簡(jiǎn)介面向RISC-V架構(gòu)GD32VF103微控制器開(kāi)發(fā)者的CAN通信實(shí)踐工程以NucleiStudio工程形式演示CAN發(fā)送功能適合嵌入式入門開(kāi)發(fā)者及需要熟悉工業(yè)總線通信的工程師。壓縮包共100個(gè)文件以C源文件和頭文件為核心涵蓋芯片外設(shè)驅(qū)動(dòng)庫(kù)與CAN模塊初始化、發(fā)送、中斷處理等邏輯另含Makefile、鏈接腳本與工程配置方便移植和二次開(kāi)發(fā)包體僅248KB體積精簡(jiǎn)。目前已有1900人學(xué)習(xí)下載是學(xué)習(xí)GD32VF103 CAN模塊的高頻參考范例。工程提供完整可編譯的驅(qū)動(dòng)代碼讀者可對(duì)照CAN2.0A/B標(biāo)準(zhǔn)理解標(biāo)準(zhǔn)幀與擴(kuò)展幀的發(fā)送流程并結(jié)合串口或LED調(diào)試方法實(shí)際掌握波特率分頻、消息緩沖區(qū)使用、錯(cuò)誤狀態(tài)檢測(cè)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)而打通從RISC-V平臺(tái)外設(shè)配置到CAN總線通信驗(yàn)證的完整鏈路對(duì)提升嵌入式實(shí)戰(zhàn)能力很有價(jià)值。 第一次拿到GD32VF103這塊板子我最想做的不是點(diǎn)燈而是把CAN跑通。原因很實(shí)在這是一顆RISC-V內(nèi)核的MCU外設(shè)雖然號(hào)稱與STM32F103兼容但寄存器細(xì)節(jié)、中斷響應(yīng)路徑、固件庫(kù)接口都不一樣不親手跑一發(fā)CAN收發(fā)心里始終沒(méi)底。于是就有了這個(gè)gd32vf_can_test0工程——把CAN0配置好能自發(fā)自收也能和另一塊板子正常對(duì)發(fā)的最小測(cè)試工程最后打包成zip留檔。這篇文章就把這個(gè)工程從規(guī)劃到落地的過(guò)程完整拆開(kāi)為什么要這么測(cè)、CAN外設(shè)怎么配、波特率怎么算、波形怎么判斷、問(wèn)題怎么排。如果你是剛拿到GD32VF103開(kāi)發(fā)板或者想快速驗(yàn)證一顆RISC-V MCU上的CAN外設(shè)這篇應(yīng)該能幫你省下不少折騰時(shí)間。整個(gè)驗(yàn)證鏈路不復(fù)雜但每一環(huán)都有值得記錄的細(xì)節(jié)。1. test0不是隨便寫的這個(gè)CAN測(cè)試工程到底驗(yàn)證了什么1.1 壓縮包名拆解gd32vf、can、test0各代表什么看到gd32vf_can_test0.zip這個(gè)文件名基本就能猜出這是個(gè)什么工程gd32vf對(duì)應(yīng)GD32VF103系列MCUcan是對(duì)應(yīng)的CAN外設(shè)測(cè)試test0是第0版冒煙測(cè)試zip是打包分發(fā)格式。第0版的意思很清楚就是不追求功能完整先把最基本的數(shù)據(jù)收發(fā)打通。結(jié)合很多人都在搜的gd32vf can這個(gè)關(guān)鍵詞說(shuō)明這塊板子的CAN外設(shè)是大家關(guān)注的重點(diǎn)。實(shí)際上GD32VF103是RISC-V內(nèi)核的MCU它的外設(shè)與GD32F103基本對(duì)齊CAN控制器也是bxCAN這套設(shè)計(jì)但和STM32F103還是有不少差異。后面我會(huì)專門說(shuō)差異在哪因?yàn)檫@是移植代碼時(shí)最容易翻車的地方。1.2 冒煙測(cè)試的邊界test0管什么不管什么test0要驗(yàn)證的是CAN0的外設(shè)時(shí)鐘門控有沒(méi)有打開(kāi)寄存器能不能正常訪問(wèn)GPIO引腳復(fù)用是否正確PB8進(jìn)、PB9出CAN控制器能不能初始化成功位時(shí)序參數(shù)是否被正確寫入發(fā)送郵箱能否寫入數(shù)據(jù)、能否觸發(fā)發(fā)送接收FIFO能否收到數(shù)據(jù)、中斷能否觸發(fā)過(guò)濾器配置是否正確期望的ID能不能放行test0不驗(yàn)證的是長(zhǎng)期跑通信的穩(wěn)定性比如24小時(shí)丟幀率錯(cuò)誤幀計(jì)數(shù)與恢復(fù)策略多節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)下的仲裁行為電磁干擾環(huán)境下的信號(hào)完整性一致性測(cè)試也就是位時(shí)間、采樣點(diǎn)、終端電阻這些產(chǎn)線級(jí)驗(yàn)證項(xiàng)目把這些邊界劃清楚很重要。