双核高速率CAN-FD评测

罗罗诺亚

凭借实时性、抗干扰性和安全性等优点，CAN2.0在工业及汽车行业得到了广泛应用，但其最高速率仅为1Mbit/s，每帧最多只能传输8字节的有效数据，报文中只有约50%的带宽用于有效数据传输。然而随着产业的发展，各种传感器和控制器数量的增多，总线上的数据量也激增，这使得CAN2.0总线在传输速率和带宽方面的缺点暴露的更加明显，于是就诞生了CAN-FD。

/ {7 L% m( b) T/ H2 J! c" z) h6 A

CAN-FD在传输速率和带宽方面有了明显的提升，波特率可高达8Mbit/s，每帧可多达64字节有效数据，传输效率可提高至约80%，能够进一步提高总线的实时性，拓宽总线的数据带宽，提升总线的传输效率。

在飞凌嵌入式OKMX8MP-C开发板上有两路CAN-FD，小编今天就基于这款开发板以处理器的M核与A核各控制一路CAN-FD互相通信为例，从应用角度讲述M核和A核如何控制CAN-FD高速通信。

3 H1 a6 I6 _1 H6 ~: P; Q5 T

飞凌嵌入式OKMX8MP-C开发板所搭载的NXP i.MX8M Plus处理器具备强悍的性能，集成4个主频最高可达1.8GHz (工业级主频为1.6GHz)的ARM Cortex-A53多任务核和1个Cortex-M7实时核，不管是对数据的高速吞吐、处理，还是复杂的人机交互界面处理，都能从容应对。

( w9 d, S5 J" X8 k' H

01

M核CAN-FD

1. CAN-FD初始化

CAN-FD初始化主要包括总线时钟，管脚和相应寄存器的初始化。具体如下：

, e8 l: X+ N/ g* [! u( j% h, L

（1）CAN总线时钟：

现将CAN总线倍频到800MHz，再10分频到80MHz。

CLOCK_SetRootMux(kCLOCK_RootFlexCan1, kCLOCK_FlexCanRootmuxSysPll1); // 设置CAN1总线时钟为800MHz  CLOCK_SetRootDivider(kCLOCK_RootFlexCan1, 2U, 5U);   // 分频因子为2*5=10,设置CAN1总线时钟为80MHz

（2）管脚配置：

选择CAN1的发送管脚为32脚，接收管脚为34脚。

IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_SAI2_TXC_CAN1_RX, 0U); // CAN1 RX  IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_SAI2_RXC_CAN1_TX, 0U); // CAN1 TX

（3）CAN波特率：

CAN-FD支持可变速率，即控制区和数据区的波特率可以不一致，控制区最大为1Mbit/s；数据区最大为8Mbit/s。后续程序根据总线时钟和设置的波特率，分配时段设置的seg1，seg2等数值。

pConfig->bitRate = 1000000U;   // CAN-FD控制区波特率为1Mbit/s  pConfig->bitRateFD = 8000000U;   // CAN-FD数据区波特率为8Mbit/s
! S; [3 o3 R: Z  v

（4）CAN-FD使能：

除了使能CAN-FD，可变波特率也需要使能，否则数据区的最大速率和控制区的速率一样，最大为1Mbit/s。

base->MCR |= CAN_MCR_FDEN_MASK;  // CAN-FD使能  fdctrl |= CAN_FDCTRL_FDRATE_MASK; // 可变波特率使能
# ~* u8 V/ O+ Y% }8 Q2 d: I6 R

（5）关闭自回环：

如果开启了自回环，那么CAN1数据会在芯片内回环，不会到外部管脚，在程序调试时可以排除外部端子的干扰，但真实应用时，需要关闭自回环，从外部管脚收发数据。

pConfig->enableLoopBack       = false; // 不回环，使用外部管脚

（6）帧格式：

本次我们使用11位标准数据帧，小伙伴也在后续试试扩展帧。需要设置自己的ID，便于总线上其他设备识别。

mbConfig.format = kFLEXCAN_FrameFormatStandard; // 11位标准帧,非扩展帧  mbConfig.type   = kFLEXCAN_FrameTypeData;       // 数据帧 非远程帧      mbConfig.id     = FLEXCAN_ID_STD(rxIdentifier); // 帧ID 用于区别总线中不同的设备
1 N- P9 a+ B% e! Z

（7）接收过滤：

用户可设置接收过滤规则，这样就可以只接收特定帧ID的数据，减少应用处理的数据量。

rxIdentifier = 0;FLEXCAN_SetRxMbGlobalMask(EXAMPLE_CAN, FLEXCAN_RX_MB_STD_MASK(rxIdentifier, 0, 0));//接收所有ID数据
" E! Z/ c3 H5 h1 u& K( U

2. CAN-FD收发流程

本次测试M核做主站，CAN1先发送一帧包含64字节数据，A核CAN2收到，将64字节数据再次发送，M核CAN1接收。对比发送和接收的64字节数据是否一致。重复100次。

