RT-Thread-【RA6M3 HMI Board 评测大挑战】-瑞萨RA6M3上的CAN实践RT-Thread问答社区

【RA6M3 HMI Board 评测大挑战】-瑞萨RA6M3上的CAN实践

发布于 2023-06-12 14:26:21 浏览：1027 订阅该版

[tocm]

【TOC】
# 一.准备
基于RT-Thread Studio

## 1.1安装BSP包
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注意GNU工具链版本
![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/ca7eee93e6c9779b72d8f9721295e036.png.webp)
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## 1.2 芯片资料
https://www.renesas.cn/cn/zh/products/microcontrollers-microprocessors/ra-cortex-m-mcus/ra6m3-32-bit-microcontrollers-120mhz-usb-high-speed-ethernet-and-tft-controller

主要阅读
《Renesas RA6M3 Group User’s Manual: Hardware》
《RA6M3 Group Datasheet》
《RA6 快速设计指南》

## 1.3FSP
如下地址下载FSP安装
https://www.renesas.cn/cn/zh/software-tool/flexible-software-package-fsp
## 1.4代码仓库
https://github.com/RT-Thread-Studio/sdk-bsp-ra6m3-hmi-board

git clone https://github.com/RT-Thread-Studio/sdk-bsp-ra6m3-hmi-board.git
## 1.5创建工程
菜单栏
文件->新建->RT-Thread项目
设置如下
![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/0e17889fa595ad2cdaa998b2460c6212.png.webp)
编译
![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/93dfb0cca8d3b7e540b579a987e42686.png.webp)
下载运行
![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/19b1177c8e849ad74101a55c375ed269.png.webp)
运行继续
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接上串口P205 P206
115200-8-N-1
![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/c5d4dc20521a5c86207e7ec1a4684662.png.webp)
看到打印如下
![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/6f5b5402c27cf09f4c0f6cf73501402d.png.webp)

# 二.CAN模块硬件部分介绍

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/d94e136edca842bf4bc84ab0558ad722.png.webp)

对应的引脚是CAN_TX:P704;CAN_RX:P705

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/ed08a337abdd408e868bf4c2acb336e6.png.webp)

使用的收发芯片型号是XL2551

其中VCC_CAN来自于USB输入的5V电源

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/1b8197a4def8b332177f70ea8254b97a.png.webp)

TP5设置了一个测试点,可以测试Vref的VDD/2的电压,辅助确认芯片是否正常。

R76 R77构成了120欧终端电阻,C67起到滤波作用,这个电容不能大，否则影响高速时信号边沿，导致边沿变迟缓可能导致采样错误。

RS用于Slope-Control控制输入,默认接GND即High-Speed模式。

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/b761a61e08f58cbe1c3adedb2c9a0970.png.webp)

J7为PCB插座,接CAN的CANH和CANL
如图所示

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/7384ce789e9a815071f21bb23e387cca.png.webp)

# 三.CAN模块介绍
参考《Renesas RA6M3 Group User’s Manual: Hardware》的《37. Controller Area Network (CAN) Module》
## 3.1特征
- 支持ISO11898-1 标准和扩展帧
- 支持最高1 Mbps 
- 32个消息邮箱:每一个都可以独立配置为接收或发送;或者24个配置为接受或发送，剩余的8个配置为4级收发FIFO。
- 支持数据帧和远程帧接收，可配置只接收标准帧或者扩展帧或者混合帧，可配置单次接收模式，可配置溢出时数据是保存还是丢弃，每个邮箱可单独配置接收完成中断使能。
- 4个邮箱共用一个，一共8个接收过滤器，每个邮箱可单独使能过滤。
- 支持数据帧和远程帧发送，可配置只发送标准帧或者扩展帧或者混合帧，可配置单次发送模式，广播功能，优先级可由ID或者邮箱序号决定，支持发送中止且有中止完成标志，每个邮箱可单独配置接发送成中断使能。
- 从总线断开状态恢复的模式转换可选择为：1.符合ISO11898-1规范2.总线断开进入时自动进入CAN停止模式3.总线断开完成时自动进入CAN停止模式4.通过软件进入CAN停止模式5.通过软件转换到错误活动状态。
- 监控CAN总线错误，包括填充错误、格式错误、ACK错误、15位CRC错误、位错误和ACK分隔符错误。检测到错误状态的转换，包括错误警告、被动错误、总线关闭进入和总线关闭恢复。支持读取错误计数器。
- 使用16位计数器的时间戳功能，可选择1位、2位、4位和8位时间周期的参考时钟
- 支持五种中断源：接收完成、发送完成、接收FIFO、发送FIFO和错误中断。
- 停止CAN时钟以降低功耗。
- 三个软件支持单元：接收过滤器;邮箱搜索支持，包括接收邮箱搜索、发送邮箱搜索和邮件丢失搜索;通道搜索支持。
- 时钟源来自PCLKB 或 CANMCLK 
- 可用于评估的三种测试模式:仅听模式;自检模式0（外部环回）;自检模式1（内部环回）。
- 可以设置模块停止状态以降低功耗.