我在實(shí)際工作里見(jiàn)過(guò)不少同事拿一個(gè)冒煙測(cè)試的結(jié)果去推斷產(chǎn)線性能最后被現(xiàn)實(shí)打臉。test0就是test0它的使命是告訴你這條路能走通而不是這條路能跑多快、多穩(wěn)。1.3 為什么必須先分層驗(yàn)證我的測(cè)試計(jì)劃分三層每一層有明確的通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)第一層內(nèi)部回環(huán)模式Loopback驗(yàn)證控制器內(nèi)部的發(fā)送到接收路徑不依賴外部硬件第二層兩塊板子正常模式互聯(lián)驗(yàn)證物理層收發(fā)器和總線連接第三層示波器和CAN分析儀觀察波形驗(yàn)證信號(hào)質(zhì)量和參數(shù)匹配分層的邏輯很樸素如果第一層都過(guò)不了說(shuō)明是軟件配置問(wèn)題不要急著懷疑線纜如果第一層過(guò)了第二層過(guò)不了大概率是硬件鏈路如果前兩層都過(guò)了但波形難看那就是參數(shù)和布局問(wèn)題。用這個(gè)順序排查效率高很多不會(huì)把時(shí)間浪費(fèi)在互相甩鍋上面。2. GD32VF103的CAN外設(shè)與最小硬件接線引腳、收發(fā)器、位時(shí)序一次理清2.1 bxCAN控制器和STM32F103的差異在哪里GD32VF103的CAN控制器在功能層面和STM32F103的bxCAN非常接近都支持標(biāo)準(zhǔn)幀、擴(kuò)展幀、遠(yuǎn)程幀有3個(gè)發(fā)送郵箱和2個(gè)接收FIFO。但注意這只是外設(shè)IP邏輯兼容不代表代碼可以直接遷移。首先是固件庫(kù)差異。你從STM32工程里復(fù)制過(guò)來(lái)的CAN_InitTypeDef、CAN_Transmit這些代碼在GD32固件庫(kù)里根本不存在。GD32的外設(shè)庫(kù)用的是can_parameter_struct、can_init、can_message_transmit這套命名而且部分結(jié)構(gòu)體字段的枚舉值比如CAN_BT_BS1_5TQ和STM32的BXCAN_BS1_5TQ也不一樣。其次是中斷路徑差異。STM32用NVIC管理中斷GD32VF103用ECLIC也就是芯來(lái)的增強(qiáng)型中斷控制器。中斷使能函數(shù)、向量表組織方式都不一樣。如果照搬STM32的中斷初始化代碼編譯可能沒(méi)問(wèn)題但中斷大概率不觸發(fā)。這個(gè)坑我后面專門復(fù)盤。2.2 最小接線PB8/PB9、收發(fā)器與120Ω終端電阻GD32VF103的CAN0默認(rèn)引腳是PB8RX和PB9TX不需要重映射就能用。如果你想用PD0/PD1才需要配置重映射但test0沒(méi)必要給自己找這個(gè)麻煩。我的測(cè)試板電路大概是這樣的PB8/PB9連接到一顆CAN收發(fā)器比如TJA1050收發(fā)器轉(zhuǎn)出差分信號(hào)到CANH和CANL兩條線總線兩端各并聯(lián)一個(gè)120Ω終端電阻。這里的終端電阻不是可選項(xiàng)是必須項(xiàng)它用來(lái)匹配傳輸線阻抗抑制信號(hào)反射。接線時(shí)最容易出錯(cuò)的三件事CANH和CANL接反。差分信號(hào)反了節(jié)點(diǎn)收到的一定是錯(cuò)誤幀甚至直接進(jìn)Bus Off。忘了共地。兩板之間電源不共地CANH/CANL的參考電位不一致隱性電平都對(duì)不上接收端拿到的全是亂碼。終端電阻只放了一端。總線沒(méi)匹配高速率下信號(hào)反射大波形會(huì)有明顯振鈴。用萬(wàn)用表量總線兩端的等效電阻是最快的硬件檢查手段在斷電、斷開(kāi)所有有源節(jié)點(diǎn)的情況下CANH到CANL之間應(yīng)該量到約60Ω。這個(gè)值是兩個(gè)120Ω終端電阻并聯(lián)的結(jié)果如果量到120Ω說(shuō)明有一端沒(méi)接電阻如果量到幾歐姆說(shuō)明總線上多并了東西。順便說(shuō)一下網(wǎng)上經(jīng)常有人問(wèn)的CAN和RS485能不能共用一條差分線或者能不能做復(fù)用接口電路。我的建議是物理上可以設(shè)計(jì)切換電路但不要指望一套前端直接兼容兩種協(xié)議。CAN是2.5V/3.5V對(duì)1.5V的電平體系RS485是A/B差分電平兩者共模范圍、收發(fā)器特性都不同。非要復(fù)用的話至少需要獨(dú)立的收發(fā)器和切換控制而不是簡(jiǎn)單地把兩根線并在一起。這個(gè)思路對(duì)硬件設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)比直接抄一個(gè)復(fù)用電路更靠譜。