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一文读懂CANFD的发送模式

发布于 2022-01-09 21:05:42 浏览：3481 订阅该版

[tocm]

# 前言

本文主要讲解 CANFD 的发送模式，CANFD 支持的发送模式有 3 种：TXBUFF, TXQUEUE, TXFIFO，另外发送模式还支持发送事件。对 CANFD 的接收模式有兴趣的可以参看我之前的文章《[一文读懂CANFD的接收模式](https://club.rt-thread.org/ask/article/3282.html)》。本文以 STM32H7 为为例，将对以下的关键词进行详细的讲解。

- TXBUFF
- TXQUEUE
- TXFIFO
- 发送事件
- 事件戳

## 一， CANFD 的三种发送模式

CANFD 支持三种发送模式，再配置过程中可以选择其中一种或者两种（TXQUEUE 和 TXFIFO 不能同时使用），使用两种发送方式的的组合可以是：TXBUFF + TXQUEUE 和 TXBUFF + TXFIFO。

三者的区别如下：

![image-20220109161152340.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220109/55b111dde4b1d383f42ad741adf38e9b.png.webp)

### 1. TXBUFF 发送模式

TXBUFF 的发送方式为专用发送发送缓存区，每个换缓存区仅能保存一帧报文，根据对 Message  RAM 的配置可以选择将报文放入指定编号的发送缓存区, 最大支持 32 个专用发送缓存区。

使用 TXBUFF 发送模式时，需要 Message RAM 的配置方式为：

```
hfdcan1.Init.TxBuffersNbr = 10; // 设置 TXBUFF 的数量为 10
```

使用 TXBUFF 的发送方式可以使能发送完成中断，开启方法为：

```
/* 开启 TXBUFF0 发送完成中断，注意第三个参数使用宏的方式 */
HAL_FDCAN_ActivateNotification(&hfdcan1, FDCAN_IT_TX_COMPLETE , FDCAN_TX_BUFFER0);

/* 发送完成中断回调函数 */
void HAL_FDCAN_TxBufferCompleteCallback(FDCAN_HandleTypeDef *hfdcan, uint32_t BufferIndexes)
{
    if (hfdcan == &hfdcan1)
    {
    	/* TODO */
    
        HAL_FDCAN_ActivateNotification(&hfdcan1, FDCAN_IT_TX_COMPLETE, BufferIndexes);
    }
}
```

使用 TXBUFF 发送一帧报文的示例：

```
FDCAN1_TxHeader.Identifier = 0x103;
FDCAN1_TxHeader.IdType = FDCAN_STANDARD_ID;
FDCAN1_TxHeader.TxFrameType = FDCAN_DATA_FRAME;
FDCAN1_TxHeader.DataLength = FDCAN_DLC_BYTES_8;
FDCAN1_TxHeader.ErrorStateIndicator = FDCAN_ESI_ACTIVE;
FDCAN1_TxHeader.BitRateSwitch = FDCAN_BRS_ON;
FDCAN1_TxHeader.FDFormat = FDCAN_FD_CAN;
FDCAN1_TxHeader.TxEventFifoControl = FDCAN_STORE_TX_EVENTS;
FDCAN1_TxHeader.MessageMarker = 22;

/* 将要发送的报文放入发送缓存区 */
HAL_FDCAN_AddMessageToTxBuffer(&hfdcan1, &FDCAN1_TxHeader, rxdata1, FDCAN_TX_BUFFER0);
						
FDCAN1_TxHeader.Identifier = 0x102;
HAL_FDCAN_AddMessageToTxBuffer(&hfdcan1, &FDCAN1_TxHeader, rxdata1, FDCAN_TX_BUFFER1);
						
FDCAN1_TxHeader.Identifier = 0x101;
HAL_FDCAN_AddMessageToTxBuffer(&hfdcan1, &FDCAN1_TxHeader, rxdata1, FDCAN_TX_BUFFER2);
						
FDCAN1_TxHeader.Identifier = 0x100;
HAL_FDCAN_AddMessageToTxBuffer(&hfdcan1, &FDCAN1_TxHeader, rxdata1, FDCAN_TX_BUFFER3);
						
HAL_FDCAN_EnableTxBufferRequest(&hfdcan1, FDCAN_TX_BUFFER0 | FDCAN_TX_BUFFER1 | FDCAN_TX_BUFFER2 | FDCAN_TX_BUFFER3);
						
```

将发送消息的请求给到 CANFD 控制之后，CANFD 会自动将 TXBUFF 的消息发送，会根据保存在 TXBUFF 中的消息的帧 ID 的大小来发送 ，帧 ID 数值越小，优先级越高。

