Microchip 32位MCU CAN驱动图文教程-附源码

原创已于 2024-05-16 10:09:37 修改 · 1.5k 阅读

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#单片机 #嵌入式硬件 #CAN #教程 #MCC #Harmony #Microchip

于 2024-04-21 23:40:22 首次发布

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本文详细介绍了如何在MCC环境下创建一个新的32位MCU工程，包括配置系统时钟、添加调试打印模块、CAN模块设置以及管脚功能的管理，还涉及堆栈大小的调整和用户代码的编写，重点展示了CAN模块的工作模式和数据帧过滤规则。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

文章目录

创建一个新的32位MCU工程

确保电脑上已经安装最新的MPlab X IDE、XC32编译器和MCC harmony软件仓库，比如当前所使用的MPlab X IDE版本是V6.20

打开MPlab X IDE后，选择File->New Project：
选择Application Project，点击下一步：
选择需要选择的器件型号，比如本教程选用的ATSAME54P20 MCU，点击下一步：
选择交叉编译工具，点击下一步：
输入工程名称和选择存储路径，最后点击完成Finish
需要确保本地电脑上已经下载了Microchip MCC Harmony针对于所使用MCU型号的软件包，可以从github或者国内的gitee进行下载，并在MPlab X IDE里面进行配置。
- 配置过程可以通过Tools -> Option进入

Microchip MCC Harmony配置界面说明

Microchip MCC harmony提供图形化的配置界面，能够方便的增减各种外设驱动库、中间件，提供图形化的系统时钟、管脚、DMA、事件系统和网络协议栈的配置，当完成配置后能够一键生成代码。
在这里插入图片描述

在官方SAME54 Xplained Pro开发板上完成以下配置目标
- 采用外部12MHz晶振输入
- 提供40M clock给CAN模块
- CAN工作在500kbps速率，采样点为75%
- 使用RX FIFO0来接收标准帧，FIFO1接收扩展帧
- 标准帧过滤器(Classic、Range模式)设置参考(只接收ID为0x1D0_{0x1D7和0x1F0}0x1F8的帧)
- 扩展帧过滤器(Classic、Range模式)设置参考(只接收ID为0x1FFF1240~0x1FFF1248的帧)

在MCC下配置系统的时钟

在Plugins里面打开Clock Configuration
在这里插入图片描述
打开时钟配置界面后，将看到以下的配置界面：

外部无源晶振输入的配置(外部12MHz晶振输入接在XOSC1上)：

XOSC CTRL配置的高级选项：

MCU通用时钟发生器1~4的配置：

通用时钟发生器GCLK2的配置：
在这里插入图片描述
通用时钟发生器GCLK3的配置：

MCU锁相环 FDPLL0的配置：

FDPLL0的高级配置：

外设时钟的配置：

在MCC下配置所需要使用的模块

配置调试打印模块

添加SERCOM2模块，选择MCC Resource Management -> Device Resources -> Libraries -> Harmony -> Peripherals -> SERCOM -> SERCOM2
在这里插入图片描述
配置SERCOM2模块，在Project Graph界面下左键单击新添加的SERCOM2模块

一个SERCOM模块有4个PAD，PAD0~3，参考SAME54开发板原理图，打印用的串口PAD1为RX，PAD0为TX，所以配置SERCOM2的Receive/Transmit Pinout需要和原理图保持一致
在这里插入图片描述
添加STDIO模块，选择MCC Resource Management -> Device Resources -> Libraries -> Harmony -> Tools -> STDIO

配置STDIO模块

将STDIO和SERCOM2关联起来，右键点击STDIO组件下的粉色边框，选择Satisfiers下的SERCOM2即可

STDIO标准打印接口绑定到SERCOM2，STDIO调试信息将输出到SERCOM2口
在这里插入图片描述

配置CAN模块

添加CAN1模块，选择MCC Resource Management -> Device Resources -> Libraries -> Harmony -> Peripherals -> CAN -> CAN1
在这里插入图片描述