2.3 位時(shí)序與波特率推導(dǎo)順帶說(shuō)清SJW的作用CAN總線的波特率不是隨便寫個(gè)數(shù)字就行的。它由外設(shè)時(shí)鐘、預(yù)分頻、時(shí)間段共同決定每個(gè)時(shí)間段又能細(xì)分成若干個(gè)時(shí)間量子Tq。位時(shí)間由四段組成同步段固定1Tq傳播時(shí)間段包含在BS1里然后是相位緩沖段1BS1和相位緩沖段2BS2。采樣點(diǎn)位置的計(jì)算公式是采樣點(diǎn)百分比 (1 BS1) / (1 BS1 BS2) × 100%這個(gè)值很關(guān)鍵工程上一般推薦75%~87.5%。舉個(gè)例子GD32VF103的APB1時(shí)鐘通常配置為36MHz目標(biāo)是500kbps預(yù)分頻 prescaler 9BS1 5TqBS2 2Tq總位時(shí)間 1 5 2 8Tq波特率 36MHz / (9 × 8) 500kbps采樣點(diǎn) (1 5) / 8 75%這個(gè)參數(shù)組合是我在test0里用的。有些人圖省事直接套STM32例程里的BS13、BS24采樣點(diǎn)只到50%雖然也能通但總線抗干擾和抗時(shí)鐘偏移能力明顯差一截。位時(shí)序里還有一個(gè)SJWSynchronization Jump Width也就是熱詞里大家都在搜的同步跳躍寬度。SJW不直接參與波特率計(jì)算它決定的是重同步時(shí)相位補(bǔ)償?shù)淖畲蠓秶？偩€上的節(jié)點(diǎn)各有各的時(shí)鐘源振蕩器頻率總有偏差加上溫漂節(jié)點(diǎn)的位時(shí)間會(huì)慢慢漂移。接收方靠每個(gè)下降沿做同步當(dāng)發(fā)現(xiàn)邊沿比預(yù)期來(lái)得早或晚就會(huì)在相位緩沖段里吃掉或吐出一些時(shí)間這個(gè)最大調(diào)整量就是SJW。SJW設(shè)太小容錯(cuò)能力就很弱兩個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘偏差稍大就不斷出錯(cuò)設(shè)太大采樣點(diǎn)位置會(huì)受干擾位影響跳來(lái)跳去。test0這種簡(jiǎn)單場(chǎng)景取1Tq完全夠用多節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)可以放寬到2~4Tq。BAUD、SJW、BS1、BS2這四組參數(shù)建議先把采樣點(diǎn)和位時(shí)間算清楚再談SJW余量順序別搞反。2.4 過(guò)濾器與ID匹配ACCCode/ACCMask的配置邏輯熱詞里有一條can通信acccode與accmask這倆概念對(duì)應(yīng)的就是GD32固件庫(kù)的filter_list和filter_mask字段。過(guò)濾器的作用是讓接收方只收自己關(guān)心的ID減輕CPU負(fù)擔(dān)。ACCCodefilter_list是期望接收的ID模式ACCMaskfilter_mask是掩碼掩碼位為1表示對(duì)應(yīng)ID位必須與匹配值一致掩碼位為0表示這一位不關(guān)心。舉個(gè)例子如果我要只收標(biāo)準(zhǔn)幀ID等于0x123的報(bào)文在32位過(guò)濾模式下can_filter_parameter_struct filter; filter.filter_number 0; filter.filter_mode CAN_FILTERMODE_MASK; filter.filter_bits CAN_FILTERBITS_32BIT; filter.filter_fifo CAN_FIFO0; filter.filter_list_high 0x123 5; filter.filter_list_low 0x0000; filter.filter_mask_high 0x7FF 5; filter.filter_mask_low 0x0000; can_filter_init(filter);這段代碼有個(gè)特別容易踩的坑標(biāo)準(zhǔn)幀ID在32位寄存器里的位置不在最低位需要左移5位。很多初學(xué)者直接寫filter_list_high 0x123結(jié)果濾了半天什么都收不到還以為是硬件壞了。調(diào)試階段我建議先把掩碼全部設(shè)0也就是不過(guò)濾任何ID先讓通信跑起來(lái)再一步步收斂掩碼。這樣做的好處是能明確區(qū)分問(wèn)題到底是出在物理鏈路還是出在過(guò)濾器邏輯。掩碼排查比盲猜快得多。3. CAN初始化代碼的每個(gè)字段從波特率推導(dǎo)到過(guò)濾器掩碼3.