## 3.2框图

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/4107bf9ca747096c1cd19f4e305fd984.png.webp)

## 3.3操作模式
CAN模块的操作模式包括：CAN复位模式,CAN停止模式,CAN操作模式,CAN睡眠模式。状态切换如下图:

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/345315237769a8c04ad04751936a6b03.png.webp)

## 3.4时序设置
时序设置很重要
时钟源
CAN模块有一个CAN时钟发生器，可通过BCR寄存器中的CCLKS和BRP[9:0]位进行设置。图显示了CAN时钟发生器的框图
CCLKS选择时钟源来自与PCLKB还是EXTAL
BPR设置时钟分频最后得到fCANCLK

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/be4b1e7d6f2f8a364ab223c16771be33.png.webp)

## 3.5时序设置
根据传输速率设置BIt time，尽量保证Tq的整数个刚好是BIt time，避免舍入误差。
如下

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/6edb744cbfc44348f863c70cba2d6a1f.png.webp)
SS固定为1
TSEG1包括了传播时间，理论上除去SS和传播时间，采样点在剩余的中间最好，波特率冗余度最高。
SJW尽可能设置最大但是不能大于4不能大于TSEG2
参数范围符合图中说明

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/72dd3635ab30e057f6a28c61d28a5ca2.png.webp)

接收过滤
在总线设备较多，数据较多时使用过滤器只接收自己关心的数据，可以减少处理负担。
接送过滤有两种模式，正常模式一个MASK寄存器控制4个邮箱，FIFO模式前面24个邮箱和正常模式一样，后面的MKR6配合FIFO接收ID比较寄存器0 FIDCR0，MKR7配合FIFO接收ID比较寄存器1 FIDCR1，控制收发FIFO。

MKRk 寄存器，设置接收到的ID是否和MBj_ID 比较，该寄存器对应位为1则接收到的ID对应bit和MBj_ID 比较，只有相同时才接收
MKIVLR一个bit对应一个邮箱设置对应邮箱是否进行接收过滤，设置为0则接收过滤。

即MKIVLR对应为0时则 (接收ID & MKRk) == (MBj_ID & MKRk)才接收，注意MKRk寄存器序号和邮箱的对应关系，一个MKR对应4个邮箱。

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/01adb363410e80d077c451b05056a78d.png.webp)

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/a6d720d8cd3e0339feea65822ffe35af.png.webp)

## 3.6中断
中断对于编程来说很重要，有以下5个中断

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/ba039a527d204e829f6d66492fb1205c.png.webp)

## 3.7注意事项
默认模块时关闭的，需要通过MSTPCRB 使能模块
需要实现配置好时钟源
CCLKS =1 则 fPCLKB需要  fCANMCLK 
CCLKS=0则外设时钟源必须来自PLL

# 四.CAN驱动介绍
## 4.1添加CAN驱动
按如下设置并保存，也可以使用env设置

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/6f5b9ccaa7502e090ae70f4f3169a9ac.png.webp)

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/4214555e4461a3b37ee48397567fa29f.png.webp)

添加的代码位置如下

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/d06a5922497d509fa69f019727963517.png.webp)

## 4.2使能硬件CAN
右键点击工程，打开env环境

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/78e3337c865c6ecab7070212c0f9d76e.png.webp)

输入menuconfig

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/eaeb217ae197ddf775407c800e16c0c7.png.webp)

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/35407279105388f3f2ca6e535b5f794e.png.webp)

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/af9f7f5a3bff6f4d23c377c0f90da404.png.webp)

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/de95f600e144a80c83a0e0194b855e85.png.webp)

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/b9b928b5f4c9c4c990f73f49886043eb.png.webp)

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/46d88cbb3e79735232ab405dd6edcf94.png.webp)

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/b63cb7ca596f6669a42e2d01367d7233.png.webp)
## 4.3测试代码

CAN\board\SConscript下添加

```
if GetDepend(['RT_USING_CAN']):
    src += Glob('ports/can_test.c')

```
刷新scons配置

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/e83022197de7a80f54861d9cd1132076.png.webp)
添加的测试代码如下

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/7c9a83dc7cd560e0bcfba3658338727f.png.webp)