![image-20220109162033407.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220109/3146e43fcde01ce69d6f8195d8abb178.png)

### 2. TXQUEUE 发送模式

TXQUEUE 的发送方式为专用发送队列，最大支持 32 个深度的发送队列，将需要放的发送的数据放入发送队列之后，硬件会根据报文的帧 ID 不同，按照帧 ID 数值越小的先发送，例如压了2帧数据，帧 ID 分别是 0x101 和 0X102，先压入 0x102 在压入 0x101 ，那么先发出去的消息是 0x101 的报文。

使用 TXQUEUE 发送模式时，需要 Message RAM 的配置方式为：

```
hfdcan1.Init.TxFifoQueueElmtsNbr = 10;
/* 使能 QUEUE 模式 */
hfdcan1.Init.TxFifoQueueMode = FDCAN_TX_QUEUE_OPERATION;
```

使用 TXBUFF 发送报文的示例：

```
FDCAN1_TxHeader.Identifier = 0x102;
FDCAN1_TxHeader.IdType = FDCAN_STANDARD_ID;
FDCAN1_TxHeader.TxFrameType = FDCAN_DATA_FRAME;
FDCAN1_TxHeader.DataLength = FDCAN_DLC_BYTES_8;
FDCAN1_TxHeader.ErrorStateIndicator = FDCAN_ESI_ACTIVE;
FDCAN1_TxHeader.BitRateSwitch = FDCAN_BRS_ON;
FDCAN1_TxHeader.FDFormat = FDCAN_FD_CAN;
FDCAN1_TxHeader.TxEventFifoControl = FDCAN_STORE_TX_EVENTS;
FDCAN1_TxHeader.MessageMarker = 0;

FDCAN1_TxHeader1.Identifier = 0x101;
FDCAN1_TxHeader1.IdType = FDCAN_STANDARD_ID;
FDCAN1_TxHeader1.TxFrameType = FDCAN_DATA_FRAME;
FDCAN1_TxHeader1.DataLength = FDCAN_DLC_BYTES_8;
FDCAN1_TxHeader1.ErrorStateIndicator = FDCAN_ESI_ACTIVE;
FDCAN1_TxHeader1.BitRateSwitch = FDCAN_BRS_ON;
FDCAN1_TxHeader1.FDFormat = FDCAN_FD_CAN;
FDCAN1_TxHeader1.TxEventFifoControl = FDCAN_STORE_TX_EVENTS;
FDCAN1_TxHeader1.MessageMarker = 1;

/* 压入 QUEUE 的帧 ID 顺序为：0x102, 0x102, 0x102, 0x101 */
HAL_FDCAN_AddMessageToTxFifoQ(&hfdcan1, &FDCAN1_TxHeader, rxdata1);
HAL_FDCAN_AddMessageToTxFifoQ(&hfdcan1, &FDCAN1_TxHeader, rxdata1);
HAL_FDCAN_AddMessageToTxFifoQ(&hfdcan1, &FDCAN1_TxHeader, rxdata1);
HAL_FDCAN_AddMessageToTxFifoQ(&hfdcan1, &FDCAN1_TxHeader1, rxdata1);
```

依次收到的报文的顺序是：

![image-20220109155650682.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220109/6a57bf312f3d7cced980de5be0023aee.png)

在发送第二帧的报文的时候检测到有多个帧 ID 不同的报文，QUEUE 模式会优先发送帧 ID 较小（优先级更高的消息）。

### 3. TXFIFO 发送模式

TXFIFO 的发送方式为先入先出，最大支持 32 个深度的发送 FIFO，将需要放的发送的数据放入发送 FIFO 之后，硬件会根据报文的放入的顺序，依次发送。

使用 TXFIFO 发送模式时，需要 Message RAM 的配置方式为：

```
hfdcan1.Init.TxFifoQueueElmtsNbr = 10;
/* 使能 QUEUE 模式 */
hfdcan1.Init.TxFifoQueueMode = FDCAN_TX_FIFO_OPERATION;
```

使用 TXFIFO 的发送方式可以使能 FIFO 空中断，开启方法为：

```
/* 开启 TXFIFO 空中断 */
HAL_FDCAN_ActivateNotification(&hfdcan1, FDCAN_IT_TX_FIFO_EMPTY , 0);

/* FIFO 空中断回调函数 */
void HAL_FDCAN_TxFifoEmptyCallback(FDCAN_HandleTypeDef *hfdcan)
{
    if (hfdcan == &hfdcan1)
    {
        /* TODO */
        HAL_FDCAN_ActivateNotification(&hfdcan1, FDCAN_IT_TX_FIFO_EMPTY , 0);
    }
}
```

