RT-Thread-【NuMaker-M2354试用】CAN总线开发与测试分享【硬件篇】RT-Thread问答社区

【NuMaker-M2354试用】CAN总线开发与测试分享【硬件篇】

发布于 2021-12-04 14:52:19 浏览：1119 订阅该版

[tocm]

最近参加了【新唐NuMaker-M2354模块评测任务大挑战】的活动，很幸运的被抽中获得试用机会。😊
由于平时工作中接触CAN总线比较多，故花了几天时间，试用了一下M2354的CAN总线功能，现在把这几天测试过程中总结的经验来分享给大家。我准备写三篇文章来分享，这是第一篇，介绍硬件。废话不多说了，开始上干货。
### 1.M2354 CAN控制器介绍
在M2354芯片中存在一个CAN控制器，用于控制CAN报文收发控制，还具有32个消息对象，每个消息对象拥有独立的消息缓存，功能非常强大。但是它并不能直接和CAN 总线连接，因为电平不匹配，M2354的CAN接口为TTL电平，CAN总线上为差分信号，为了实现信号转换，我们需要用到CAN收发芯片来实现电平转换。常规的CAN收发芯片为TJA1050，物美价廉，性能稳定，美中不足的是它并非隔离型CAN收发器。由于CAN总线工作环境非常复杂，在某些工况下会受到干扰，所以在实际使用中需要使用隔离CAN收发器，常用的隔离CAN收发器为TD041SCANFD，需要配合隔离电源B0305S-W5SY使用。
### 2.非隔离CAN BUS电路设计。
使用TJA1050实现，使用5V供电，此处注意，因为根据规定，CAN总线使用差分信号，总线对地为2.5V左右的电压，所以TJA1050只能使用5V，不能使用3.3V供电。具体原理图如下所示。
![image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20211204/4c41e92a199aaacd102520c531177574.png)
在图中增加了一颗共模电感FL1，用于滤除CAN总线上的公模干扰，另外增加了两个TVS管D2和D3，用于实现CAN总线上的浪涌泄放，保护脆弱的CAN收发芯片。
R1为终端电阻，一般短距离通信并不需要，当CAN总线比较长时，需要增加该终端电阻，否则就会造成无法正常通信的问题。
### 3.隔离型CAN BUS电路设计。
使用TD041SCANFD+B0305S-W5SY的方案来实现，电路简单可靠，在实际应用中稳定性非常优秀。
![image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20211204/1a7cda4990a0db4021ff4fe9819500ef.png)
TD041SCANFD很特殊，需要使用两路电源，并且时隔离电源，在和单片机连接的一端需要3.3V，在CAN输出端需要5V，所以选用了B0305隔离电源来实现供电。
### 4.NuMaker-M2354连接CAN收发器
此次使用的为TJA1050方案的非隔离CAN收发器，使用了之前设计的迷你CAN卡的PCB来使用。如图所示。
![image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20211204/9e5ad7a570edd69a118531b298dbe546.png.webp)
线束颜色 | 左侧| 右侧
-----|-------|-----
红色 | +5V | CAN_H
黑色 | GND | CAN_L
黄色 | TX | 无
绿色 | RX | 无
![image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20211204/cf8d4e7ee0f80aba195dab4b3acb720d.png)
上图所示的为M2354的所有CAN接口引脚，我们使用PA4和PA5来连接CAN收发器小板。在NuMaker-M2354上所在位置如下图所示。
![image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20211204/b2b8c51df46c6e1c33f00917dbf402b6.png)
最终的连接如下图所示。
![image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20211204/b391a93b8654cdc11c31f7e3f4df5271.png.webp)
### 5.硬件测试程序
搭建完硬件环境后，写一个简单的测试程序来检测一下功能。因为现在在家，所以没办法模拟真正的测试环境，所以使用了一台[ZLG USBCAN-II](https://manual.zlg.cn/web/#/55?page_id=2274) 来收发CAN报文。

```c
#include <stdio.h>
#include "NuMicro.h"

/*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
/* Global variables                                                                                        */
/*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
static STR_CANMSG_T rrMsg;

void SYS_Init(void)
{
    /*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
    /* Init System Clock                                                                                       */
    /*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

/* Enable HIRC clock */
    CLK_EnableXtalRC(CLK_PWRCTL_HIRCEN_Msk);

/* Wait for HIRC clock ready */
    CLK_WaitClockReady(CLK_STATUS_HIRCSTB_Msk);

/* Set core clock to 96MHz */
    CLK_SetCoreClock(96000000);

/* Enable UART0 module clock */
    CLK_EnableModuleClock(UART0_MODULE);

/* ENable CAN module clock */
    CLK_EnableModuleClock(CAN0_MODULE);

/* Select UART0 module clock source as HIRC and UART0 module clock divider as 1 */
    CLK_SetModuleClock(UART0_MODULE, CLK_CLKSEL2_UART0SEL_HIRC, CLK_CLKDIV0_UART0(1));

/* Update System Core Clock */
    SystemCoreClockUpdate();

/*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
    /* Init I/O Multi-function                                                                                 */
    /*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

/* Set multi-function pins for UART0 RXD and TXD */
    SYS->GPA_MFPL = (SYS->GPA_MFPL & (~(UART0_RXD_PA6_Msk | UART0_TXD_PA7_Msk))) | UART0_RXD_PA6 | UART0_TXD_PA7;

/* Set multi-function pins for CAN0 RXD and TXD */