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境與工程骨架用GD32固件庫(kù)不要直接搬HAL寫這個(gè)test0工程我用的開(kāi)發(fā)環(huán)境是Nuclei StudioEclipse系配合GD32VF103的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)。工程骨架很簡(jiǎn)單一個(gè)main.c放主循環(huán)一個(gè)CAN業(yè)務(wù)文件包含GPIO、CAN初始化、發(fā)送、接收回調(diào)一個(gè)串口打印模塊用來(lái)把調(diào)試信息吐出來(lái)一個(gè)延時(shí)函數(shù)用于測(cè)試節(jié)奏控制有人可能會(huì)問(wèn)能不能用STM32的HAL庫(kù)直接改答案是別費(fèi)這個(gè)勁。GD32VF103雖然是RISC-V內(nèi)核但它的固件庫(kù)是從GD32F103那邊移過(guò)來(lái)的寄存器位定義、外設(shè)基址、庫(kù)函數(shù)命名都是自成一派。HAL庫(kù)龐大的抽象層在RISC-V上多數(shù)不能直接編譯跨內(nèi)核交的學(xué)費(fèi)遠(yuǎn)大于自己寫幾個(gè)函數(shù)。3.2 GPIO與時(shí)鐘為什么PB8用上拉輸入、PB9用復(fù)用推挽先開(kāi)時(shí)鐘再配引腳這個(gè)順序別反過(guò)來(lái)否則寄存器寫入無(wú)效。void can_gpio_config(void) { rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB); rcu_periph_clock_enable(RCU_CAN0); gpio_init(GPIOB, GPIO_MODE_IPU, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_8); gpio_init(GPIOB, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_9); }PB8是CAN0的RX配置為輸入上拉模式。CAN控制器內(nèi)部對(duì)RX引腳沒(méi)有上拉需求但GPIO復(fù)位后默認(rèn)可能是浮空輸入浮空輸入在總線上沒(méi)有節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)會(huì)讀到不確定電平。測(cè)試階段為了避免干擾還是加上拉更穩(wěn)。PB9是CAN0的TX配置為復(fù)用推挽輸出引腳信號(hào)由CAN控制器接管這里不能配置成普通GPIO輸出否則CAN控制器沒(méi)法把TQ時(shí)序送到引腳上。3.3 CAN初始化參數(shù)每一個(gè)字段都拆開(kāi)講CAN初始化是整個(gè)工程的核心。GD32固件庫(kù)把初始化參數(shù)統(tǒng)一放在一個(gè)結(jié)構(gòu)體里can_parameter_struct can_parameter; can_parameter.working_mode CAN_NORMAL_MODE; can_parameter.resync_jump_width CAN_BT_SJW_1TQ; can_parameter.time_segment_1 CAN_BT_BS1_5TQ; can_parameter.time_segment_2 CAN_BT_BS2_2TQ; can_parameter.prescaler 9; can_parameter.time_triggered_mode DISABLE; can_parameter.auto_bus_off_recovery ENABLE; can_parameter.auto_wakeup ENABLE; can_parameter.auto_retrans_transmit ENABLE; can_parameter.rec_fifo_overwrite DISABLE; can_parameter.trans_fifo_order DISABLE; can_init(CAN0, can_parameter);逐個(gè)說(shuō)一下字段working_mode工作模式?；丨h(huán)自測(cè)時(shí)用CAN_LOOPBACK_MODE正常通信用CAN_NORMAL_MODE。test0是從回環(huán)開(kāi)始測(cè)的后面切回正常模式。resync_jump_width、time_segment_1、time_segment_2、prescaler這四個(gè)參數(shù)決定波特率和采樣點(diǎn)前面已經(jīng)算過(guò)這里直接用推導(dǎo)結(jié)果。time_triggered_mode時(shí)間觸發(fā)模式普通CAN用不到關(guān)閉。