将发送模式修改为 TXFIFO 之后，使用 TXQUEUE 的发送代码，接收到报文的顺序为：

![image-20220109160659883.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220109/8b925f295b1f5c7814ec1f87d0ea0149.png)

按照压入 FIFO 的顺序，发送了报文。

### 4. TXBUFF + TXQUEUE 的混合发送模式

使用 TXBUFF + TXQUEUE 模式，准备好的报文如下图所示的顺序放入了 Message RAM.

![image-20220109161257115.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220109/ad6ac16105ad4ae0ff806aef44d1da37.png.webp)

在混合模式下，会依次检索 TXBUFF 和 TXQUEUE 中的优先级最高的消息进行发送，发送的顺序为：

1. TXBUFF3 (ID = 1)
2. TXQUEU8 (ID = 2)
3. TXBUFF0 (ID = 3)
4. TXQUEUE7 (ID = 4)
5. TXBUFF4 (ID = 8)
6. TXBUFF2 (ID = 12)
7. TXBUFF1 (ID = 15)
8. TXBUFF5 (ID = 24)

### 5. TXBUFF + TXFIFO 的混合发送模式

使用 TXBUFF + TXFIFO 模式，准备好的报文如下图所示的顺序放入了 Message RAM.

![image-20220109162619931.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20220109/f50c841d8dac72f451e36f11c1bd4f75.png)

在混合模式下，会依次检索 TXBUFF 中优先级最高的消息与 TXFIFO 中第一条的消息进行比较，从他们二者中选择优先级更高的报文进行发送，发送的顺序为：

1. TXBUFF3 （ID = 1），TXBUFF 中优先级最高的是 ID =1 ，TXFIFO 中第一条消息的优先级 ID = 4；
2. TXBUFF0 （ID = 3），TXBUFF 中优先级最高的是 ID =3 ，TXFIFO 中第一条消息的优先级 ID = 4；
3. TXFIFO7 (ID = 4), 前两条消息发送之后，TXBUFF 中优先级最高的 ID = 8, TXFIFO 第一条消息 ID = 4；
4. TXFIFO8 (ID = 2)， 前三条消息发送之后，TXBUFF 中优先级最高的 ID = 8, 剩余 TXFIFO 第一条消息 ID = 2；
5. TXBUFF4 （ID = 8）
6. TXBUFF2 （ID = 12）
7. TXBUFF1 （ID = 15）
8. TXBUFF5 （ID = 24）

## 二， CANFD 的发送事件

CANFD 中增加了发送事件的功能，即在发送成功之后可以记录下发送的信息，发送事件的使用场景可以是，发送某个紧急报文时，可以将其记录下来。开启发送事件记录功能需要在 Message  RAM 中开启, CANFD 中支持最大记录事件的个数为 32.

```
/* 设置记录发送事件的个数为 10 */
hfdcan1.Init.TxEventsNbr = 10;
```

根据 Message RAM 的配置，可以设置新事件到来的中断回调以及事件的水位中断，用来通知到用户发送事件的存储已经快满了。

```
/* 设置发送事件的水位为 4 */
HAL_FDCAN_ConfigFifoWatermark(&hfdcan1, FDCAN_CFG_TX_EVENT_FIFO, 4);

/* 设置响应的中断类型 */
HAL_FDCAN_ActivateNotification(&hfdcan1,  FDCAN_IT_TX_EVT_FIFO_WATERMARK |
                                          FDCAN_IT_TX_EVT_FIFO_NEW_DATA |, 0);
```

设置好中断之后，可以在中断中捕获对应的事件

```
/* 发送事件的回调函数 */
void HAL_FDCAN_TxEventFifoCallback(FDCAN_HandleTypeDef *hfdcan, uint32_t TxEventFifoITs)
{
    if (hfdcan == &hfdcan1)
    {
        if ((TxEventFifoITs & FDCAN_IT_TX_EVT_FIFO_NEW_DATA) != RESET)
        {
        	/* TODO */
            HAL_FDCAN_ActivateNotification(hfdcan, FDCAN_IT_TX_EVT_FIFO_NEW_DATA, 0);
        }

if ((TxEventFifoITs & FDCAN_IT_TX_EVT_FIFO_WATERMARK) != RESET)
        {
        	/* TODO */
            HAL_FDCAN_ActivateNotification(hfdcan, FDCAN_IT_TX_EVT_FIFO_WATERMARK, 0);
        }
    }
}
```

