STM32之CAN 应用程序, 过滤器, 寄存器, 软件, 硬件

yuyang911220

1 前言         在CAN协议里，报文的标识符不代表节点的地址，而是跟报文的内容相关的。因此，发送者以广播的形式把报文发送给所有的接收者。节点在接收报文时,根据标识符(CAN ID)的值决定软件是否需要该报文；如果需要，就拷贝到SRAM里；如果不需要，报文就被丢弃且无需软件的干预。
         为满足这一需求，bxCAN为应用程序提供了14个位宽可变的、可配置的过滤器组(13~0)，以便只接收那些软件需要的报文。硬件过滤的做法节省了CPU开销，否则就必须由软件过滤从而占用一定的CPU开销。每个过滤器组x由2个32位寄存器，CAN_FxR0和CAN_FxR1组成。

        为了让大家了解STM32的bxCAN的接收过滤机制，首先大家需要了解几个概念。
2 几个重要的概念2.1 过滤器组        STM32总共提供14个过滤器组来处理CAN接收过滤问题，每个过滤器组包含两个32位寄存器CAN_FxR0和CAN_FxR1组成，在设置为屏蔽位模式下，其中一个作为标识符寄存器，另一个作为屏蔽码寄存器。过滤器组中的每个过滤器，编号(叫做过滤器号)从0开始，到某个最大数值（这时最大值并非13，而是取决于14个过滤器组的模式和位宽的设置，当全部配置为位宽为16，且为标识符列表模式时，最大编号为14*4-1=55）。

2.2 过滤器的过滤模式        STM32提供两种过滤模式供用户设置：屏蔽位模式和标识符列表模式。
2.2.1 屏蔽位模式为了过滤出一组标识符，应该设置过滤器组工作在屏蔽位模式。
        在屏蔽位模式下，标识符寄存器和屏蔽寄存器一起，指定报文标识符的任何一位，应该按照“必须匹配”或“不用关心”处理。
2.2.2 标识符列表模式为了过滤出一个标识符，应该设置过滤器组工作在标识符列表模式。
        在标识符列表模式下，屏蔽寄存器也被当作标识符寄存器用。因此，不是采用一个标识符加一个屏蔽位的方式，而是使用2个标识符寄存器。接收报文标识符的每一位都必须跟过滤器标识符相同。
2.3 过滤器的位宽        每个过滤器组的位宽都可以独立配置，以满足应用程序的不同需求。根据位宽的不同，每个过滤器组可提供：
        ●1个32位过滤器，包括：STDID[10:0]、EXTID[17:0]、IDE和RTR位
        ●2个16位过滤器，包括：STDID[10:0]、IDE、RTR和EXTID[17:15]位

2.3 过滤器组的过滤模式和位宽设置        过滤器组可以通过相应的CAN_FMR寄存器（CAN过滤器主控寄存器）配置。但是不是什么时候都可以直接配置，在配置一个过滤器组前，必须通过清除CAN_FAR寄存器（CAN过滤器激活寄存器）的FACT位，把它设置为禁用状态。然后才能设置或设置过滤器组的配置。

• 通过设置CAN_FS1R（CAN过滤器位宽寄存器）的相应FSCx位，可以配置一个过滤器组的位宽。
• 通过CAN_FM1R（CAN过滤器模式寄存器）的FBMx位，可以配置对应的屏蔽/标识符寄存器的标识符列表模式或屏蔽位模式。(见后续3.2节)

应用程序不用的过滤器组，应该保持在禁用状态。
关于过滤器配置，可参见下图:

                                                                                                            图1

2.4 过滤器匹配序号                一旦收到的报文被存入FIFO，就可被应用程序访问。通常情况下，报文中的数据被拷贝到SRAM中；为了把数据拷贝到合适的位置，应用程序需要根据报文的标识符来辨别不同的数据。bxCAN提供了过滤器匹配序号，以简化这一辨别过程。
               根据过滤器优先级规则，过滤器匹配序号和报文一起，被存入邮箱中。因此每个收到的报文，都有与它相关联的过滤器匹配序号。
              过滤器匹配序号可以通过下面两种方式来使用：
             ● 把过滤器匹配序号跟一系列所期望的值进行比较
             ● 把过滤器匹配序号当作一个索引来访问目标地址
            对于标识符列表模式下的过滤器(非屏蔽方式的过滤器)，软件不需要直接跟标识符进行比较。
            对于屏蔽位模式下的过滤器，软件只须对需要的那些屏蔽位(必须匹配的位)进行比较即可。
在给过滤器编号时，并不考虑过滤器组是否为激活状态。另外，每个FIFO各自对其关联的过滤器进行编号,如下图：

                                                                                     图2
2.5 过滤器优先级规则根据过滤器的不同配置，有可能一个报文标识符能通过多个过滤器的过滤；在这种情况下，存放在接收邮箱中的过滤器匹配序号，根据下列优先级规则来确定：
● 位宽为32位的过滤器，优先级高于位宽为16位的过滤器
● 对于位宽相同的过滤器，标识符列表模式的优先级高于屏蔽位模式
● 位宽和模式都相同的过滤器，优先级由过滤器号决定，过滤器号小的优先级高
如下图:

                                                                                图3
               如上图，在接收一个报文时，其标识符首先与配置在标识符列表模式下的过滤器相比较；如果匹配上，报文就被存放到相关联的FIFO中，并且所匹配的过滤器的序号（这时为4）被存入过滤器匹配序号中。如同例子中所显示，报文标识符跟#4标识符匹配，因此报文内容和FMI4被存入FIFO。
              如果没有匹配，报文标识符接着与配置在屏蔽位模式下的过滤器进行比较。
              如果报文标识符没有跟过滤器中的任何标识符相匹配，那么硬件就丢弃该报文，且不会对软件有任何打扰。