又踩坑了！这次败给CAN总线了

前言

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。
有一个问题一直无法解决。在开启CAN的接收中断，接收不到数据，问题卡了很久，下面简单分享一下解决的过程和思路。

目录

• 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

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控制器和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CAN1 和 CAN2，具体如下图所示；

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；

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；

将CAN分析仪的CAN_H和CAN_L分别并联到CAN收发器的CAN_H和CAN_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；

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；

2. 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；

voidMX_CAN_Init(void)
{
CAN_FilterConfTypeDefsFilterConfig;

/*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FIFO0*/
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；

不难发现，CAN1的FIFO0产生接收中断需要满足三个条件中的任意一个；

• FMPIE0置1 且 FMP0置1；FIFO不为空会产生中断
• FFIE0置1 且 FULL置1；FIFO满，会产生中断
• FOVIE0置1 且 FOVR0置1；FIFO溢出，会产生中断

手册里是这样描述的，如下图所示；

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；

TEC和REC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。

当TEC大于96的时候，硬件会将EWGF置1（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；

/**
*@briefHandlesCANinterruptrequest
*@paramhcan:pointertoaCAN_HandleTypeDefstructurethatcontains
*theconfigurationinformationforthespecifiedCAN.
*@retvalNone
*/
voidHAL_CAN_IRQHandler(CAN_HandleTypeDef*hcan)
{
uint32_ttmp1=0U,tmp2=0U,tmp3=0U;
uint32_terrorcode=HAL_CAN_ERROR_NONE;

/*CheckOverrunflagforFIFO0*/
tmp1=__HAL_CAN_GET_FLAG(hcan,CAN_FLAG_FOV0);
tmp2=__HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan,CAN_IT_FOV0);
if(tmp1&&tmp2)
{
/*SetCANerrorcodetoFOV0error*/
errorcode|=HAL_CAN_ERROR_FOV0;

/*ClearFIFO0OverrunFlag*/
__HAL_CAN_CLEAR_FLAG(hcan,CAN_FLAG_FOV0);
}
/*CheckOverrunflagforFIFO1*/
tmp1=__HAL_CAN_GET_FLAG(hcan,CAN_FLAG_FOV1);
tmp2=__HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan,CAN_IT_FOV1);

if(tmp1&&tmp2)
{
/*SetCANerrorcodetoFOV1error*/
errorcode|=HAL_CAN_ERROR_FOV1;

/*ClearFIFO1OverrunFlag*/
__HAL_CAN_CLEAR_FLAG(hcan,CAN_FLAG_FOV1);
}

/*CheckEndoftransmissionflag*/
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);
/*CheckTransmitsuccess*/
if(tmp1||tmp2||tmp3)
{
/*Calltransmitfunction*/
CAN_Transmit_IT(hcan);
}
else/*Transmitfailure*/
{
/*SetCANerrorcodetoTXFAILerror*/
errorcode|=HAL_CAN_ERROR_TXFAIL;
}

/*Cleartransmissionstatusflags(RQCPxandTXOKx)*/
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);
/*CheckEndofreceptionflagforFIFO0*/
if((tmp1!=0U)&&tmp2)
{
/*Callreceivefunction*/
CAN_Receive_IT(hcan,CAN_FIFO0);
}

tmp1=__HAL_CAN_MSG_PENDING(hcan,CAN_FIFO1);
tmp2=__HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan,CAN_IT_FMP1);
/*CheckEndofreceptionflagforFIFO1*/
if((tmp1!=0U)&&tmp2)
{
/*Callreceivefunction*/
CAN_Receive_IT(hcan,CAN_FIFO1);
}

/*Seterrorcodeinhandle*/
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);
/*CheckErrorWarningFlag*/
if(tmp1&&tmp2&&tmp3)
{
/*SetCANerrorcodetoEWGerror*/
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);
/*CheckErrorPassiveFlag*/
if(tmp1&&tmp2&&tmp3)
{
/*SetCANerrorcodetoEPVerror*/
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);
/*CheckBus-OffFlag*/
if(tmp1&&tmp2&&tmp3)
{
/*SetCANerrorcodetoBOFerror*/
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);
/*CheckLasterrorcodeFlag*/
if((!tmp1)&&tmp2&&tmp3)
{
tmp1=(hcan->Instance->ESR)&CAN_ESR_LEC;
switch(tmp1)
{
case(CAN_ESR_LEC_0):
/*SetCANerrorcodetoSTFerror*/
hcan->ErrorCode|=HAL_CAN_ERROR_STF;
break;
case(CAN_ESR_LEC_1):
/*SetCANerrorcodetoFORerror*/
hcan->ErrorCode|=HAL_CAN_ERROR_FOR;
break;
case(CAN_ESR_LEC_1|CAN_ESR_LEC_0):
/*SetCANerrorcodetoACKerror*/
hcan->ErrorCode|=HAL_CAN_ERROR_ACK;
break;
case(CAN_ESR_LEC_2):
/*SetCANerrorcodetoBRerror*/
hcan->ErrorCode|=HAL_CAN_ERROR_BR;
break;
case(CAN_ESR_LEC_2|CAN_ESR_LEC_0):
/*SetCANerrorcodetoBDerror*/
hcan->ErrorCode|=HAL_CAN_ERROR_BD;
break;
case(CAN_ESR_LEC_2|CAN_ESR_LEC_1):
/*SetCANerrorcodetoCRCerror*/
hcan->ErrorCode|=HAL_CAN_ERROR_CRC;
break;
default:
break;
}

/*ClearLasterrorcodeFlag*/
hcan->Instance->ESR&=~(CAN_ESR_LEC);
}

/*CalltheErrorcallBackincaseofErrors*/
if(hcan->ErrorCode!=HAL_CAN_ERROR_NONE)
{
/*ClearERRIFlag*/
hcan->Instance->MSR=CAN_MSR_ERRI;
/*SettheCANstatereadytobeabletostartagaintheprocess*/
hcan->State=HAL_CAN_STATE_READY;

/*Disableinterrupts:*/
/*-DisableErrorwarningInterrupt*/
/*-DisableErrorpassiveInterrupt*/
/*-DisableBus-offInterrupt*/
/*-DisableLasterrorcodeInterrupt*/
/*-DisableErrorInterrupt*/
/*-DisableFIFO0messagependingInterrupt*/
/*-DisableFIFO0OverrunInterrupt*/
/*-DisableFIFO1messagependingInterrupt*/
/*-DisableFIFO1OverrunInterrupt*/
/*-DisableTransmitmailboxemptyInterrupt*/
__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);

/*CallErrorcallbackfunction*/
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，项目中难免会遇到各种问题，解决之后，大家要及时做好总结和复盘，技术在于积累和沉淀，相互学习，共同进步。