该代码使用can0，创建接收线程接收can数据，接收到后打印信息，同时导出命令can_sample，执行一次命令发送一帧CAN数据。

# 五.回环测试
`rt_device_open`后添加一行，设置为回环模式
`rt_device_control(can_dev,RT_CAN_CMD_SET_MODE,RT_CAN_MODE_LOOPBACK);`

编译运行，help可以看到对应的命令can_sample

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/a090559d7931fe80f66244ccdcf0072b.png.webp)

查看设备

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/1aa424f6745cbea13bb794e2e1fe389f.png.webp)
查看CAN状态

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/1cf056be6316d2a08f7ec79c54034385.png.webp)

接收测试
`can_sample can0`
可以看到接收到了发送的数据

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/d27d617de05ac352a75c2252745c7ca4.png.webp)

# 六.问题
`can_sample can0`
只能执行一次

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/e5b7680133b32544b36c3e7a5bdca531.png.webp)

`static rt_device_t can_dev = NULL;`

设置只有未初始化才初始化
```
    if(can_dev == NULL)
    {
        if (argc == 2)
        {
            rt_strncpy(can_name, argv[1], RT_NAME_MAX);
        }
        else
        {
            rt_strncpy(can_name, CAN_DEV_NAME, RT_NAME_MAX);
        }
        can_dev = rt_device_find(can_name);
        if (!can_dev)
        {
            rt_kprintf("find %s failed!\n", can_name);
            return RT_ERROR;
        }

rt_sem_init(&rx_sem, "rx_sem", 0, RT_IPC_FLAG_FIFO);

res = rt_device_open(can_dev, RT_DEVICE_FLAG_INT_TX | RT_DEVICE_FLAG_INT_RX);
        RT_ASSERT(res == RT_EOK);

rt_device_control(can_dev,RT_CAN_CMD_SET_MODE,RT_CAN_MODE_LOOPBACK);

thread = rt_thread_create("can_rx", can_rx_thread, RT_NULL, 1024, 25, 10);
        if (thread != RT_NULL)
        {
            rt_thread_startup(thread);
        }
        else
        {
            rt_kprintf("create can_rx thread failed!\n");
        }
}
```

这样就可以反复进行can_sample测试

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230612/57a0de1968fc89e6a5a3b160d23032d4.png.webp)

# 七.CAN驱动分析

## 7.1测试代码
`board\ports\can_test.c`
见前面的测试

## 7.2硬件抽象层
`libraries\HAL_Drivers\drv_can.c drv_can.h`
导出了初始化函数，启动时自动根据链接脚本放置的位置调用该函数
`INIT_BOARD_EXPORT(rt_hw_can_init);`

通过接口
       ` result = rt_hw_can_register(&can_obj[i].can_dev, can_obj[i].config->name, can_obj[i].can_dev.ops, RT_NULL);`
注册几个关键的数据结构
重点是如下结构体，即操作底层硬件的接口，驱动层即通过注册的该opt结构进行底层硬件操作
```
const struct rt_can_ops ra_can_ops =
{
    .configure = ra_can_configure,
    .control = ra_can_control,
    .sendmsg = ra_can_sendmsg,
    .recvmsg = ra_can_recvmsg
};
```

`libraries\HAL_Drivers\config\ra2l1\can_config.h`中的
```
#if defined(BSP_USING_CAN0)
#ifndef CAN0_CONFIG
#define CAN0_CONFIG                                                 \
    {                                                               \
        .name = "can0",                                            \
        .num_of_mailboxs = CAN_NO_OF_MAILBOXES_g_can0,             \
        .p_api_ctrl = &g_can0_ctrl,                                \
        .p_cfg = &g_can0_cfg,                                      \
    }
#endif /* CAN0_CONFIG */
#endif /* BSP_USING_CAN0 */
```
则定义的芯片相关的操作数据结构和设备名字。

## 7.3组件层
`rt-thread\components\drivers\can\can.c`

导出了命令
`MSH_CMD_EXPORT_ALIAS(cmd_canstat, canstat, stat can device status);`

`rt_hw_can_register`注册以下接口，即组件设备的驱动API
```
    device->init        = rt_can_init;
    device->open        = rt_can_open;
    device->close       = rt_can_close;
    device->read        = rt_can_read;
    device->write       = rt_can_write;
device->control     = rt_can_control;
```

## 7.4设备层
更通用的设备层通过设备名找到设备句柄
`rt_device_find`

设备打开等操作时`rt_device_open`通过设备句柄调用组件层的API，

`rt_can_open`等，而组件层调用硬件抽象层的接口，硬件抽象层再调用IC的固件库实现硬件操作。

# 八.总结
得益于RT_Thread比较好的设备驱动框架，设备驱动的扩展非常方便，直接配置IC固件库，实现硬件抽象层即可，组件层和设备层驱动都是通用的。