auto_bus_off_recovery總線關(guān)閉后自動(dòng)恢復(fù)。測(cè)試階段必須開(kāi)否則一次Bus Off就把控制器鎖死了還得手動(dòng)復(fù)位很耽誤事。auto_retrans_transmit發(fā)送出錯(cuò)后自動(dòng)重發(fā)。開(kāi)這個(gè)省心發(fā)送函數(shù)只管往郵箱里寫控制器自己保證總線仲裁失敗后的重發(fā)邏輯。rec_fifo_overwrite接收FIFO溢出時(shí)是否覆蓋舊數(shù)據(jù)。我建議關(guān)掉寧可丟新幀也不能把舊幀覆蓋掉方便排查問(wèn)題。trans_fifo_order發(fā)送郵箱的發(fā)送順序按ID優(yōu)先級(jí)還是按寫入順序。test0不關(guān)心默認(rèn)關(guān)閉。初始化之后還要使能接收中斷。注意這里有兩個(gè)使能動(dòng)作一個(gè)是內(nèi)核級(jí)中斷使能一個(gè)是CAN外設(shè)級(jí)中斷事件使能兩個(gè)都要做nvic_irq_enable(CAN0_RX0_IRQn, 0, 0); can_interrupt_enable(CAN0, CAN_INT_RX_FIFO0_NOT_EMPTY);第一行是使能ECLIC中斷。不同固件版本函數(shù)名可能不同有些叫eclic_irq_enable有些在nvic_irq_enable里做了封裝以你的庫(kù)頭文件為準(zhǔn)。3.4 發(fā)送與接收中斷RISC-V中斷向量表與Cortex-M的差異發(fā)送部分我用一個(gè)簡(jiǎn)單封裝方便在主循環(huán)里反復(fù)調(diào)用uint8_t can_test_send_standard_frame(void) { can_trasnmit_message_struct transmit_message; transmit_message.tx_sfid 0x123; transmit_message.tx_efid 0; transmit_message.tx_ff CAN_FRAME_STANDARD; transmit_message.tx_ft CAN_FT_DATA; transmit_message.tx_dlen 8; transmit_message.tx_data[0] 0x01; transmit_message.tx_data[1] 0x02; /* 其他數(shù)據(jù)位同理 */ return can_message_transmit(CAN0, transmit_message); }值得一提的是GD32固件庫(kù)里這個(gè)結(jié)構(gòu)體名拼寫是can_trasnmit_message_structtransmit少了一個(gè)字母。這是官方固件庫(kù)的歷史遺留不是我的拼寫錯(cuò)誤看到這個(gè)命名不要慌照著固件庫(kù)頭文件寫就行。接收中斷寫法void CAN0_RX0_IRQHandler(void) { can_receive_message_struct receive_message; can_message_receive(CAN0, CAN_FIFO0, receive_message); if (receive_message.rx_sfid 0x123) { /* 通過(guò)串口打印收到的8字節(jié)數(shù)據(jù) */ } }這里要特別提醒RISC-V的ECLIC中斷是向量模式中斷服務(wù)函數(shù)名必須和啟動(dòng)文件里的向量表完全一致。很多從Cortex-M轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)的同事把ST的HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback搬過(guò)來(lái)當(dāng)然進(jìn)不了中斷。在GD32VF103工程里你就得老老實(shí)實(shí)寫CAN0_RX0_IRQHandler而且確認(rèn)啟動(dòng)文件里對(duì)這個(gè)向量有定義。這個(gè)細(xì)節(jié)決定了整個(gè)中斷方案是否成立。主循環(huán)的邏輯很樸素每秒鐘發(fā)一幀標(biāo)準(zhǔn)幀while (1) { can_test_send_standard_frame(); delay_1ms(1000); printf(CAN test0 send ok\r\n); }接收端每收到一幀就在中斷里把數(shù)據(jù)打印出來(lái)同時(shí)維護(hù)一個(gè)自增計(jì)數(shù)。測(cè)試通過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)很簡(jiǎn)單連續(xù)收發(fā)100次計(jì)數(shù)完全一致且無(wú)錯(cuò)誤。