STM32之CAN---工作/测试模式浅析

1 bxCAN工作模式

bxCAN有3个主要的工作模式：初始化模式、正常模式和睡眠模式。

在硬件复位后，bxCAN工作在睡眠模式以节省电能，同时CANTX引脚的内部上拉电阻被激活。软件通过对CAN_MCR寄存器的INRQ或SLEEP位置’1’，可以请求bxCAN进入初始化或睡眠模式。一旦进入了初始化或睡眠模式，bxCAN就对CAN_MSR寄存器的INAK或SLAK位置’1’来进行确认，同时内部上拉电阻被禁用。

当INAK和SLAK位都为’0’时，bxCAN就处于正常模式。在进入正常模式前，bxCAN必须跟CAN总线取得同步；为取得同步，bxCAN要等待CAN总线达到空闲状态，即在CANRX引脚上监测到11个连续的隐性位。

1.1 初始化模式

软件初始化应该在硬件处于初始化模式时进行。设置CAN_MCR寄存器的INRQ位为’1’，请求bxCAN进入初始化模式，然后等待硬件对CAN_MSR寄存器的INAK位置’1’来进行确认。
清除CAN_MCR寄存器的INRQ位为’0’，请求bxCAN退出初始化模式，当硬件对CAN_MSR寄存器的INAK位清’0’就确认了初始化模式的退出。
当bxCAN处于初始化模式时，禁止报文的接收和发送，并且CANTX引脚输出隐性位(高电平)。初始化模式的进入，不会改变配置寄存器。

软件对bxCAN的初始化，至少包括位时间特性(CAN_BTR)和控制(CAN_MCR)这2个寄存器。
在对bxCAN的过滤器组(模式、位宽、FIFO关联、激活和过滤器值)进行初始化前，软件要对CAN_FMR寄存器的FINIT位设置’1’。对过滤器的初始化可以在非初始化模式下进行。
注： 当FINIT=1时，报文的接收被禁止。可以先对过滤器激活位清’0’（在CAN_FA1R中），然后修改相应过滤器的值。如果过滤器组没有使用，那么就应该让它处于非激活状态（保持其FACT位为清’0’状态）。

1.2 正常模式

在初始化完成后，软件应该让硬件进入正常模式，以便正常接收和发送报文。软件可以通过对CAN_MCR寄存器的INRQ位清’0’，来请求从初始化模式进入正常模式，然后要等待硬件对CAN_MSR寄存器的INAK位置’1’的确认。在跟CAN总线取得同步，即在CANRX引脚上监测到11个连续的隐性位(等效于总线空闲)后，bxCAN才能正常接收和发送报文。

不需要在初始化模式下进行过滤器初值的设置，但必须在它处在非激活状态下完成(相应的FACT位为0)。而过滤器的位宽和模式的设置，则必须在初始化模式中进入正常模式前完成。

1.3 睡眠模式(低功耗)

bxCAN可工作在低功耗的睡眠模式。软件通过对CAN_MCR寄存器的SLEEP位置’1’，来请求进入这一模式。在该模式下，bxCAN的时钟停止了，但软件仍然可以访问邮箱寄存器。
当bxCAN处于睡眠模式，软件必须对CAN_MCR寄存器的INRQ位置’1’并且同时对SLEEP位清’0’，才能进入初始化模式。
有2种方式可以唤醒(退出睡眠模式)bxCAN：通过软件对SLEEP位清’1’，或硬件检测到CAN总线的活动。
如果CAN_MCR寄存器的AWUM位为’1’，一旦检测到CAN总线的活动，硬件就自动对SLEEP位清’0’来唤醒bxCAN。如果CAN_MCR寄存器的AWUM位为’0’，软件必须在唤醒中断里对SLEEP位清’0’才能退出睡眠状态。

注： 如果唤醒中断被允许(CAN_IER寄存器的WKUIE位为’1’)，那么一旦检测到CAN总线活动就会产生唤醒中断，而不管硬件是否会自动唤醒bxCAN。
在对SLEEP位清’0’后，睡眠模式的退出必须与CAN总线同步，当硬件对SLAK位清’0’时，就确认了睡眠模式的退出。

2 测试模式

通过对CAN_BTR寄存器的SILM和/或LBKM位置’1’，来选择一种测试模式。只能在初始化模式下，修改这2位。在选择了一种测试模式后，软件需要对CAN_MCR寄存器的INRQ位清’0’，来真正进入测试模式。

