又踩坑了！这次败给CAN总线了

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最近负责的一个项目用的主控芯片是STM32F407IGT6，需要和几个电机控制器进行通讯，有很多参数需要进行监控。
有一个问题一直无法解决。在开启CAN的接收中断，接收不到数据，问题卡了很久，下面简单分享一下解决的过程和思路。

• 背景

• CAN总线

• CAN控制器

• CAN收发器

• 调试过程

• 硬件排查

• CAN分析仪

• 芯片CAN控制器调试

• 总结

CAN总线是一种串行通信协议，用于在微控制器和其他设备之间传输数据。CAN总线通常用于汽车、工业自动化和机器人等领域。

CAN总线的硬件通常由以下几个部分组成：

• 控制器区域：包括CAN控制器和CAN收发器；
• 总线电缆：用于连接CAN总线上的所有设备；
• 终端电阻：用于终止总线，以减少反射和信号干扰；
• 外部电源：用于为CAN总线提供电源；

CAN总线的控制器区域通常包括CAN控制器和CAN收发器。

• CAN控制器负责处理CAN总线上的数据传输，包括数据发送和接收、错误检测和纠正等；
• CAN收发器则负责将CAN控制器的信号转换为总线上的电信号，并将总线上的电信号转换为CAN控制器可以理解的信号。

主板上的芯片STM32F407IGT6中带有两路的CAN控制器，分别为CAN1 和 CAN2，具体如下图所示；

主板上使用的是芯片SN65HVD230，这是TI公司的一款性能强大且具体低功耗功能的CAN收发器，具体的典型应用电路如下所示；

设备的调试过程中，首先要确保硬件链路上是否正常。最常见的方法就是直接用示波器进行检查。具体如下所示；

1. 检查CAN控制器和CAN收发器之间是否正常；
2. 检查CAN收发器的差分信号是否正常，这里可能要了解一下CAN总线电平的显性电平和隐性电平的特点，以及CAN底层协议的细节，会比较复杂；

个人比较推荐使用上述步骤检查硬件链路是否存在问题，那如何对数据进行分析呢？当然可以对着示波器的波形一点一点进行分析，但是这样是很低效的，这里我建议使用CAN分析仪进行数据抓包，下面我们继续进行介绍。

至于数据传输是否正确，可以使用CAN盒进行数据监听，下面是我使用的一款CAN分析仪，如图；

将CAN分析仪的CAN_H和CAN_L分别并联到CAN收发器的CAN_H和CAN_L上，然后打开CAN分析仪厂家提供的PC软件，就可以对CAN总线的数据进行监听；

1. 将CAN分析仪接入到CAN总线；
2. 将CAN分析仪连接到电脑（这里是USB接口），需要配置相同的波特率；
3. 打开CAN分析仪配套的PC软件，进行数据的收发；
   
4. 进行到这里，我在项目中遇到的问题是，发送正常，但是STM32F407无法接收到连续的数据，可以接收到一次数据，后面便无法再进入中断。这时候，只能再芯片端进行Debug了。