4. 三層測(cè)試臺(tái)內(nèi)部回環(huán)、雙板互聯(lián)、示波器波形判斷4.1 第一層內(nèi)部回環(huán)模式驗(yàn)證控制器自身測(cè)試第一步把working_mode改成CAN_LOOPBACK_MODE重新編譯下載?；丨h(huán)模式下CAN控制器內(nèi)部把發(fā)送輸出直接接到接收輸入不經(jīng)過(guò)外部收發(fā)器也不依賴CAN_TX/RX引腳的實(shí)際電平。我的目的是先把軟件鏈路跑通寄存器初始化、發(fā)送郵箱、發(fā)送調(diào)度、接收FIFO、中斷回調(diào)、串口打印。這個(gè)階段如果出問(wèn)題百分之百是配置問(wèn)題不用去動(dòng)螺絲刀。實(shí)際測(cè)試中我在串口看到的現(xiàn)象是發(fā)送計(jì)數(shù)和接收計(jì)數(shù)嚴(yán)格同步增長(zhǎng)每一秒一進(jìn)一出。到這里第一層通過(guò)。雖然這看起來(lái)很簡(jiǎn)單但這是整個(gè)測(cè)試臺(tái)的地基如果這層都過(guò)不去后面所有環(huán)節(jié)都無(wú)從談起。4.2 第二層雙板正常互聯(lián)驗(yàn)證物理層回環(huán)通過(guò)后把working_mode改回CAN_NORMAL_MODE接上兩塊板子。A板作為發(fā)送方B板作為接收方然后反向再測(cè)一遍。雙板互聯(lián)最值得花時(shí)間檢查的是硬件CANH接CANH、CANL接CANL別交叉兩塊板子的GND連在一起總線兩端各有一個(gè)120Ω終端電阻如果這三點(diǎn)漏了任何一個(gè)都會(huì)出現(xiàn)代碼沒(méi)問(wèn)題但就是不通的鬼現(xiàn)象。我見(jiàn)過(guò)有人排除了一整天軟件問(wèn)題最后發(fā)現(xiàn)是CANH和CANL接反了這種低級(jí)錯(cuò)誤在疲勞狀態(tài)下特別容易犯所以第一步用萬(wàn)用表量線遠(yuǎn)比看代碼有效。4.3 第三層示波器看波形從顯隱性電平到位寬抖動(dòng)前兩層驗(yàn)證的是通不通第三層驗(yàn)證的是好不好。這也是熱詞里不少人問(wèn)的如何通過(guò)CAN總線波形判斷通信的好壞。先說(shuō)怎么接線。雙通道示波器一個(gè)探頭接CANH對(duì)GND另一個(gè)探頭接CANL對(duì)GND用數(shù)學(xué)運(yùn)算通道做CANH減CANL得到差分波形?；蛘咧苯影淹ǖ蓝拥紺ANL通道一接CANH用示波器的A-B模式。千萬(wàn)別用普通探頭直接跨接在CANH和CANL之間測(cè)差分除非你的示波器和探頭都是隔離的否則共地問(wèn)題會(huì)干擾測(cè)量甚至損壞設(shè)備。以TJA1050這類5V供電收發(fā)器為例隱性電平CANH和CANL都約2.5V差分電壓約0V顯性電平CANH升到約3.5VCANL降到約1.5V差分電壓約2V判斷波形好壞我主要看四個(gè)點(diǎn)差分幅值是否達(dá)標(biāo)。正常情況下顯性差分幅值應(yīng)在1.5V到3V之間。如果明顯偏低可能總線上電阻太多、線纜過(guò)長(zhǎng)、或者收發(fā)器驅(qū)動(dòng)能力不足。位寬是否準(zhǔn)確。500kbps的參數(shù)下1個(gè)位時(shí)間是2us。用示波器光標(biāo)量連續(xù)幾個(gè)顯性位再平均誤差應(yīng)該在納秒級(jí)。如果位寬明顯偏大或偏小拿反向公式就算出實(shí)際波特率和代碼參數(shù)對(duì)照。邊沿是否干凈。波形上升沿和下降沿應(yīng)該陡峭、單調(diào)沒(méi)有明顯振鈴。振鈴嚴(yán)重說(shuō)明終端電阻缺失或位置不對(duì)再不就是線纜分叉太多。位時(shí)間內(nèi)波形平臺(tái)是否穩(wěn)定。如果顯性位中段電壓往下塌說(shuō)明總線負(fù)載過(guò)重或線徑太細(xì)。有一個(gè)細(xì)節(jié)很多人忽略CAN總線的仲裁過(guò)程也反映在波形上。兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送時(shí)ID小的節(jié)點(diǎn)輸出顯性位會(huì)把ID大的節(jié)點(diǎn)輸出的隱形位覆蓋掉。所以當(dāng)你看到報(bào)文的起始段有一個(gè)異常的、比正常完整位更窄的顯性脈沖然后緊跟著一個(gè)完整報(bào)文這不一定是故障很可能是兩個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生了一次仲裁。搞清楚這個(gè)再看波形就不會(huì)把正常的仲裁誤判成干擾。