SIM32F107VCT6平臺(tái)的bxCAN標(biāo)識(shí)符過(guò)濾技術(shù)與應(yīng)用

摘要：以STM32F107VCT6芯片的bxCAN控制器為例，介紹了與標(biāo)識(shí)符過(guò)濾相關(guān)的寄存器構(gòu)成，并詳細(xì)分析了標(biāo)識(shí)符過(guò)濾參數(shù)的配置方法和過(guò)濾規(guī)則。最后，為方便移植和使用，給出了該控制器標(biāo)識(shí)符過(guò)濾的C語(yǔ)言程序。
關(guān)鍵詞：bxCAN總線(xiàn)；標(biāo)識(shí)符；過(guò)濾；STM32F107VCT6

引言
    在CAN協(xié)議里，報(bào)文的標(biāo)識(shí)符不代表節(jié)點(diǎn)的地址，而是與報(bào)文的內(nèi)容相關(guān)。在通信過(guò)程中，發(fā)送方將數(shù)據(jù)附上特定的標(biāo)識(shí)符以廣播的形式發(fā)送到總線(xiàn)上。由于CAN總線(xiàn)的局域網(wǎng)性質(zhì)，總線(xiàn)上的其他節(jié)點(diǎn)會(huì)同時(shí)檢測(cè)到此報(bào)文，接收節(jié)點(diǎn)會(huì)根據(jù)標(biāo)識(shí)符的值來(lái)決定軟件是否需要該報(bào)文。如果需要，就拷貝到SRAM里；如果不需要，則報(bào)文被丟棄，且無(wú)需軟件的干預(yù)。采用這種硬件過(guò)濾的方式可以大大節(jié)省CPU的開(kāi)銷(xiāo)。
    目前應(yīng)用比較廣泛的STM32F10x系列嵌入式芯片內(nèi)置有bxCAN控制器，該控制器是一種在標(biāo)準(zhǔn)CAN總線(xiàn)基礎(chǔ)上擴(kuò)展的總線(xiàn)接口，支持CAN總線(xiàn)協(xié)議2．0A和2．0B。它的設(shè)計(jì)目標(biāo)是以最小的CPU負(fù)荷來(lái)高效處理收到的大量報(bào)文。它也支持報(bào)文發(fā)送的優(yōu)先級(jí)要求(優(yōu)先級(jí)特性可軟件配置)。為了滿(mǎn)足CAN總線(xiàn)協(xié)議中的標(biāo)識(shí)符硬件過(guò)濾需求，bxCAN控制器提供了位寬可變的、可配置的過(guò)濾器組，用來(lái)完成只接收軟件需要的報(bào)文功能。
    本文主要以STM32F107VCT6平臺(tái)下的bxCAN控制器為研究對(duì)象，系統(tǒng)分析了該控制器的標(biāo)識(shí)符過(guò)濾使用方法，并給出了C語(yǔ)言程序，從而方便移植和使用。