2.1 静默模式

通过对CAN_BTR寄存器的SILM位置’1’，来选择静默模式。
在静默模式下，bxCAN可以正常地接收数据帧和远程帧，但只能发出隐性位，而不能真正发送报文。如果bxCAN需要发出显性位(确认位、过载标志、主动错误标志)，那么这样的显性位在内部被接回来从而可以被CAN内核检测到，同时CAN总线不会受到影响而仍然维持在隐性位状态。因此，静默模式通常用于分析CAN总线的活动，而不会对总线造成影响－显性位(确认位、错误帧)不会真正发送到总线上。

图1

2.2 环回模式

通过对CAN_BTR寄存器的LBKM位置’1’，来选择环回模式。在环回模式下，bxCAN把发送的报文当作接收的报文并保存(如果可以通过接收过滤)在接收邮箱里。

环回模式可用于自测试。为了避免外部的影响，在环回模式下CAN内核忽略确认错误(在数据/远程帧的确认位时刻，不检测是否有显性位)。在环回模式下，bxCAN在内部把Tx输出回馈到Rx输入上，而完全忽略CANRX引脚的实际状态。发送的报文可以在CANTX引脚上检测到。

2.3 环回静默模式

通过对CAN_BTR寄存器的LBKM和SILM位同时置’1’，可以选择环回静默模式。该模式可用于“热自测试”，即可以象环回模式那样测试bxCAN，但却不会影响CANTX和CANRX所连接的整个CAN系统。在环回静默模式下，CANRX引脚与CAN总线断开，同时CANTX引脚被驱动到隐性位状态。

图3

3 如何设置工作模式

固件接口如下：

/**
  * @brief  Selects the CAN Operation mode.
  * @param  CAN_OperatingMode: CAN Operating Mode.
  *         This parameter can be one of @ref CAN_OperatingMode_TypeDef enumeration.
  * @retval status of the requested mode which can be 
  *         - CAN_ModeStatus_Failed:  CAN failed entering the specific mode 
  *         - CAN_ModeStatus_Success: CAN Succeed entering the specific mode 
  */
uint8_t CAN_OperatingModeRequest(CAN_TypeDef* CANx, uint8_t CAN_OperatingMode);

CAN_operating_mode如下定义:

 /**
  * @defgroup CAN_operating_mode 
  * @{
  */  
#define CAN_OperatingMode_Initialization  ((uint8_t)0x00) /*!< Initialization mode */
#define CAN_OperatingMode_Normal          ((uint8_t)0x01) /*!< Normal mode */
#define CAN_OperatingMode_Sleep           ((uint8_t)0x02) /*!< sleep mode */

4 如何设置测试模式

/** @defgroup CAN_operating_mode 
  * @{
  */

#define CAN_Mode_Normal             ((uint8_t)0x00)  /*!< normal mode */
#define CAN_Mode_LoopBack           ((uint8_t)0x01)  /*!< loopback mode */
#define CAN_Mode_Silent             ((uint8_t)0x02)  /*!< silent mode */
#define CAN_Mode_Silent_LoopBack    ((uint8_t)0x03)  /*!< loopback combined with silent mode */

在CAN初始化函数接口CAN_Init调用时，使用CAN_TypeDef类型的CAN_Mode定义了CAN的测试模式，其值如上所定义。如下所示：

CAN_DeInit(CAN1);
CAN_StructInit(&CAN_InitStructure);
//...
CAN_InitStructure.CAN_Mode = CAN_Mode_Normal;//正常模式,或者设置为测试模式
//...
if (CAN_Init(CAN1,&CAN_InitStructure) == CANINITFAILED) 		
{
    //...
}
//...

