SIM32F107VCT6平臺的bxCAN標(biāo)識符過濾技術(shù)與應(yīng)用

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

引言
    在CAN協(xié)議里，報文的標(biāo)識符不代表節(jié)點(diǎn)的地址，而是與報文的內(nèi)容相關(guān)。在通信過程中，發(fā)送方將數(shù)據(jù)附上特定的標(biāo)識符以廣播的形式發(fā)送到總線上。由于CAN總線的局域網(wǎng)性質(zhì)，總線上的其他節(jié)點(diǎn)會同時檢測到此報文，接收節(jié)點(diǎn)會根據(jù)標(biāo)識符的值來決定軟件是否需要該報文。如果需要，就拷貝到SRAM里；如果不需要，則報文被丟棄，且無需軟件的干預(yù)。采用這種硬件過濾的方式可以大大節(jié)省CPU的開銷。
    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總線基礎(chǔ)上擴(kuò)展的總線接口，支持CAN總線協(xié)議2．0A和2．0B。它的設(shè)計目標(biāo)是以最小的CPU負(fù)荷來高效處理收到的大量報文。它也支持報文發(fā)送的優(yōu)先級要求(優(yōu)先級特性可軟件配置)。為了滿足CAN總線協(xié)議中的標(biāo)識符硬件過濾需求，bxCAN控制器提供了位寬可變的、可配置的過濾器組，用來完成只接收軟件需要的報文功能。
    本文主要以STM32F107VCT6平臺下的bxCAN控制器為研究對象，系統(tǒng)分析了該控制器的標(biāo)識符過濾使用方法，并給出了C語言程序，從而方便移植和使用。

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

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

    由圖1可見，當(dāng)CAN_FSIR的FSCx位取0值時，每個標(biāo)識符過濾器是16位；反之，每個標(biāo)識符過濾器是32位。在標(biāo)識符過濾器位數(shù)一定時，當(dāng)CAN_FMR的FBMx位取0值時，標(biāo)識過濾器的過濾模式為屏蔽位模式，反之，標(biāo)識過濾器的過濾模式為標(biāo)識符列表模式；需要指出的是，在標(biāo)識符屏蔽位模式下，標(biāo)識符寄存器CAN_FxR1寫入的是需要過濾的標(biāo)識符ID信息，由11位基本ID(STID)、18位擴(kuò)展ID(EXID)、標(biāo)識符擴(kuò)展位(IDE)、發(fā)送請求位(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應(yīng)，即若CAN_FxR2寄存器某一位取0值，則CAN_FxR1寄存器中的對應(yīng)位在硬件過濾時作“不用關(guān)心”處理；否則，按“必須匹配”處理。

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

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

4 標(biāo)識符過濾編程實(shí)現(xiàn)
    為了更加清楚地說明bxCAN控制器標(biāo)識符過濾的應(yīng)用方法，以C語言編制實(shí)驗(yàn)程序，該程序在MDK平臺開發(fā)環(huán)境下，通過JTAG接口進(jìn)行實(shí)時調(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，過濾器開始工作，且過濾器位寬為32位，工作在屏蔽模式。只過濾基本ID為00000000000B的數(shù)據(jù)包，其他標(biāo)識符的數(shù)據(jù)包由硬件丟棄。

結(jié)語
    本文主要研究了STFM32F107VCT6芯片的bxCAN控制器的標(biāo)識符過濾使用技術(shù)。要使用bxCAN控制器的標(biāo)識符過濾功能，需要首先通過位寬寄存器CANFS1R的FSCx位設(shè)置過濾器位寬，之后通過主控寄存器CAN_FMR的FBMx位設(shè)置過濾器模式，最終在相應(yīng)的位寬及過濾器模式下通過過濾器組CAN_FxR1和CAN_FxR2實(shí)現(xiàn)標(biāo)識符的硬件過濾設(shè)置。
    使用標(biāo)識符的硬件過濾可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的驗(yàn)收濾波功能，并且硬件過濾不占用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。本文對嵌入式開發(fā)過程中使用STM32F107VCT6芯片的bxCAN控制器收發(fā)數(shù)據(jù)具有一定的借鑒作用。