STM32之CAN---发送管理分析

1 CAN发送邮箱

STM32共有三个CAN发送邮箱，在检测到总线空闲时交发送，但需要注意的是，有可能会发送失败，有可能因为仲裁失败从而导致失败，也有可能是其它错误，原则上bxCAN将自动重发，但bxCAN也可以配置不自动重发。正因为如此，发送邮箱中有可能同时存在多个需要发送的报文，一旦出现这种情况，那么发送邮箱中的多个报文又将是谁先发送谁后发送呢？有两种模式：ID模式和FIFO模式。ID模式由报文的ID值决定，即ID值越小，优先级越高，另一种FIFO模式，顾名思义，即为消息队列方式，谁先到谁先发送，此种模式下三个邮箱与接收FIFO类似。

下图是发送邮箱的状态图：

图1

由上图可知，发送邮箱共有四种状态，空状态，挂号状态，预定发送状态（scheduled），发送状态。

发送报文的流程为：应用程序选择1个空发送邮箱；设置标识符，数据长度和待发送数据；然后对CAN_TIxR寄存器的TXRQ位置’1’，来请求发送。TXRQ位置’1’后，邮箱就不再是空邮箱；而一旦邮箱不再为空，软件对邮箱寄存器就不再有写的权限。TXRQ位置1后，邮箱马上进入挂号状态，并等待成为最高优先级的邮箱，参见发送优先级。一旦邮箱成为最高优先级的邮箱，其状态就变为预定发送状态。一旦CAN总线进入空闲状态，预定发送邮箱中的报文就马上被发送(进入发送状态)。一旦邮箱中的报文被成功发送后，它马上变为空邮箱；硬件相应地对CAN_TSR寄存器的RQCP和TXOK位置1，来表明一次成功发送。
如果发送失败，由于仲裁引起的就对CAN_TSR寄存器的ALST位置’1’，由于发送错误引起的就对TERR位置’1’。

2 发送优先级

如之前所述，如果三个邮箱中同时存在多个待发送的报文时，此时存在一个问题，即先送哪个邮箱中的报文好呢？此时，存在一个发送优先级的问题。此时，非空发送邮箱进入发送仲裁，发送仲裁有两种策略：ID模式和FIFO模式。

• ID模式：当有超过1个发送邮箱在挂号时，发送顺序由邮箱中报文的标识符决定。根据CAN协议，标识符数值最低的报文具有最高的优先级。如果标识符的值相等，那么邮箱号小的报文先被发送。此模式通过对CAN主控寄存器CAN_MCR的TXFP位清0来设置。

• FIFO模式：通过对CAN_MCR寄存器（CAN主控寄存器）的TXFP位置’1’，可以把发送邮箱配置为发送FIFO。在该模式下，发送的优先级由发送请求次序决定。该模式对分段发送很有用。
  

3 取消发送

发送邮箱中待发送的报文在正常发送成功之前也可以中途取消，通过对CAN_TSR寄存器的ABRQ位置’1’，可以中止发送请求。

• 当发送邮箱处于挂号或预定状态时：发送请求马上就被中止了。
• 当发送邮箱处于发送状态时：

那么中止请求可能导致2种结果：

1：如果邮箱中的报文被成功发送，那么邮箱变为空邮箱，并且CAN_TSR寄存器（CAN发送状态寄存器）的TXOK位被硬件置’1’；

2：如果邮箱中的报文发送失败了，那么邮箱变为预定状态，然后发送请求被中止，邮箱变为空邮箱且TXOK位被硬件清’0’。

因此，不管如何，一旦取消发送，那么在发送操作结束后，邮箱都会变为空邮箱。

固件库中取消发送的接口为：

/**
  * @brief  Cancels a transmit request.
  * @param  CANx: where x can be 1 or 2 to select the CAN peripheral.
  * @param  Mailbox: Mailbox number.
  * @retval None
  */
void CAN_CancelTransmit(CAN_TypeDef* CANx, uint8_t Mailbox)；

4 自动重传模式

该模式主要用于满足CAN标准中，时间触发通信选项的需求。通过对CAN_MCR寄存器的NART位置’1’，来让硬件工作在该模式（禁止自动重传）。
在该模式下，发送操作只会执行一次。如果发送操作失败了，不管是由于仲裁丢失或出错，硬件都不会再自动发送该报文。
在一次发送操作结束后，硬件认为发送请求已经完成，从而对CAN_TSR寄存器的RQCP位置’1’，同时发送的结果反映在TXOK、ALST和TERR位上。

5 发送邮箱的组成

说了那么多，那个三个发送邮箱的结构到底是怎么样的呢？与接收FIFO的邮箱类似，发送邮箱也是由四个寄存器组成：发送邮箱标识符寄存器（CAN_TIxR x=0..2）,发送邮箱长度和时间戳寄存器（CAN_TDTxR x=0..2）,发送邮箱低字节数据寄存器（CAN_TDLxR x=0..2）,发送邮箱高字节寄存器（CAN_TDHxR x=0..2）。