对添加的CAN1模块进行配置：
- 满足过滤规则的帧将存储在指定的FIFO中
- 提供40M clock给CAN模块
- CAN工作在500 kbps速率，采样点为75%
- 使用RX FIFO0来接收标准帧，FIFO1接收扩展帧
- 如果需要将CAN工作速率修改为250 kbps，只需Bit Rate手动输入250即可
CAN1模块标准帧过滤器设置规则如下：
- 满足过滤规则的标准帧将存储在指定的RX FIFO0中
- 只接收帧ID在0x1D0 ~ 0x1D7范围内的帧（过滤器0用Classic方式实现）
- 只接收帧ID在0x1F0 ~ 0x1F8范围内的帧（过滤器1用Range方式实现）
CAN1模块扩展帧过滤器设置规则如下：
- 满足过滤规则的扩展帧将存储在指定的RX FIFO1中
- 只接收帧ID在0x1FFF1230 ~ 0x1FFF1237范围内的帧（过滤器0用Classic方式实现）
- 只接收帧ID在0x1FFF1240 ~ 0x1FFF1248范围内的帧（过滤器1用Range方式实现）

配置管脚功能

配置STDIO打印用到的SERCOM口TX、RX管脚，CAN1模块用到的CAN1_TX、CAN1_RX和CAN收发器standby控制管脚PC13
在这里插入图片描述
在Project Graph界面下，打开Pin Configuration

随后在Pin Setting下对所需要的管脚进行配置

修改系统堆栈大小

从Project Graph界面下，点击System模块，从右边配置树中修改Heap Size
在这里插入图片描述

生成代码

在这里插入图片描述

添加用户代码

在main.c文件下，首先添加PLIB CAN驱动需要用到CAN消息缓存buffer和变量的定义。很多变量需要在回调函数中使用，而回调函数是在中断处理代码中被调用，因此需要定义为volatile类型，参考代码如下图所示：

/* CAN message storage buffer definition */
uint8_t Can1MessageRAM[CAN1_MESSAGE_RAM_CONFIG_SIZE] __attribute__((aligned (32)));

/* Standard identifier id[28:18]*/
#define WRITE_ID(id) (id << 18)
#define READ_ID(id)  (id >> 18)

//static uint8_t g_txFiFo[MCAN1_TX_FIFO_BUFFER_SIZE]; /* CAN TX message buffer */
static uint8_t g_rxFiFo0[CAN1_RX_FIFO0_SIZE];      /* CAN FIFO 0 RX buffer */
static uint8_t g_rxFiFo1[CAN1_RX_FIFO1_SIZE];      /* CAN FIFO 1 RX buffer */

static volatile bool    g_txdone  = false;         /* CAN TX completion flag */
static volatile bool    g_rx0done = false;         /* FIFO 0 got new message */
static volatile bool    g_rx1done = false;         /* FIFO 1 got new message */
static volatile uint8_t g_rxnum0 = 0;              /* FIFO 0 new message number */
static volatile uint8_t g_rxnum1 = 0;              /* FIFO 0 new message number */

随后定义CAN PLIB驱动中用到的RX FIFOx接收完成回调函数和TX FIFO发送完成回调函数，其中使用RX FIFO0用于存储标准帧，RX FIFO1用于存储扩展帧。需要在CAN驱动初始化的时候注册FIFO发送完成和接收完成的回调函数。需要注意的是，回调函数是在中断上下文中执行：

static void CAN1_TXFIFO_Txdone(uintptr_t contextHandle)
{
    g_txdone = true;
}

static void CAN1_RXFIFO0_Rxdone(uint8_t numberOfMessage, uintptr_t contextHandle)
{
    g_rx0done = true;
    g_rxnum0  = numberOfMessage;
}

static void CAN1_RXFIFO1_Rxdone(uint8_t numberOfMessage, uintptr_t contextHandle)
{
    g_rx1done = true;
    g_rxnum1  = numberOfMessage;
}