4.4 波形質(zhì)量判斷表我把常見(jiàn)現(xiàn)象整理成一張表方便對(duì)照排查現(xiàn)象可能原因檢查方法沒(méi)有任何波形GPIO未配置/收發(fā)器未供電/沒(méi)有節(jié)點(diǎn)在發(fā)查引腳配置、收發(fā)器電源、發(fā)送函數(shù)調(diào)用差分幅值偏小總線終端電阻過(guò)多/線纜過(guò)長(zhǎng)/收發(fā)器驅(qū)動(dòng)弱萬(wàn)用表量60Ω并聯(lián)電阻換短粗線1位時(shí)間偏大或偏小預(yù)分頻或BS1/BS2設(shè)置不對(duì)反算波特率對(duì)齊兩端參數(shù)邊沿振鈴嚴(yán)重缺少終端電阻/走線分叉/接頭松動(dòng)總線兩端各加120Ω檢查連接顯性位平臺(tái)塌陷負(fù)載過(guò)重/線徑過(guò)細(xì)/供電不足減輕總線負(fù)載換優(yōu)質(zhì)雙絞線到這里三層測(cè)試全部通過(guò)的結(jié)論是這個(gè)test0工程在GD32VF103上驗(yàn)證了CAN控制器的功能、物理層的連接、波形質(zhì)量都沒(méi)有問(wèn)題。接下來(lái)才敢放心在這個(gè)基礎(chǔ)上寫應(yīng)用層。5. 踩過(guò)的坑和排查鏈路從接收不到數(shù)據(jù)到Bus Off再到RISC-V中斷不觸發(fā)這個(gè)工程雖然叫test0但我在調(diào)的時(shí)候幾乎把常見(jiàn)的CAN坑都踩了一遍。下面四個(gè)是典型的、可復(fù)現(xiàn)的排查鏈路每個(gè)我都按現(xiàn)象-排查-根因-解決的順序?qū)憽?.1 排查鏈路一發(fā)送成功但接收端沒(méi)有任何數(shù)據(jù)現(xiàn)象發(fā)送函數(shù)正常返回說(shuō)明報(bào)文已經(jīng)進(jìn)入發(fā)送郵箱但接收端串口一直沒(méi)有打印。第一步先確認(rèn)接收端的總線上有沒(méi)有波形。拿示波器掛在接收端的CANH和CANL上如果能看到波形說(shuō)明物理層沒(méi)問(wèn)題問(wèn)題在接收端軟件。第二步查過(guò)濾器和中斷。我當(dāng)初就是把掩碼寫錯(cuò)了標(biāo)準(zhǔn)幀ID左移的位段搞錯(cuò)導(dǎo)致過(guò)濾器把0x123這個(gè)ID給濾掉了。排查方法很簡(jiǎn)單先把掩碼全設(shè)0也就是不過(guò)濾任何ID。如果能收到數(shù)據(jù)那就證明問(wèn)題只在掩碼配置回頭對(duì)著每個(gè)位段重新檢查。第三步查中斷有沒(méi)有觸發(fā)。如果查詢方式能在main循環(huán)里收到數(shù)據(jù)但中斷方式收不到那就進(jìn)入5.4的RISC-V中斷問(wèn)題。5.2 排查鏈路二回環(huán)全通雙板一接上就啞火現(xiàn)象loopback回環(huán)測(cè)試完美通過(guò)切到normal模式接雙板兩邊都收不到數(shù)據(jù)。這個(gè)現(xiàn)象百分之八十出在物理層。我的排查順序是用萬(wàn)用表量?jī)蓧K板子的CANH之間、CANL之間的導(dǎo)通性確保線纜正確且沒(méi)有虛接。斷電量CANH到CANL之間的電阻。正常應(yīng)該在60Ω左右。如果量到120Ω就是只接了一端終端電阻如果量到幾歐姆就是總線上多并了電阻如果是開(kāi)路兩端都沒(méi)接終端。確認(rèn)兩板共地。拿萬(wàn)用表量?jī)蓧K板子的GND之間電壓應(yīng)該在毫伏級(jí)。如果量出1V以上的壓差趕緊補(bǔ)一根地線。我那次就是終端電阻只放了一塊板補(bǔ)上120Ω之后立竿見(jiàn)影波形瞬間干凈了。這個(gè)案例告訴我回環(huán)模式因?yàn)椴唤?jīng)過(guò)物理層所以對(duì)硬件狀態(tài)完全無(wú)感一旦切到正常模式物理層的每個(gè)小毛病都會(huì)被放大。5.3 排查鏈路三錯(cuò)誤幀與Bus Off波形上其實(shí)有征兆現(xiàn)象雙板好不容易通了跑一段時(shí)間后發(fā)送端報(bào)Bus Off通信中斷。這里先說(shuō)結(jié)論總線上一旦出現(xiàn)連續(xù)6個(gè)顯性位就是錯(cuò)誤幀的標(biāo)志示波器上看得清清楚楚。CAN控制器的發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)累積到256就會(huì)進(jìn)入Bus Off狀態(tài)這是bxCAN的自我保護(hù)機(jī)制防止故障節(jié)點(diǎn)持續(xù)污染總線。