    SYS->GPA_MFPL = (SYS->GPA_MFPL & (~(CAN0_RXD_PA4_Msk | CAN0_TXD_PA5_Msk))) | CAN0_RXD_PA4 | CAN0_TXD_PA5;

}

void DEBUG_PORT_Init(void)
{
    /*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
    /* Init UART                                                                                               */
    /*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
    DEBUG_PORT->LINE = UART_PARITY_NONE | UART_STOP_BIT_1 | UART_WORD_LEN_8;
    DEBUG_PORT->BAUD = UART_BAUD_MODE2 | UART_BAUD_MODE2_DIVIDER(__HIRC, 115200);
}

/**
  * @brief      Init CAN driver
  */

void CAN_Init(CAN_T  *tCAN)
{
    if(tCAN == CAN0)
    {
        // Enable IP clock
        CLK->APBCLK0 |= CLK_APBCLK0_CAN0CKEN_Msk;

// Reset CAN0
        SYS->IPRST1 |= SYS_IPRST1_CAN0RST_Msk;
        SYS->IPRST1 &= ~SYS_IPRST1_CAN0RST_Msk;
    }
}

/**
  * @brief      Disable CAN
  * @details    Reset and clear all CAN control and disable CAN IP
  */

void CAN_STOP(CAN_T  *tCAN)
{
    if(tCAN == CAN0)
    {
        /* Disable CAN0 Clock and Reset it */
        SYS->IPRST1 |= SYS_IPRST1_CAN0RST_Msk;
        SYS->IPRST1 &= ~SYS_IPRST1_CAN0RST_Msk;
        CLK->APBCLK0 &= ~CLK_APBCLK0_CAN0CKEN_Msk;
    }
}

void SelectCANSpeed(CAN_T  *tCAN)
{
    uint32_t unItem;
    int32_t i32Err = 0;
    i32Err = (int32_t)CAN_Open(tCAN,  500000, CAN_BASIC_MODE);
}

/*----------------------------------------------------------------------------*/
/*  Test Function                                                             */
/*----------------------------------------------------------------------------*/
void CAN_ShowMsg(STR_CANMSG_T* Msg)
{
    uint8_t i;
    printf("Read ID=%8X, Type=%s, DLC=%d,Data=", Msg->Id, Msg->IdType ? "EXT" : "STD", Msg->DLC);
    for(i = 0; i < Msg->DLC; i++)
        printf("%02X,", Msg->Data[i]);
    printf("\n\n");
}

void CAN_ResetIF(CAN_T *tCAN, uint8_t u8IF_Num)
{
    if(u8IF_Num > 1)
        return;
    tCAN->IF[u8IF_Num].CREQ     = 0x0;          // set bit15 for sending
    tCAN->IF[u8IF_Num].CMASK    = 0x0;
    tCAN->IF[u8IF_Num].MASK1    = 0x0;          // useless in basic mode
    tCAN->IF[u8IF_Num].MASK2    = 0x0;          // useless in basic mode
    tCAN->IF[u8IF_Num].ARB1     = 0x0;          // ID15~0
    tCAN->IF[u8IF_Num].ARB2     = 0x0;          // MsgVal, eXt, xmt, ID28~16
    tCAN->IF[u8IF_Num].MCON     = 0x0;          // DLC
    tCAN->IF[u8IF_Num].DAT_A1   = 0x0;          // data0,1
    tCAN->IF[u8IF_Num].DAT_A2   = 0x0;          // data2,3
    tCAN->IF[u8IF_Num].DAT_B1   = 0x0;          // data4,5
    tCAN->IF[u8IF_Num].DAT_B2   = 0x0;          // data6,7
}

/*----------------------------------------------------------------------------*/
/*  Read Rx Msg by Basic Mode Function (Without Message RAM)                  */
/*----------------------------------------------------------------------------*/

void Test_BasicMode_Rx(CAN_T *tCAN)
{

STR_CANMSG_T rMsg[5];
    int32_t i;

CAN_ResetIF(tCAN, 1);
		tCAN->IF[1].MCON = 0;
		while(CAN_Receive(tCAN, 0, &rMsg[0]) == FALSE)
		{
		}
    CAN_ShowMsg(&rMsg[0]);
    return;
}

int main()
{
    CAN_T *tCAN;
    tCAN = (CAN_T *) CAN0;
    SYS_UnlockReg();
    SYS_Init();
    DEBUG_PORT_Init();
    /* Select CAN Multi-Function */
    CAN_Init(tCAN);
    SelectCANSpeed(tCAN);
		while(1)
		{
			Test_BasicMode_Rx(tCAN);
		}
}

```
这个程序功能为当ZLG USBCAN-I以500Kbps的波特率发送一帧报文后，传输到M2354的CAN接口上，被解析后从串口输出解析的报文。
在ZCANPRO上发送内容如下：
![image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20211204/ad8ed9be5c8aa3eb7f073991b52c2932.png)
在M2354上接收解析的报文内容如下：
![image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20211204/72c6a9dd42e0bfd42063a65a8806c9a5.png)

### 到此硬件篇结束，接下来【下位机篇】开始介绍M2354在RT-THREAD上移植和使用CAN 总线接口，并且加上相关的协议控制，实现一个简单的CAN卡。在【上位机篇】会分享并且开源相关上位机源代码，分享一整套完整的解决方案。