在CAN驱动初始化的时候需要调用GPIO PC13的clear操作，用于将CAN收发器ATA6561跳出standby模式。同时提供一个打印接收的CAN数据帧的函数，用来观察收到的CAN数据帧。打印函数的参数定义如下：
.fifonum – CAN RX FIFO通道号：
.numberofMessage——接收的消息数量：
.rxBuf——接收消息的缓存区首地址：
.rxBufLen——单条消息缓存区的长度：

static inline void CAN1_Demo_Initialization(void)
{
    GPIO_PC13_Clear();
    CAN1_TxFifoCallbackRegister(CAN1_TXFIFO_Txdone, 0);
    CAN1_RxFifoCallbackRegister(CAN_RX_FIFO_0, CAN1_RXFIFO0_Rxdone, 0);
    CAN1_RxFifoCallbackRegister(CAN_RX_FIFO_1, CAN1_RXFIFO1_Rxdone, 0);
}

/* Print Rx Message */
static void print_message(CAN_RX_FIFO_NUM fifonum, uint8_t numberOfMessage, 
                          CAN_RX_BUFFER *rxBuf, uint8_t rxBufLen)
{
    uint8_t msgLength = 0;
    uint32_t id = 0;

    for (uint8_t count = 0; count < numberOfMessage; count++)
    {
        /* Print message to Console */
        printf(" Rx FIFO%d: ", 
                fifonum == CAN_RX_FIFO_0 ? 0:1);
        id = rxBuf->xtd ? rxBuf->id : READ_ID(rxBuf->id);
        msgLength = rxBuf->dlc;
        printf(" Message - ID=0x%x Length=%d\r\n", (unsigned int)id, (unsigned int)msgLength);
        rxBuf += rxBufLen;
    }
}

在while(1)主循环中添加以下代码，判断RX FIFOx是否有接收到新的数据帧，如果有则清除标记位并记录当前收到的帧数，需要注意的是加入临界区保护代码。读取CAN数据帧时，先将用户帧缓存内容清零，然后从FIFO中读取指定数量的帧到缓存区，最后打印接收的帧内容：

int main ( void )
{
    uint8_t rx_num;
    
    /* Initialize all modules */
    SYS_Initialize ( NULL );

    printf(" ------------------------------ \r\n");
    printf("            CAN Demo            \r\n");
    printf(" ------------------------------ \r\n");
    
    /* Set Message RAM Configuration */
    CAN1_MessageRAMConfigSet(Can1MessageRAM);
    
    CAN1_Demo_Initialization();
    
    while ( true )
    {
        /* Maintain state machines of all polled MPLAB Harmony modules. */
        SYS_Tasks ( );

        if (g_rx0done)
        {
            __disable_irq();
            g_rx0done = false;
            rx_num    = g_rxnum0;
            __enable_irq();
            
            memset(g_rxFiFo0, 0x00, (rx_num * CAN1_RX_FIFO0_ELEMENT_SIZE));
            if (CAN1_MessageReceiveFifo(CAN_RX_FIFO_0, rx_num, 
                                        (CAN_RX_BUFFER *)g_rxFiFo0) == true)
            {
                print_message(CAN_RX_FIFO_0, rx_num, (CAN_RX_BUFFER *)g_rxFiFo0,
                              CAN1_RX_FIFO0_ELEMENT_SIZE);
            }
            else
            {
                printf(" Error in FIFO0 received message\r\n");
            }
        }
        
        if (g_rx1done)
        {
            __disable_irq();
            g_rx1done = false;
            rx_num    = g_rxnum1;
            __enable_irq();
            
            memset(g_rxFiFo1, 0x00, (rx_num * CAN1_RX_FIFO1_ELEMENT_SIZE));
            if (CAN1_MessageReceiveFifo(CAN_RX_FIFO_1, rx_num, (CAN_RX_BUFFER *)g_rxFiFo1) == true)
            {
                print_message(CAN_RX_FIFO_1, rx_num, (CAN_RX_BUFFER *)g_rxFiFo1,
                              CAN1_RX_FIFO1_ELEMENT_SIZE);
            }
            else
            {
                printf(" Error in FIFO1 received message\r\n");
            }
        }
    }

    /* Execution should not come here during normal operation */

    return ( EXIT_FAILURE );
}