这里的代码用的HAL库，库版本相对来说比较老，是V1.7.10版本的，如下图所示；

当时我把项目升级到最新的HAL库，发现CAN部分的驱动改动比较大，另外，下文都是基于V1.7.10版本的HAL库。

CAN控制器的初始化代码如下所示；

void MX_CAN_Init(void) { CAN_FilterConfTypeDef sFilterConfig; /*CAN单元初始化*/ hCAN.Instance = CANx; /* CAN外设 */ hCAN.pTxMsg = &TxMessage; hCAN.pRxMsg = &RxMessage; hCAN.Init.Prescaler = 6; /* BTR-BRP 波特率分频器 定义了时间单元的时间长度 42/(1+6+7)/6 = 500Kbps */ hCAN.Init.Mode = CAN_MODE_NORMAL; /* 正常工作模式 */ hCAN.Init.SJW = CAN_SJW_1TQ; /* BTR-SJW 重新同步跳跃宽度 1个时间单元 */ hCAN.Init.BS1 = CAN_BS1_6TQ; /* BTR-TS1 时间段1 占用了6个时间单元 */ hCAN.Init.BS2 = CAN_BS2_7TQ; /* BTR-TS1 时间段2 占用了7个时间单元 */ hCAN.Init.TTCM = DISABLE; /* MCR-TTCM 关闭时间触发通信模式使能 */ hCAN.Init.ABOM = ENABLE; /* MCR-ABOM 自动离线管理 */ hCAN.Init.AWUM = ENABLE; /* MCR-AWUM 使用自动唤醒模式 */ hCAN.Init.NART = DISABLE; /* MCR-NART 禁止报文自动重传 DISABLE-自动重传 */ hCAN.Init.RFLM = DISABLE; /* MCR-RFLM 接收FIFO 锁定模式 DISABLE-溢出时新报文会覆盖原有报文 */ hCAN.Init.TXFP = DISABLE; /* MCR-TXFP 发送FIFO优先级 DISABLE-优先级取决于报文标示符 */ HAL_CAN_Init(&hCAN); /*CAN过滤器初始化*/ sFilterConfig.FilterNumber = 0; /* 过滤器组0 */ sFilterConfig.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK; /* 工作在标识符屏蔽位模式 */ sFilterConfig.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_32BIT; /* 过滤器位宽为单个32位。*/ /* 使能报文标示符过滤器按照标示符的内容进行比对过滤，扩展ID不是如下的就抛弃掉，是的话，会存入FIFO0。 */ sFilterConfig.FilterIdHigh = 0x0000; //(((uint32_t)0x1314<<3)&0xFFFF0000)>>16; /* 要过滤的ID高位 */ sFilterConfig.FilterIdLow = 0x0000; //(((uint32_t)0x1314<<3)|CAN_ID_EXT|CAN_RTR_DATA)&0xFFFF; /* 要过滤的ID低位 */ sFilterConfig.FilterMaskIdHigh = 0x0000; /* 过滤器高16位每位必须匹配 */ sFilterConfig.FilterMaskIdLow = 0x0000; /* 过滤器低16位每位必须匹配 */ sFilterConfig.FilterFIFOAssignment = 0; /* 过滤器被关联到FIFO 0 */ sFilterConfig.FilterActivation = ENABLE; /* 使能过滤器 */ sFilterConfig.BankNumber = 14; HAL_CAN_ConfigFilter(&hCAN, &sFilterConfig); }

根据注释，可以大概看懂，另外再简单分析一下关键的几点；

• 波特率设置为 500Kbps；
• 对报文不进行过滤，可以接收任何扩展ID的数据；

虽然不进行任何过滤，但是还是无法接收到CAN回传的数据，无法进入的接收中断；

从STM32F407的编程手册里了解到；

不难发现，CAN1的FIFO0产生接收中断需要满足三个条件中的任意一个；

• FMPIE0置1 且 FMP0置1；FIFO不为空会产生中断
• FFIE0置1 且 FULL置1；FIFO满，会产生中断
• FOVIE0置1 且 FOVR0置1；FIFO溢出，会产生中断

手册里是这样描述的，如下图所示；

使用仿真器对芯片进行调试，设置断点，发现FMPIE0被清空了，具体如下图所示；

FMPIE0这一位是FIFO0中有挂起的消息会产生中断的中断使能标志位；

所以到这里，问题有点明朗了，为什么无法进入中断？是中断使能位被清空了。

那么下面就是检查代码，看看是哪里把中断给disable了。

继续调试，发现在ESR寄存器中，TEC的值一直增加，然后EWGF被值1了；具体如下所示；

TEC和REC分别是发送错误计数器和接收错误计数器；

如 CAN 协议所述，错误管理完全由硬件通过发送错误计数器（ CAN_ESR 寄存器中的 TEC 值）和接收错误计数器（ CAN_ESR 寄存器中的 REC 值）来处理，这两个计数器根据错误 状况进行递增或递减。有关 TEC 和 REC 管理的详细信息，请参见 CAN 标准。两者均可由软件读取，用以确定网络的稳定性。此外， CAN 硬件还将在 CAN_ESR 寄存器中 提供当前错误状态的详细信息。通过 CAN_IER 寄存器（ ERRIE 位等），软件可以非常灵活 地配置在检测到错误时生成的中断。