5 控制和状态寄存器

5.1 CAN主控制寄存器 (CAN_MCR)

地址偏移量: 0x00
复位值: 0x0001 0002

图4

位31:16	保留，硬件强制为0。
位15	RESET: bxCAN 软件复位 0: 本外设正常工作； 1: 对bxCAN进行强行复位，复位后bxCAN进入睡眠模式(FMP位和CAN_MCR寄存器被初始化为其复位值)。此后硬件自动对该位清0。
位14:8	保留，硬件强制为0。
位7	TTCM: 时间触发通信模式 0: 禁止时间触发通信模式； 1: 允许时间触发通信模式。 注: 要想了解关于时间触发通信模式的更多信息，请参考21.4.2：时间触发通信模式。
位6	ABOM: 自动离线(Bus-Off)管理 该位决定CAN硬件在什么条件下可以退出离线状态。 0: 离线状态的退出是在，软件对CAN_MCR寄存器的INRQ位进行置1随后清0后，一旦硬件检测到128次11位连续的隐性位，就退出离线状态； 1: 一旦硬件检测到128次11位连续的隐性位，自动退出离线状态。
位5	AWUM: 自动唤醒模式 该位决定CAN处在睡眠模式时由硬件还是软件唤醒 0: 睡眠模式通过清除CAN_MCR寄存器的SLEEP位，由软件唤醒； 1: 睡眠模式通过检测CAN报文，由硬件自动唤醒。唤醒的同时，硬件自动对CAN_MSR寄存器的SLEEP和SLAK位清0 。
位4	NART: 禁止报文自动重传 0: 按照CAN标准，CAN硬件在发送报文失败时会一直自动重传直到发送成功； 1: CAN报文只被发送1次，不管发送的结果如何(成功、出错或仲裁丢失)。
位3	RFLM: 接收FIFO锁定模式 0: 在接收溢出时FIFO未被锁定，当接收FIFO的报文未被读出，下一个收到的报文会覆盖原有的报文； 1: 在接收溢出时FIFO被锁定，当接收FIFO的报文未被读出，下一个收到的报文会被丢弃。
位2	TXFP: 发送FIFO优先级 当有多个报文同时在等待发送时，该位决定这些报文的发送顺序 0: 优先级由报文的标识符来决定； 1: 优先级由发送请求的顺序来决定。
位1	SLEEP: 睡眠模式请求 软件对该位置1可以请求CAN进入睡眠模式，一旦当前的CAN活动(发送或接收报文)结束，CAN就进入睡眠。 软件对该位清0使CAN退出睡眠模式。 当设置了AWUM位且在CAN Rx信号中检测出SOF位时，硬件对该位清0。 在复位后该位被置1－CAN在复位后处于睡眠模式。
位0	INRQ: 初始化请求 软件对该位清0可使CAN从初始化模式进入正常工作模式：当CAN在接收引脚检测到连续的11个隐性位后，CAN就达到同步，并为接收和发送数据作好准备了。为此，硬件相应地对CAN_MSR寄存器的INAK位清0。 软件对该位置1可使CAN从正常工作模式进入初始化模式：一旦当前的CAN活动(发送或接收)结束，CAN就进入初始化模式。相应地，硬件对CAN_MSR寄存器的INAK位置1。

5.2 CAN主状态寄存器 (CAN_MSR)

地址偏移量: 0x04
复位值: 0x0000 0C02

图5

位31:12	保留位，硬件强制为0
位11	RX: CAN接收电平 该位反映CAN接收引脚(CAN_RX)的实际电平。
位10	SAMP: 上次采样值 CAN接收引脚的上次采样值(对应于当前接收位的值)。
位9	RXM: 接收模式 该位为1表示CAN当前为接收器。
位8	TXM: 发送模式 该位为1表示CAN当前为发送器。
位7:5	保留位，硬件强制为0。
位4	SLAKI: 睡眠确认中断 当SLKIE=1, 一旦CAN进入睡眠模式硬件就对该位置1，紧接着相应的中断被触发。软件可对该位清0，当SLAK位被清0时硬件也对该位清0。 注: 当SLKIE=0, 不应该查询该位，而应该查询SLAK位来获知睡眠状态。
位3	WKUI: 唤醒中断挂号 当CAN处于睡眠状态，一旦帧起始位(SOF)被检测到，硬件就对该位置1；并且如果CAN_IER寄存器的WKUIE位为1，则相应的中断被触发。 该位由软件清0。
位2	ERRI: 出错中断挂号 当由于检测到出错而对CAN_ESR 寄存器的某位置1，并且CAN_IER 寄存器的相应中断使能位也被置1时，硬件对该位置1；并且如果CAN_IER寄存器的ERRIE位为1则错误中断被触发。 该位由软件清0。
位1	SLAK: 睡眠模式确认 当CAN进入睡眠模式时硬件就对该位置1，从而供软件进行状态查询。 该位是对软件请求进入睡眠模式的确认(对CAN_MCR寄存器的SLEEP位置1)。当CAN退出睡眠模式时硬件对该位清0 (需要跟CAN总线同步)。 这里跟CAN总线同步是指，硬件需要在CAN的RX引脚上检测到连续的11位隐性位。 注: 通过软件或硬件对CAN_MCR 的SLEEP位清0，是开启退出睡眠模式过程的唯一途径。有关清除SLEEP位的详细信息，参见CAN_MCR寄存器的AWUM位的描述。
位0	INAK: 初始化确认 当CAN进入初始化模式时硬件就对该位置1，从而供软件进行状态查询。 该位是对软件请求进入初始化模式的确认(对CAN_MCR寄存器的INRQ位置1)。 当CAN退出初始化模式时硬件对该位清0 (需要跟CAN总线同步)。这里跟CAN总线同步是指，硬件需要在CAN的RX引脚上检测到连续的11位隐性位。