1 標(biāo)識(shí)符過(guò)濾相關(guān)寄存器簡(jiǎn)介
    bxCAN控制器要實(shí)現(xiàn)標(biāo)識(shí)符的硬件過(guò)濾，需要由一組相應(yīng)的寄存器進(jìn)行控制。這些寄存器主要包括CAN過(guò)濾器位寬寄存器、CAN過(guò)濾器主控寄存器、CAN過(guò)濾器組寄存器等。上述寄存器可以分別控制過(guò)濾器的位寬、過(guò)濾模式以及過(guò)濾ID。下面對(duì)這些寄存器進(jìn)行介紹。
    (1)CAN過(guò)濾器位寬寄存器
    bxCAN控制器過(guò)濾器位寬可變指的是每個(gè)過(guò)濾器組的位寬都可以獨(dú)立配置，以滿(mǎn)足應(yīng)用程序的不同需求。根據(jù)位寬的不同，每個(gè)過(guò)濾器組可提供1個(gè)32位過(guò)濾器或2個(gè)16位過(guò)濾器。用來(lái)配置過(guò)濾器組位寬的寄存器是CAN_FS1R的FSCx位。
    (2)CAN過(guò)濾器主控寄存器
    bxCAN控制器的過(guò)濾器有兩種配置模式，分別是屏蔽位模式和標(biāo)識(shí)符列表模式。在屏蔽位模式下，標(biāo)識(shí)符寄存器和屏蔽寄存器一起指定報(bào)文標(biāo)識(shí)符的任何一位，按照“必須匹配”或“不用關(guān)心”處理。在標(biāo)識(shí)符列表模式下，屏蔽寄存器也被當(dāng)作標(biāo)識(shí)符寄存器用。因此，不是采用一個(gè)標(biāo)識(shí)符加一個(gè)屏蔽位的方式，而是使用2個(gè)標(biāo)識(shí)符寄存器。接收?qǐng)?bào)文標(biāo)識(shí)符的每一位都必須與過(guò)濾器標(biāo)識(shí)符相同。通過(guò)CAN_FMR的FBMx位，可以配置對(duì)應(yīng)的屏蔽／標(biāo)識(shí)符寄存器的標(biāo)識(shí)符列表模式或屏蔽位模式。
    (3)過(guò)濾器組寄存器
    STM32F107VCT6平臺(tái)下的bxCAN控制器提供了28個(gè)位寬可變的、可配置的過(guò)濾器組。每個(gè)過(guò)濾器組X由2個(gè)32位寄存器——CAN_FxR1和CAN_FxR2組成。CAN_FxR1和CAN_FxR2在CAN過(guò)濾器位寬寄存器、CAN過(guò)濾器主控寄存器控制下可以被配置成不同位寬、不同過(guò)濾模式的標(biāo)識(shí)符過(guò)濾器組。

2 標(biāo)識(shí)符過(guò)濾參數(shù)配置
    標(biāo)識(shí)符過(guò)濾參數(shù)配置主要是通過(guò)CAN_FS1R的FSCx位設(shè)置過(guò)濾器位寬，通過(guò)CAN_FMR的FBMx位設(shè)置過(guò)濾器模式，最終在相應(yīng)的位寬及過(guò)濾器模式下通過(guò)CAN_FxR1和CAN_FxR2實(shí)現(xiàn)標(biāo)識(shí)符的硬件過(guò)濾設(shè)置。圖1是上述寄存器相互配合實(shí)現(xiàn)標(biāo)識(shí)符硬件過(guò)濾的參數(shù)配置圖。

    由圖1可見(jiàn)，當(dāng)CAN_FSIR的FSCx位取0值時(shí)，每個(gè)標(biāo)識(shí)符過(guò)濾器是16位；反之，每個(gè)標(biāo)識(shí)符過(guò)濾器是32位。在標(biāo)識(shí)符過(guò)濾器位數(shù)一定時(shí)，當(dāng)CAN_FMR的FBMx位取0值時(shí)，標(biāo)識(shí)過(guò)濾器的過(guò)濾模式為屏蔽位模式，反之，標(biāo)識(shí)過(guò)濾器的過(guò)濾模式為標(biāo)識(shí)符列表模式；需要指出的是，在標(biāo)識(shí)符屏蔽位模式下，標(biāo)識(shí)符寄存器CAN_FxR1寫(xiě)入的是需要過(guò)濾的標(biāo)識(shí)符ID信息，由11位基本ID(STID)、18位擴(kuò)展ID(EXID)、標(biāo)識(shí)符擴(kuò)展位(IDE)、發(fā)送請(qǐng)求位(RTR)映射組成；屏蔽寄存器CAN_FxR2中的每一位與CAN_FxR1寄存器中的每一位相對(duì)應(yīng)，即若CAN_FxR2寄存器某一位取0值，則CAN_FxR1寄存器中的對(duì)應(yīng)位在硬件過(guò)濾時(shí)作“不用關(guān)心”處理；否則，按“必須匹配”處理。