当捕获到对应的时间后，用户需要使用获取事件的 API 来获取事件，该 API 在裸机下可以直接在中断中读取，在 RTOS 中可以使用发送一个信号量的方式在线程中读取。

```
HAL_FDCAN_GetTxEvent(&hfdcan1, &tx_event);
```

以下是发送一帧报文，然后保存这个发送事件：

```
FDCAN1_TxHeader.Identifier = 0x102;
FDCAN1_TxHeader.IdType = FDCAN_STANDARD_ID;
FDCAN1_TxHeader.TxFrameType = FDCAN_DATA_FRAME;
FDCAN1_TxHeader.DataLength = FDCAN_DLC_BYTES_8;
FDCAN1_TxHeader.ErrorStateIndicator = FDCAN_ESI_ACTIVE;
FDCAN1_TxHeader.BitRateSwitch = FDCAN_BRS_ON;
FDCAN1_TxHeader.FDFormat = FDCAN_FD_CAN;
/* 设置保存发送事件 */
FDCAN1_TxHeader.TxEventFifoControl = FDCAN_STORE_TX_EVENTS;
FDCAN1_TxHeader.MessageMarker = 0;

HAL_FDCAN_AddMessageToTxFifoQ(&hfdcan1, &FDCAN1_TxHeader, rxdata);
```

`MessageMarker` 是消息标签，可以在发送消息的时候给每个报文打上这个标签，用来在获取事件的时候方便用户知道是发送的哪个标签的报文。

获取事件可以得到的信息，用结构体 `FDCAN_TxEventFifoTypeDef` 来记录，换句话说能获取到的信息，都在这个结构体里面

```
typedef struct
{
    uint32_t Identifier; // 帧 ID
    uint32_t IdType; // 帧 ID 类型
    uint32_t TxFrameType; // 发送帧类型
    uint32_t DataLength;  // 发送数据长度
    uint32_t ErrorStateIndicator; // 错误状态描述 
    uint32_t BitRateSwitch; // 波特率切换
    uint32_t FDFormat; // 是不是 CANFD
    uint32_t TxTimestamp; // 时间戳
    uint32_t MessageMarker; // 消息编号
    uint32_t EventType; // 事件类型
} FDCAN_TxEventFifoTypeDef;
```

大部分都可以发送报文的结构体一样。

- TxTimestamp ： CANFD 外设有一个 16 位的定时器，用来记录发送的时间
- EventType ： 事件类型，可以是发送事件，也可以取消了但仍发送的事件。

## 三，CANFD 时间戳

CANFD 提供一个 16 位回卷计数器来生成时间戳。预分频器 TSCC.TCP 可配置为以 CAN位时间的倍数 (1…16) 为计数器提供时钟。计数器值可通过 TSCV[TCV] 读取。对寄存器 TSCV 进行写访问会将计数器复位为 0。时间戳计数器回卷时，中断标志 IR[TSW] 会置 1。 开始接收/发送帧时，会捕获计数器值，并将该值存储在接收缓冲区/接收 FIFO (RXTS[15:0])或发送事件 FIFO (TXTS[15:0]) 元素的时间戳部分。

开启时间戳功能

```
/* 设置分频系数为 1 */
HAL_FDCAN_ConfigTimestampCounter(&hfdcan1, FDCAN_TIMESTAMP_PRESC_1);
/* 使用内部时钟源 */
HAL_FDCAN_EnableTimestampCounter(&hfdcan1, FDCAN_TIMESTAMP_INTERNAL);
```

在开启时间戳功能之后，就能在 获取发送事件的时候知道发送报文的时间戳。

## 四， 总结

CANFD 是在 CAN 的基础上改进而来，增加了很多新的特性，这些新的特性赋予了 CANFD 更大的功能，根据这些特性来适配项目的需求，有利于设计出更加健壮的程序，对一些未提到的细节做以补充：

- TXBUFF 和 TXFIFO/TXQUEUE 总是从 TXBUFF 开始查询
- CANFD 的发送模式非常灵活，没有特别需求直接选用 TXFIFO 的方式，最简便
- 注意激活多种中断的时候，使用或的方式
- 激活 TXBUFF 时，建议使用宏的方式，32个 TXBUFF 每个占用一个 bit，根据这个特性用户自己去设计需要关系的 TXBUFF 的标号。
- 参考文档《RM0433》《AN5348》。
- 调试设备 ZLG-USBCANFD-200U