. ~" J- I7 d' Y- P- v. k

（1）CAN-FD发送数据：

EXAMPLE_CAN表示为CAN1，flexcanHandle为CAN实例，包含了发送接收回调函数，txXfer为要发送的64字节数据。

FLEXCAN_TransfeRFDSendNonBlocking(EXAMPLE_CAN, &flexcanHandle, &txXfer);   // CAN-FD发送数据  
" W) K" P4 d( ]

（2）CAN-FD接收数据：

EXAMPLE_CAN表示为CAN1，flexcanHandle为CAN实例，包含了发送接收回调函数，rxXfer为接收的64字节数据。

FLEXCAN_TransferFDReceiveNonBlocking(EXAMPLE_CAN, &flexcanHandle, &rxXfer); // CAN-FD接收函数

（3）接收和发送数据对比：

for (j = 0U; j <= DLC; j++) // 对比收发数据，不一致打印  {    if(txXfer.framefd->dataWord[j] != rxXfer.framefd->dataWord[j])      {          LOG_INFO("Data mismatch !!! j=%d \r\n",j);      }  }

02

A核CAN-FD

A核设备树中保留CAN2，内核解析设备树在 /dev下生成can0。设置波特率后使能can0节点，应用程序中open函数打开接口，write函数发送数据，read函数接收数据。我们把CAN接口的示例已经作为一个跨平台的综合演示程序，小伙伴们可以直接加参数调用即可。

1. 分配节点

（1）M核独享CAN1，A核独享CAN2，修改设备树，在设备树OK8MP-C.dts中，删除CAN1设备节点，保留CAN2设备节点。编译新的设备树；

（2）将生成的OK8MP-C.dtb和Image拷贝至开发板的

/run/media/mmcblk2p1/ 目录下，输入sync命令同步后重启开发板；

% x0 p6 S$ Q$ p+ e

（3）通过A核串口输入命令uname -r ，显示内核版本，将 /lib/modbule目录下文件夹名称改为内核版本，这样才能自动加载模块生成can0节点，重启开发板。

* L9 M+ S: O; U+ H8 q- C7 h4 R
, H& |7 o( \- |7 @5 R

* H$ ?' y/ c, J0 T0 t( Z0 R
* g& U6 h, |, q8 D' Q7 I

2. 演示Demo

进程名：can_demo
使用方法：./can_demo设备名 [参数选项]… …

5 g2 T; T1 u% D- T( P9 G* S
& e5 u3 ^8 x# E
1 c* U2 x) V  \6 H' e; s

本次测试接口为can0(对应开发板CAN2)，控制区波特率为1Mbit/s，数据区最大为8Mbit/s，11位标准帧，不过滤帧ID，不主动发数据，不回环。因此命令为：

• 
  
  9 g$ I. j. b: ]5 F: R' F+ \

./can_demo can0-b 1000 -fd 8000。

03

程序验证

1. 硬件连接

使用杜邦线将CAN1和CAN2的can-H短接，同时将can-L短接，注意不要接反。

% h, S: `* D: ~$ m

2. M核程序

修改uboot环境变量设置M核自启动，同时将M核程序forlinx_m7_tcm_firmware.bin；

放到/run/media/mmcblk2p1/目录下。详细操作可看上篇文章《【玩转多核异构】M核程序的启动、编写和仿真》。

3. A核程序

（1）使用串口Xmodem，网络FTP，SCP，U盘，TF卡等多种方式，将can_demo从电脑拷贝至核心板默认目录下，输入以下命令修改权限；

• 
  " m8 u3 t, `3 E% g& n3 |! A7 b
  

chmod 777 can_demo
0 A+ V6 @  b7 N  [

（2）输入以下命令，A核应用程序can_demo将设置波特率后打开can0节点，等待M核发送的数据，再将接收的数据通过CAN2发送给M核。

• 
  7 Y8 `# r0 o2 [3 [6 y% e
  

./can_demo can0 -b 1000 -fd 8000

4. 实际测试

（1）OKMX8MP-C开发板重新上电后，M核程序启动，完成CAN1初始化后，在M核调试串口输出信息，等待按键；

# U5 B4 n* F  ]; {5 `5 A! j

（2）在A核调试串口输入以下命令，CAN2将处于接收的状态：

• 
  7 w0 C6 g: u1 }) A( U9 \9 J
  / b) p/ G' N; o/ K4 n; |

./can_demo can0 -b 1000 -fd 8000

（3）在M核串口按下键A或a，M核CAN1发送64字节数据，A核CAN2接收数据，并将接收的数据再次发送，M核CAN1接收后和发送数据对比，输出结果。循环100次；

7 x. @: t. w7 M1 ?

（4）通过测试可以看到，依托i.MX8M Plus强大的性能，双核都以8Mbit/s的高速率发送大量数据，均没有出现异常。

1 A( ~2 u8 }! Y+ b. j7 U
! ?9 L0 E  J) V

1 j5 C( Q) e$ T1 I

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高速通讯最大能达到20Gbp的传输速度。也就是目前LTE的1000倍大容量传送能力。