STM32之CAN---TTCAN模式浅析

1 前言

传统CAN 采用事件触发消息传输机制,CSMA/ CD+ AMP( Carrier-Sense Mult iple Access w ith Co llision Detect ion and Arbit ration on Message Priorit ies, 载波侦听、多路访问、冲突检测、优先级仲裁) 介质访问控制机制, 即多个消息同时发送时, 按照消息标识符的优先级顺序, 低优先级消息自动退出, 高优先级消息继续发送。这种介质访问方式提高了网络的利用率和高优先级消息的实时性, 但在重负载CAN 中, 低优先级消息经常由于总线冲突而被迫退出发送, 导致低优先级消息传输时延长, 且传输时延不可预测, 因此, CAN 不适合实时性和可靠性要求特别高或有安全性要求的场合, 如汽车电子钟的X-by-w ir e( 线控技术) 。为此国外有专家自2000 年起研究时间触发机制的CAN --TT CAN。2004 年国际标准化组织将TT CAN 制定为ISO 11898-4国际标准。

2 什么是TTCAN？

TT CA N 是CAN 的高层协议, 其数据链路层需要帧起始时刻信息。T TCAN 在CAN 的物理层和数据链路层基础上, 通过调度表实现网路上节点的分时同步通信。网路上各节点取得同步后, 消息只能根据调度表在规定的时间隙传输, 避免了消息传输的冲突、仲裁,消息传输时延短, 且可预知。具体介绍请参考ISO11898-4。

3 STM32中的TTCAN实现

3.1 开启TTCAN模式

STM32是通过主控制寄存器（CAN_MCR）的TTCM位来控制TTCAN模式的使能开关的。CAN_MCR寄存器如下所示：

地址偏移量: 0x00
复位值: 0x0001 0002

图1

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。
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。

如上，只需要将CAN_MCR寄存器的TTCM位置1则开启了TTCAN模式。此时STM32的CAN模式以TTCAN模式进行通信。

STM32F20x的固件库对应开启TTCAN模式的接口为：

/**
  * @brief  Enables or disables the CAN Time TriggerOperation communication mode.
  * @note   DLC must be programmed as 8 in order Time Stamp (2 bytes) to be 
  *         sent over the CAN bus.  
  * @param  CANx: where x can be 1 or 2 to to select the CAN peripheral.
  * @param  NewState: Mode new state. This parameter can be: ENABLE or DISABLE.
  *         When enabled, Time stamp (TIME[15:0]) value is  sent in the last two
  *         data bytes of the 8-byte message: TIME[7:0] in data byte 6 and TIME[15:8] 
  *         in data byte 7. 
  * @retval None
  */
void CAN_TTComModeCmd(CAN_TypeDef* CANx, FunctionalState NewState);

或者在初始化CAN_Init时，将CAN_InitTypeDef的成员CAN_TTCM使能。

3.2 开启时间戳

在TTCAN模式下，CAN硬件的内部定时器被激活，并且被用于产生发送与接收邮箱的)时间戳，分别存储在CAN_RDTxR/CAN_TDTxR寄存器中。内部定时器在每个CAN位时间累加。内部定时器在接收和发送的帧起始位的采样点位置被采样，并生成时间戳。如下：

发送邮箱时间戳：

图2

如上图：在TTCAN模式下，TIME[15：0]将保留SOF的时间戳。

若通过将TGT位置1则开启了时间戳，此时TIME[15:0]将保存了在发送该报文SOF的时刻，16位定时器的值。同时，在发送长度为8的报文中，时间戳TIME[15:0]是最后2个发送的字节：TIME[7:0]作为第7个字节，TIME[15:8]为第8个字节，它们替换了写入CAN_TDHxR[31:16]的数据(DATA6[7:0]和DATA7[7:0])。为了把时间戳的2个字节发送出去，DLC必须编程为8。

在源码中开启此功能，修改CAN_TypeDef的sTxMailBox[3]的RDTR寄存器。

接收邮箱时间戳：

图3

在TTCAN模式下，接收邮箱数据长度和时间戳寄存器的TIME[15：0]记录接收到的报文的SOF时间戳。

完!