5.1 发送邮箱标识符寄存器 (CAN_TIxR) (x=0..2)

地址偏移量: 0x180，0x190，0x1A0
复位值: 0xXXXX XXXX，X=未定义位(除了第0位，复位时TXRQ=0)
注： 1 当其所属的邮箱处于等待发送的状态时，该寄存器是写保护的。

2 该寄存器实现了发送请求控制功能(第0位)－复位值为0

图2

与接收FIFO的邮箱的发送邮箱标识符寄存器类似，各位定义如下：

位31:21	STID[10:0]: 标准标识符 扩展身份标识的高字节。
位20:3	EXID[17:0]: 扩展标识符 扩展身份标识的低字节。
位2	IDE: 标识符选择 该位决定发送邮箱中报文使用的标识符类型 0: 使用标准标识符； 1: 使用扩展标识符。
位1	RTR: 远程发送请求 0: 数据帧； 1: 远程帧。
位0	TXRQ: 发送数据请求 由软件对其置1，来请求发送其邮箱的数据。当数据发送完成，邮箱为空时，硬件对其清0。

5.2 发送邮箱数据长度和时间戳寄存器 (CAN_TDTxR) (x=0..2)

地址偏移量：0x184，0x194，0x1A4
复位值：未定义

图3

位31:16	TIME[15:0]: 报文时间戳 该域包含了，在发送该报文SOF的时刻，16位定时器的值。
位15:9	保留位
位8	TGT: 发送时间戳 只有在CAN处于时间触发通信模式，即CAN_MCR寄存器的TTCM位为1时，该位才有效。 0: 不发送时间戳； 1: 发送时间戳TIME[15:0]。在长度为8的报文中，时间戳TIME[15:0]是最后2个发送的字节：TIME[7:0]作为第7个字节，TIME[15:8]为第8个字节，它们替换了写入CAN_TDHxR[31:16]的数据(DATA6[7:0]和DATA7[7:0])。为了把时间戳的2个字节发送出去，DLC必须编程为8。
位7:4	保留位。
位3:0	DLC[15:0]: 发送数据长度 该域指定了数据报文的数据长度或者远程帧请求的数据长度。1个报文包含0到8个字节数据，而这由DLC决定。

5.3 发送邮箱低字节数据寄存器 (CAN_TDLxR) (x=0..2)

地址偏移量：0x188，0x198，0x1A8
复位值：未定义位

当邮箱为空时，寄存器中的所有位为只读。

图4

位31:24	DATA3[7:0] : 字节3 报文的数据字节3。
位23:16	DATA2[7:0] : 字节2 报文的数据字节2。
位15:8	DATA1[7:0] : 字节1 报文的数据字节1。
位7:0	DATA0[7:0] : 字节0 报文的数据字节0。 报文包含0到8个字节数据，且从字节0开始。

5.4 发送邮箱高字节数据寄存器 (CAN_TDHxR) (x=0..2)

地址偏移量：0x18C，0x19C，0x1AC
复位值：未定义位
当邮箱为空时，寄存器中的所有位为只读。

图5

位31:24	DATA7[7:0] : 字节7 报文的数据字节7 注: 如果CAN_MCR寄存器的TTCM位为1，且该邮箱的TGT位也为1，那么DATA7和DATA6将被TIME时间戳代替。
位23:16	DATA6[7:0] : 字节6 报文的数据字节6。
位15:8	DATA5[7:0] : 字节5 报文的数据字节5。
位7:0	DATA4[7:0] : 字节4 报文的数据字节4。