排查鏈路讀錯(cuò)誤狀態(tài)寄存器確認(rèn)是發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)超限還是接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)超限。用示波器對(duì)比兩邊的實(shí)際位寬。兩塊板子的晶振精度不同如果代碼里的分頻、位時(shí)序不一致實(shí)際波特率就可能差出百分之零點(diǎn)幾。短時(shí)間看不出來(lái)跑久了重同步跟不上就會(huì)開(kāi)始報(bào)錯(cuò)。檢查SJW設(shè)置。如果總線上的時(shí)鐘偏差確實(shí)略大把SJW從1Tq放寬到2Tq或4Tq重同步的容錯(cuò)范圍更大能吸收更多時(shí)鐘抖動(dòng)。我在排查時(shí)發(fā)現(xiàn)兩塊板子的代碼雖然都是500kbps但一塊用的是BS13、BS24另一塊用的是BS15、BS22采樣點(diǎn)差很多在長(zhǎng)距離通信下就露餡了。統(tǒng)一參數(shù)后問(wèn)題消失。這個(gè)案例很典型兩邊都以為自己配置的是500kbps但實(shí)際位時(shí)序差異很大。5.4 排查鏈路四RISC-V環(huán)境里中斷不進(jìn)ISR現(xiàn)象使用輪詢方式能正常接收數(shù)據(jù)但一旦改成中斷方式接收FIFO明明有數(shù)據(jù)ISR就是不執(zhí)行。這類問(wèn)題在從Cortex-M轉(zhuǎn)RISC-V的工程師身上出現(xiàn)頻率很高。我在排查時(shí)按這個(gè)順序確認(rèn)中斷服務(wù)函數(shù)名。進(jìn)到啟動(dòng)文件或者中斷向量表定義里搜CAN0_RX0看實(shí)際向量表里注冊(cè)的函數(shù)名是什么。我見(jiàn)過(guò)有工程里把函數(shù)命名為CAN0_RX_IRQHandler少一個(gè)0結(jié)果向量表的對(duì)應(yīng)項(xiàng)是弱符號(hào)中斷自然沒(méi)入口。確認(rèn)中斷使能函數(shù)真的執(zhí)行了。有時(shí)候啟動(dòng)代碼里自己又關(guān)了一次全局中斷或者ECLIC的優(yōu)先級(jí)配置不對(duì)導(dǎo)致中斷被一直掛起。確認(rèn)CAN外設(shè)中斷事件是否使能。有些版本要同時(shí)使能外設(shè)級(jí)中斷事件CAN_INT_RX_FIFO0_NOT_EMPTY和內(nèi)核級(jí)中斷兩層都打開(kāi)才算完。RISC-V的ECLIC和ARM的NVIC最大的區(qū)別在于NVIC的中斷入口和啟動(dòng)文件自動(dòng)關(guān)聯(lián)習(xí)慣成自然ECLIC的向量表有時(shí)需要手動(dòng)確認(rèn)函數(shù)符號(hào)是否有效。養(yǎng)成在工程里搜一遍向量表再寫ISR的習(xí)慣能省下一下午。5.5 給test0留個(gè)升級(jí)路徑下一步可以加什么test0跑通只是起點(diǎn)后面的擴(kuò)展路徑我很明確數(shù)據(jù)鏈路層測(cè)試加入擴(kuò)展幀、遠(yuǎn)程幀驗(yàn)證不同幀類型下的收發(fā)多節(jié)點(diǎn)仲裁測(cè)試至少3個(gè)節(jié)點(diǎn)不同的ID觀察仲裁過(guò)程中ID優(yōu)先級(jí)是否生效錯(cuò)誤處理測(cè)試故意制造波特率不匹配驗(yàn)證Bus Off恢復(fù)邏輯采樣點(diǎn)優(yōu)化對(duì)不同線纜長(zhǎng)度、不同波特率做采樣點(diǎn)掃描找到最穩(wěn)定參數(shù)一致性測(cè)試如果是要走產(chǎn)線的產(chǎn)品還得用專業(yè)CAN一致性測(cè)試設(shè)備覆蓋物理層、位時(shí)序、協(xié)議層比test0要嚴(yán)格得多熱詞里那個(gè)can一致性測(cè)試其實(shí)就是產(chǎn)線級(jí)驗(yàn)證的一部分。test0能告訴你這個(gè)芯片能不能用CAN一致性測(cè)試能告訴你這條生產(chǎn)線出來(lái)的每一塊板CAN都合格兩者側(cè)重不同但都需要從這樣一個(gè)最小測(cè)試工程起步。最后說(shuō)一個(gè)我個(gè)人很堅(jiān)持的小習(xí)慣像gd32vf_can_test0這種工程我會(huì)在工程目錄里單獨(dú)留一個(gè)notes.md把示波器截圖、波特率參數(shù)、板子跳線狀態(tài)、當(dāng)時(shí)用的收發(fā)器型號(hào)全部記下來(lái)。過(guò)幾個(gè)月有人問(wèn)這個(gè)參數(shù)當(dāng)時(shí)怎么定的我能直接翻筆記復(fù)現(xiàn)而不是盯著代碼猜。這個(gè)習(xí)慣幫我省過(guò)很多次返工也推薦給你試試。本文還有配套的精品資源點(diǎn)擊獲取