S32K144入门笔记（二十三）：FlexCAN解读（1）

1. 概述

S32K144的CAN模块由三个，符合ISO 11898和CAN2.0B协议规范，其中CAN0支持CAN FD，具体资源情况如下：

CAN模块的系统框图如下图所示。

协议引擎(PE)用于管理CAN总线的通信：

• 通过RAM访问来接收和发送消息帧
• 验证接收的消息
• 执行错误处理
• 检测CAN FD消息

控制器主机接口（CHI）子模块管理用于接收和传输的消息缓冲区选择，负责处理 CAN FD 和非 CAN FD 消息格式的仲裁和 ID 匹配算法。
总线接口单元（BIU）子模块控制对内部接口总线的访问，以便与 CPU 及其他模块建立连接。时钟、地址和数据总线、中断输出、直接内存访问（DMA）和测试信号都通过 BIU 进行访问。

2. 特点

• 符合CAN2.0B 的CAN和CAN FD协议
• 遵从ISO 11898-1标准
• 可配置存储8，16，32，64字节长度的邮箱
• 每个邮箱都可以配置为接收和发送
• 每个邮箱独立的接收掩码寄存器
• Rx FIFO，存储容量6帧，支持DMA功能
• 支持传输打断
• 灵活的消息缓冲区（MBs），总计 32 个消息缓冲区，每个消息缓冲区的数据长度为 8 字节，可配置为接收（Rx）或发送（Tx）
• 可编程的CAN协议接口时钟源，可以在外设时钟或晶振时钟选择
• 未被接收或传输结构使用的RAM可以用作通用RAM空间
• 只听模式
• 可编程的回环模式支持自测操作
• 可编程传输优先级方案：最低ID、最低缓冲区编号或最高优先级
• 基于16位自由运行定时器的时间戳，带有可选的外部时间刻度
• 全局网络时间，由特定消息同步
• 可屏蔽中断
• 独立于传输介质（假设使用外部收发器）
• 由于针对高优先级消息的仲裁方案，可以缩短延迟时间
• 低功耗模式或与接收帧匹配（伪装网络）
• 当以更快的数据速率传输 CAN FD 消息时的收发器延迟补偿功能
• 远程帧可以被自动管理或被软件管理
• CAN位时间设置和配置位只能在冻结模式下写入
• Tx邮箱状态（最低优先级缓冲区或空缓冲区）
• 用于接收帧的标识符接受过滤器命中指示器（IDHIT）寄存器
• 在状态 1 寄存器中的错误里，SYNCH 位可用，以表明该模块与 CAN 总线是同步的
• 传输消息的CRC状态
• Rx FIFO全局掩码寄存器
• 在匹配过程中，邮箱和接收 FIFO 之间的可选优先级
• 强大的接收 FIFO ID 过滤功能，能够将传入的 ID 与 128 个扩展 ID、256 个标准 ID 或 512 个部分（8 位）ID 进行匹配，具有多达 32 个单独的掩码功能
• 与以前的FlexCAN版本100%向后兼容
• 在低功耗：停止模式下支持虚拟网络功能

3. 功能描述

FlexCAN 模块是一个具有非常灵活的邮箱系统的 CAN 协议引擎，用于发送和接收 CAN 消息帧。该邮箱系统由一组消息缓冲区（MB）组成，用于存储配置和控制数据、时间戳、消息 ID 和数据。前 38 个 MB 对应的内存可配置为支持具有强大 ID 过滤机制的 FIFO 接收方案，能够根据 ID 表（最多 128 个扩展 ID 或 256 个标准 ID 或 512 个 8 位 ID 切片）检查传入帧，并为多达 32 个 ID 过滤表元素提供单独的掩码寄存器。
对于经典 CAN 帧，支持通过 FIFO 和邮箱同时接收。对于 CAN FD 帧，仅支持通过邮箱接收。对于邮箱接收，一种匹配算法使得仅将接收到的具有在 ID 字段中编程的相同 ID 的帧存储到 MB 中成为可能。一种掩码方案使得将 MB 上编程的 ID 与接收到的 CAN 帧上的一系列 ID 进行匹配成为可能。对于传输，一种仲裁算法根据消息 ID（可选地由 3 个本地优先级位增强）或 MB 顺序决定要传输的 MB 的优先级。

4. 模式操作

• 正常模式（用户或管理员）
  在正常模式下，模块接收和/或发送消息帧，正常管理错误，并启用所有CAN协议功能。用户和主管模式在访问某些受限控制寄存器方面有所不同。
• 冻结模式
  在这种模式下，不会进行帧的发送或接收，并且会失去与 CAN 总线的同步性。
• 回环模式
  在这种模式下，FlexCAN 执行一个内部回环，可用于自测试操作。发送器的位流输出在内部反馈到接收器输入。Rx CAN 输入引脚被忽略，Tx CAN 输出进入隐性状态（逻辑’1’）。FlexCAN 在发送时的表现与正常情况一样，并将自己发送的消息视为从远程节点接收的消息。在这种模式下，FlexCAN 忽略在 CAN 帧确认字段的 ACK 时隙期间发送的位，以确保正确接收自己的消息。发送和接收中断都会产生。
• 只听模式
  在这种模式下，传输被禁用，所有错误计数器被冻结，模块在 CAN 错误被动模式下运行。只有被另一个 CAN 站确认的消息才会被接收。如果 FlexCAN 检测到一个未被确认的消息，它将标记一个 BIT0 错误（不改变 REC），就好像它试图确认该消息一样。
• CAN FD激活模式
  在这种模式下，FlexCAN 能够以交错方式发送和接收所有按照 CAN FD、标准（2.0）以及 2.0B 协议格式化的消息。CPU 可以通过在冻结模式下配置 MCR[FDEN] 将 FlexCAN 设置为 CAN FD 激活模式。
  CANFD和经典CAN的差异：
  

对于低功耗操作，FlexCAN模块：

• 模块禁止模式
  CPU 置位 MCR[MDIS] 且 FlexCAN 置位 MCR[LPM_ACK] 时，模块进入这种低功耗模式。在该模式下，模块会发出请求以禁用通往 CAN 协议引擎和控制器主机接口子模块的时钟。
• 停止模式
  当在芯片级请求进入停止模式且 FlexCAN 置位 MCR[LPM_ACK] 时，会进入这种低功耗模式。在停止模式下，模块将自身置于非活动状态，然后通知 CPU 可以全局关闭时钟。当停止模式请求被移除时，会退出此模式
• 模拟网络模式
  可以选择此模式与停止模式（Stop mode）一起运行。在进入这些低功耗模式之一之前，必须置位 MCR[PNET_EN]。在低功耗模式下，CHI 子模块的时钟会被关闭，而 CAN_PE 子模块的时钟保持开启，因此接收过程仍然处于活动状态，可以过滤接收到的消息，其行为由配置寄存器定义。当检测到唤醒事件时，系统会发出唤醒中断（Wake Up interrupt）。