6 CAN发送状态寄存器 (CAN_TSR)

地址偏移量: 0x08
复位值: 0x1C00 0000

单有发送邮箱还不行，不得有一个寄存器从整体上显示发送各邮箱的状态及控制，而CAN发送状态寄存器（CAN_TSR）即负责此工作的。

图6

各定义如下：

位31	LOW2: 邮箱2最低优先级标志 当由多个邮箱在等待发送报文，且邮箱2的优先级最低时，硬件对该位置1。
位30	LOW1: 邮箱1最低优先级标志 当由多个邮箱在等待发送报文，且邮箱1的优先级最低时，硬件对该位置1。
位29	LOW0: 邮箱0最低优先级标志 当由多个邮箱在等待发送报文，且邮箱0的优先级最低时，硬件对该位置1。
位28	TME2: 发送邮箱2空 当邮箱2中没有等待发送的报文时，硬件对该位置1。
位27	TME1: 发送邮箱1空 当邮箱1中没有等待发送的报文时，硬件对该位置1。
位26	TME0: 发送邮箱0空 当邮箱0中没有等待发送的报文时，硬件对该位置1。
位25:24	CODE[1:0]: 邮箱号 当有至少1个发送邮箱为空时，邮箱号为下一个空的发送邮箱号。 当所有的发送邮箱都为空时，邮箱号为优先级最低的那个发送邮箱号。
位23	ABRQ2: 邮箱2中止发送 软件对该位置1可以中止邮箱2的发送请求，当邮箱2的发送报文被清除时硬件对该位清0。 如果邮箱2中没有等待发送的报文，则对该位置1没有任何效果。
位22:20	保留位，硬件强制其值为0
位19	TERR2: 邮箱2发送失败 当邮箱2因为出错而导致发送失败时，对该位置1。
位18	ALST2: 邮箱2仲裁丢失 当邮箱2因为仲裁丢失而导致发送失败时，对该位置1。
位17	TXOK2: 邮箱2发送成功 每次在邮箱2进行发送尝试后，硬件对该位进行更新： 0: 上次发送尝试失败； 1: 上次发送尝试成功。 当邮箱2的发送请求被成功完成后，硬件对该位置1。
位16	RQCP2: 邮箱2请求完成 当上次对邮箱2的请求(发送或中止)完成后，硬件对该位置1。 软件对该位写’1’可以对其清0；当硬件接收到发送请求时也对该位清0(CAN_TI2R 寄存器的TXRQ位被置1)。 该位被清0时，邮箱2的其它发送状态位(TXOK2, ALST2和TERR2)也被清0。
位15	ABRQ1: 邮箱1中止(发送) 软件对该位置1可以中止邮箱1的发送请求，当邮箱1的发送报文被清除时硬件对该位清0。 如果邮箱1中没有等待发送的报文，则对该位置1没有任何效果。
位14:12	保留位，硬件强制其值为0
位11	TERR1: 邮箱1发送失败 当邮箱1因为出错而导致发送失败时，对该位置1。
位10	ALST1: 邮箱1仲裁丢失 当邮箱1因为仲裁丢失而导致发送失败时，对该位置1。
位9	TXOK1: 邮箱1发送成功 每次在邮箱1进行发送尝试后，硬件对该位进行更新： 0: 上次发送尝试失败； 1: 上次发送尝试成功。 当邮箱1的发送请求被成功完成后，硬件对该位置1。
位8	RQCP1: 邮箱1请求完成 当上次对邮箱1的请求(发送或中止)完成后，硬件对该位置1。 软件对该位写’1’可以对其清0；当硬件接收到发送请求时也对该位清0(CAN_TI1R 寄存器的TXRQ位被置1)。 该位被清0时，邮箱1的其它发送状态位(TXOK1, ALST1和TERR1)也被清0。
位7	ABRQ0: 邮箱0中止(发送) 软件对该位置1可以中止邮箱0的发送请求，当邮箱0的发送报文被清除时硬件对该位清0。 如果邮箱0中没有等待发送的报文，则对该位置1没有任何效果。
位6:4	保留位，硬件强制其值为0
位3	TERR0: 邮箱0发送失败 当邮箱0因为出错而导致发送失败时，对该位置1。
位2	ALST0: 邮箱0仲裁丢失 当邮箱0因为仲裁丢失而导致发送失败时，对该位置1。
位1	TXOK0: 邮箱0发送成功 每次在邮箱0进行发送尝试后，硬件对该位进行更新： 0: 上次发送尝试失败； 1: 上次发送尝试成功。 当邮箱0的发送请求被成功完成后，硬件对该位置1。
位0	RQCP1: 邮箱0请求完成 当上次对邮箱0的请求(发送或中止)完成后，硬件对该位置1。 软件对该位写’1’可以对其清0；当硬件接收到发送请求时也对该位清0(CAN_TI0R 寄存器的TXRQ位被置1)。 该位被清0时，邮箱0的其它发送状态位(TXOK0, ALST0和TERR0)也被清0。

这里值得注意的是位25~24，即下一个空的发送邮箱号。当所有的发送邮箱都为空时，邮箱号为优先级最低的那个发送邮箱号。通过此两位，STM32就知道下一条发送报文该存储到哪个邮箱了。

7 与CAN发送有关的固件发送接口

发送接口如下：

/**
  * @brief  Initiates and transmits a CAN frame message.
  * @param  CANx: where x can be 1 or 2 to to select the CAN peripheral.
  * @param  TxMessage: pointer to a structure which contains CAN Id, CAN DLC and CAN data.
  * @retval The number of the mailbox that is used for transmission or
  *         CAN_TxStatus_NoMailBox if there is no empty mailbox.
  */
uint8_t CAN_Transmit(CAN_TypeDef* CANx, CanTxMsg* TxMessage);

获取发送状态接口如下：

/**
  * @brief  Checks the transmission status of a CAN Frame.
  * @param  CANx: where x can be 1 or 2 to select the CAN peripheral.
  * @param  TransmitMailbox: the number of the mailbox that is used for transmission.
  * @retval CAN_TxStatus_Ok if the CAN driver transmits the message, 
  *         CAN_TxStatus_Failed in an other case.
  */
uint8_t CAN_TransmitStatus(CAN_TypeDef* CANx, uint8_t TransmitMailbox);