掩码
// --- 步骤 1: 填充所有发送缓冲区并准备TRR掩码 ---
for (i = 0; i < numFrames; i++)
{
// 检查当前帧的参数
assert_param(IS_CANFD_TB_NUMBER(frames[i].RSTBx));
assert_param(frames[i].Canfdbuf != NULL);
assert_param(IS_CANFD_DATA_LENGHT(frames[i].Buflength));
// 1.1 设置数据长度DLC
CANFDx->TxMessage[frames[i].RSTBx].TB_DLC &= ~CANFD_TB_DLC_DLC;
CANFDx->TxMessage[frames[i].RSTBx].TB_DLC |= (Can_DataLen2Dlc[frames[i].Buflength] << CANFD_TB_DLC_DLC_Pos);
CANFD_NormalStatus(CANFDx); // 确保CANFD处于正常工作状态
// 1.2 填充数据内容
txaddress = (uint32_t*)&CANFDx->TxMessage[frames[i].RSTBx].TB_DW0;
for (j = 0; j < frames[i].Buflength; j += 4)
{
*txaddress++ = (((uint32_t)frames[i].Canfdbuf[j] << 24) |
((uint32_t)frames[i].Canfdbuf[j + 1] << 16) |
((uint32_t)frames[i].Canfdbuf[j + 2] << 8) |
(uint32_t)frames[i].Canfdbuf[j + 3]);
}
// 1.3 设置TRR掩码，标记这个TB需要被发送
trr_mask |= (1 << frames[i].RSTBx);
}
// --- 步骤 2: 一次性触发所有帧的发送 ---
CAcFDx->TRR = trr_mask; // 向TRR寄存器写入掩码，触发所有指定TB的发送
// --- 步骤 3: 等待所有帧发送完成 ---
// 注意：这种等待方式会阻塞CPU，直到所有帧发送完毕
While ((CANFDx->TRR & trr_mask) != 0)
// 说明：发送完成后，硬件会自动清除TRR中对应的位。
// 所以当 (TRR & trr_mask) 的结果为0时，代表所有请求发送的帧都已完成。
}
4 下板验证
基础配置验证：
验证在 CAN FD 通信中，切换BRS 位为 1（启用高速数据段）和 0（禁用，使用仲裁段速率）时，总线可以成功地在冲裁域速率和数据域速率之间切换。
配置 CAN 接收端滤波参数：根据 CAN 控制器滤波机制（如掩码模式、列表模式），设置验收码为 0x117，配置对应掩码寄存器（确保仅匹配 0x117 精准 ID，无模糊匹配），启用接收滤波功能。实现对所有非 0x117 的帧ID报文实现完全过滤（不触发接收响应、不存入接收缓冲区、不产生相关中断）。
多帧CAN发送配置验证：
本次验证充分证明：实际验证（如通过 CAN 分析仪抓包）显示：帧的发送顺序严格遵循「0x147 → 0x148 → 0x149」，无乱序或优先级倒置现象，证明多帧发送程序能够严格遵循 CAN 总线 ID 优先级仲裁规则，实现按 ID 从小到大的自动顺序发送，确保了高优先级数据的实时传输，符合 CAN 总线的通信特性和嵌入式系统的实时性要求。
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