3 標(biāo)識(shí)符過(guò)濾規(guī)則
    bxCAN的標(biāo)識(shí)符硬件過(guò)濾規(guī)則遵循以下原則：接收一個(gè)報(bào)文時(shí)，其標(biāo)識(shí)符首先與配置在標(biāo)識(shí)符列表模式下的過(guò)濾器相比較。如果匹配上，報(bào)文就被存放到相關(guān)聯(lián)的緩沖區(qū)FIFO中，并且所匹配的過(guò)濾器的序號(hào)被存入過(guò)濾器匹配序號(hào)中。如果沒(méi)有匹配，報(bào)文標(biāo)識(shí)符接著與配置在屏
蔽位模式下的過(guò)濾器進(jìn)行比較。如果報(bào)文標(biāo)識(shí)符沒(méi)有與過(guò)濾器中的任何標(biāo)識(shí)符相匹配，那么硬件就丟棄該報(bào)文，且不會(huì)對(duì)軟件有任何打擾。

    圖2是bxCAN控制器標(biāo)識(shí)符過(guò)濾機(jī)制的說(shuō)明。3個(gè)過(guò)濾器組處于標(biāo)識(shí)符列表模式，其他的過(guò)濾器組處于標(biāo)識(shí)符屏蔽模式。工作在標(biāo)識(shí)符列表模式下過(guò)濾器組的標(biāo)識(shí)符為0、1、4、5，而工作在標(biāo)識(shí)符屏蔽位模式下的過(guò)濾器組的標(biāo)識(shí)符為2、3。假設(shè)有一數(shù)據(jù)報(bào)文的標(biāo)識(shí)符為4，當(dāng)該報(bào)文到達(dá)接收節(jié)點(diǎn)后，就會(huì)首先與列表模式下的標(biāo)識(shí)符比對(duì)。顯然報(bào)文標(biāo)識(shí)符與標(biāo)識(shí)符為4的過(guò)濾器匹配，因此報(bào)文內(nèi)容被存入FIFO，同時(shí)過(guò)濾器編號(hào)被保存在過(guò)濾器匹配序號(hào)域FMI中。如果數(shù)據(jù)報(bào)文的標(biāo)識(shí)符與列表模式下的過(guò)濾器組的標(biāo)識(shí)符不匹配，假設(shè)標(biāo)識(shí)符為3，則報(bào)文標(biāo)識(shí)符會(huì)與屏蔽位模式下的過(guò)濾器組比對(duì)，而該類(lèi)過(guò)濾器組中有標(biāo)識(shí)符為8的過(guò)濾器，則數(shù)據(jù)報(bào)文匹配后也會(huì)被送入FIFO，并保存匹配序號(hào)。

4 標(biāo)識(shí)符過(guò)濾編程實(shí)現(xiàn)
    為了更加清楚地說(shuō)明bxCAN控制器標(biāo)識(shí)符過(guò)濾的應(yīng)用方法，以C語(yǔ)言編制實(shí)驗(yàn)程序，該程序在MDK平臺(tái)開(kāi)發(fā)環(huán)境下，通過(guò)JTAG接口進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)試、仿真和下載，并在實(shí)際應(yīng)用中得到了驗(yàn)證。
    主要的代碼如下：
   
    上述代碼設(shè)置好后，過(guò)濾器開(kāi)始工作，且過(guò)濾器位寬為32位，工作在屏蔽模式。只過(guò)濾基本ID為00000000000B的數(shù)據(jù)包，其他標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)包由硬件丟棄。

結(jié)語(yǔ)
    本文主要研究了STFM32F107VCT6芯片的bxCAN控制器的標(biāo)識(shí)符過(guò)濾使用技術(shù)。要使用bxCAN控制器的標(biāo)識(shí)符過(guò)濾功能，需要首先通過(guò)位寬寄存器CANFS1R的FSCx位設(shè)置過(guò)濾器位寬，之后通過(guò)主控寄存器CAN_FMR的FBMx位設(shè)置過(guò)濾器模式，最終在相應(yīng)的位寬及過(guò)濾器模式下通過(guò)過(guò)濾器組CAN_FxR1和CAN_FxR2實(shí)現(xiàn)標(biāo)識(shí)符的硬件過(guò)濾設(shè)置。
    使用標(biāo)識(shí)符的硬件過(guò)濾可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的驗(yàn)收濾波功能，并且硬件過(guò)濾不占用CPU的額外資源，上述特點(diǎn)非常適于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收發(fā)功能。本文對(duì)嵌入式開(kāi)發(fā)過(guò)程中使用STM32F107VCT6芯片的bxCAN控制器收發(fā)數(shù)據(jù)具有一定的借鑒作用。