当TEC大于96的时候，硬件会将EWGF置1（错误警告标志位）；在代码中找到了相应的宏定义；这下问题越来越清晰了。

全文搜索这个宏定义，在HAL_CAN_IRQHandler中找到了__HAL_CAN_DISABLE_IT(CAN_IT_FMP0)，关闭了FIFO0的消息挂起中断， 整体代码如下；

/** * @brief Handles CAN interrupt request * @param hcan: pointer to a CAN_HandleTypeDef structure that contains * the configuration information for the specified CAN. * @retval None */ void HAL_CAN_IRQHandler(CAN_HandleTypeDef* hcan) { uint32_t tmp1 = 0U, tmp2 = 0U, tmp3 = 0U; uint32_t errorcode = HAL_CAN_ERROR_NONE; /* Check Overrun flag for FIFO0 */ tmp1 = __HAL_CAN_GET_FLAG(hcan, CAN_FLAG_FOV0); tmp2 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_FOV0); if(tmp1 && tmp2) { /* Set CAN error code to FOV0 error */ errorcode |= HAL_CAN_ERROR_FOV0; /* Clear FIFO0 Overrun Flag */ __HAL_CAN_CLEAR_FLAG(hcan, CAN_FLAG_FOV0); } /* Check Overrun flag for FIFO1 */ tmp1 = __HAL_CAN_GET_FLAG(hcan, CAN_FLAG_FOV1); tmp2 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_FOV1); if(tmp1 && tmp2) { /* Set CAN error code to FOV1 error */ errorcode |= HAL_CAN_ERROR_FOV1; /* Clear FIFO1 Overrun Flag */ __HAL_CAN_CLEAR_FLAG(hcan, CAN_FLAG_FOV1); } /* Check End of transmission flag */ if(__HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_TME)) { tmp1 = __HAL_CAN_TRANSMIT_STATUS(hcan, CAN_TXMAILBOX_0); tmp2 = __HAL_CAN_TRANSMIT_STATUS(hcan, CAN_TXMAILBOX_1); tmp3 = __HAL_CAN_TRANSMIT_STATUS(hcan, CAN_TXMAILBOX_2); if(tmp1 || tmp2 || tmp3) { tmp1 = __HAL_CAN_GET_FLAG(hcan, CAN_FLAG_TXOK0); tmp2 = __HAL_CAN_GET_FLAG(hcan, CAN_FLAG_TXOK1); tmp3 = __HAL_CAN_GET_FLAG(hcan, CAN_FLAG_TXOK2); /* Check Transmit success */ if(tmp1 || tmp2 || tmp3) { /* Call transmit function */ CAN_Transmit_IT(hcan); } else /* Transmit failure */ { /* Set CAN error code to TXFAIL error */ errorcode |= HAL_CAN_ERROR_TXFAIL; } /* Clear transmission status flags (RQCPx and TXOKx) */ SET_BIT(hcan->Instance->TSR, CAN_TSR_RQCP0 | CAN_TSR_RQCP1 | CAN_TSR_RQCP2 | CAN_FLAG_TXOK0 | CAN_FLAG_TXOK1 | CAN_FLAG_TXOK2); } } tmp1 = __HAL_CAN_MSG_PENDING(hcan, CAN_FIFO0); tmp2 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_FMP0); /* Check End of reception flag for FIFO0 */ if((tmp1 != 0U) && tmp2) { /* Call receive function */ CAN_Receive_IT(hcan, CAN_FIFO0); } tmp1 = __HAL_CAN_MSG_PENDING(hcan, CAN_FIFO1); tmp2 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_FMP1); /* Check End of reception flag for FIFO1 */ if((tmp1 != 0U) && tmp2) { /* Call receive function */ CAN_Receive_IT(hcan, CAN_FIFO1); } /* Set error code in handle */ hcan->ErrorCode |= errorcode; tmp1 = __HAL_CAN_GET_FLAG(hcan, CAN_FLAG_EWG); tmp2 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_EWG); tmp3 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_ERR); /* Check Error Warning Flag */ if(tmp1 && tmp2 && tmp3) { /* Set CAN error code to EWG error */ hcan->ErrorCode |= HAL_CAN_ERROR_EWG; } tmp1 = __HAL_CAN_GET_FLAG(hcan, CAN_FLAG_EPV); tmp2 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_EPV); tmp3 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_ERR); /* Check Error Passive Flag */ if(tmp1 && tmp2 && tmp3) { /* Set CAN error code to EPV error */ hcan->ErrorCode |= HAL_CAN_ERROR_EPV; } tmp1 = __HAL_CAN_GET_FLAG(hcan, CAN_FLAG_BOF); tmp2 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_BOF); tmp3 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_ERR); /* Check Bus-Off Flag */ if(tmp1 && tmp2 && tmp3) { /* Set CAN error code to BOF error */ hcan->ErrorCode |= HAL_CAN_ERROR_BOF; } tmp1 = HAL_IS_BIT_CLR(hcan->Instance->ESR, CAN_ESR_LEC); tmp2 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_LEC); tmp3 = __HAL_CAN_GET_IT_SOURCE(hcan, CAN_IT_ERR); /* Check Last error code Flag */ if((!tmp1) && tmp2 && tmp3) { tmp1 = (hcan->Instance->ESR) & CAN_ESR_LEC; switch(tmp1) { case(CAN_ESR_LEC_0): /* Set CAN error code to STF error */ hcan->ErrorCode |= HAL_CAN_ERROR_STF; break; case(CAN_ESR_LEC_1): /* Set CAN error code to FOR error */ hcan->ErrorCode |= HAL_CAN_ERROR_FOR; break; case(CAN_ESR_LEC_1 | CAN_ESR_LEC_0): /* Set CAN error code to ACK error */ hcan->ErrorCode |= HAL_CAN_ERROR_ACK; break; case(CAN_ESR_LEC_2): /* Set CAN error code to BR error */ hcan->ErrorCode |= HAL_CAN_ERROR_BR; break; case(CAN_ESR_LEC_2 | CAN_ESR_LEC_0): /* Set CAN error code to BD error */ hcan->ErrorCode |= HAL_CAN_ERROR_BD; break; case(CAN_ESR_LEC_2 | CAN_ESR_LEC_1): /* Set CAN error code to CRC error */ hcan->ErrorCode |= HAL_CAN_ERROR_CRC; break; default: break; } /* Clear Last error code Flag */ hcan->Instance->ESR &= ~(CAN_ESR_LEC); } /* Call the Error call Back in case of Errors */ if(hcan->ErrorCode != HAL_CAN_ERROR_NONE) { /* Clear ERRI Flag */ hcan->Instance->MSR = CAN_MSR_ERRI; /* Set the CAN state ready to be able to start again the process */ hcan->State = HAL_CAN_STATE_READY; /* Disable interrupts: */ /* - Disable Error warning Interrupt */ /* - Disable Error passive Interrupt */ /* - Disable Bus-off Interrupt */ /* - Disable Last error code Interrupt */ /* - Disable Error Interrupt */ /* - Disable FIFO 0 message pending Interrupt */ /* - Disable FIFO 0 Overrun Interrupt */ /* - Disable FIFO 1 message pending Interrupt */ /* - Disable FIFO 1 Overrun Interrupt */ /* - Disable Transmit mailbox empty Interrupt */ __HAL_CAN_DISABLE_IT(hcan, CAN_IT_EWG | CAN_IT_EPV | CAN_IT_BOF | CAN_IT_LEC | CAN_IT_ERR | CAN_IT_FMP0| CAN_IT_FOV0| CAN_IT_FMP1| CAN_IT_FOV1| CAN_IT_TME); /* Call Error callback function */ HAL_CAN_ErrorCallback(hcan); } }

最后，找到无法进入接收中断的原因，是CAN总线出现发送错误的情况，从而触发了错误警告标志位EWGF，进而将关闭了消息挂起中断。

本文简单介绍了在STM32F407上的CAN总线调试过程，项目中难免会遇到各种问题，解决之后，大家要及时做好总结和复盘，技术在于积累和沉淀，相互学习，共同进步。