多核異構-雙核高速率CAN-FD評測

繁花之語(yǔ)

憑借實(shí)時(shí)性、抗干擾性和安全性等優(yōu)點(diǎn)，CAN2.0在工業(yè)及汽車(chē)行業(yè)得到了廣泛應用，但其最高速率僅為1Mbit/s，每幀最多只能傳輸8字節的有效數據，報文中只有約50%的帶寬用于有效數據傳輸。然而隨著(zhù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，各種傳感器和控制器數量的增多，總線(xiàn)上的數據量也激增，這使得CAN2.0總線(xiàn)在傳輸速率和帶寬方面的缺點(diǎn)暴露的更加明顯，于是就誕生了CAN-FD。

CAN-FD在傳輸速率和帶寬方面有了明顯的提升，波特率可高達8Mbit/s，每幀可多達64字節有效數據，傳輸效率可提高至約80%，能夠進(jìn)一步提高總線(xiàn)的實(shí)時(shí)性，拓寬總線(xiàn)的數據帶寬，提升總線(xiàn)的傳輸效率。

在飛凌嵌入式OKMX8MP-C開(kāi)發(fā)板上有兩路CAN-FD，小編今天就基于這款開(kāi)發(fā)板以處理器的M核與A核各控制一路CAN-FD互相通信為例，從應用角度講述M核和A核如何控制CAN-FD高速通信。

飛凌嵌入式OKMX8MP-C開(kāi)發(fā)板所搭載的NXP i.MX8M Plus處理器具備強悍的性能，集成4個(gè)主頻最高可達1.8GHz (工業(yè)級主頻為1.6GHz)的Arm Cortex-A53多任務(wù)核和1個(gè)Cortex-M7實(shí)時(shí)核，不管是對數據的高速吞吐、處理，還是復雜的人機交互界面處理，都能從容應對。

01

M核CAN-FD

1. CAN-FD初始化

CAN-FD初始化主要包括總線(xiàn)時(shí)鐘，管腳和相應寄存器的初始化。具體如下：

（1）CAN總線(xiàn)時(shí)鐘：

現將CAN總線(xiàn)倍頻到800MHz，再10分頻到80MHz。

CLOCK_SetRootMux(kCLOCK_RootFlexCan1, kCLOCK_FlexCanRootmuxSysPll1); // 設置CAN1總線(xiàn)時(shí)鐘為800MHz  CLOCK_SetRootDivider(kCLOCK_RootFlexCan1, 2U, 5U);   // 分頻因子為2*5=10,設置CAN1總線(xiàn)時(shí)鐘為80MHz

（2）管腳配置：

選擇CAN1的發(fā)送管腳為32腳，接收管腳為34腳。

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支持可變速率，即控制區和數據區的波特率可以不一致，控制區最大為1Mbit/s；數據區最大為8Mbit/s。后續程序根據總線(xiàn)時(shí)鐘和設置的波特率，分配時(shí)段設置的seg1，seg2等數值。

pConfig->bitRate = 1000000U;   // CAN-FD控制區波特率為1Mbit/s  pConfig->bitRateFD = 8000000U;   // CAN-FD數據區波特率為8Mbit/s

（4）CAN-FD使能：

除了使能CAN-FD，可變波特率也需要使能，否則數據區的最大速率和控制區的速率一樣，最大為1Mbit/s。

base->MCR |= CAN_MCR_FDEN_MASK;  // CAN-FD使能  fdctrl |= CAN_FDCTRL_FDRATE_MASK; // 可變波特率使能

（5）關(guān)閉自回環(huán)：

如果開(kāi)啟了自回環(huán)，那么CAN1數據會(huì )在芯片內回環(huán)，不會(huì )到外部管腳，在程序調試時(shí)可以排除外部端子的干擾，但真實(shí)應用時(shí)，需要關(guān)閉自回環(huán)，從外部管腳收發(fā)數據。

pConfig->enableLoopBack       = false; // 不回環(huán)，使用外部管腳

（6）幀格式：

本次我們使用11位標準數據幀，小伙伴也在后續試試擴展幀。需要設置自己的ID，便于總線(xiàn)上其他設備識別。

mbConfig.format = kFLEXCAN_FrameFormatStandard; // 11位標準幀,非擴展幀  mbConfig.type   = kFLEXCAN_FrameTypeData;       // 數據幀 非遠程幀      mbConfig.id     = FLEXCAN_ID_STD(rxIdentifier); // 幀ID 用于區別總線(xiàn)中不同的設備

（7）接收過(guò)濾：

用戶(hù)可設置接收過(guò)濾規則，這樣就可以只接收特定幀ID的數據，減少應用處理的數據量。

rxIdentifier = 0;FLEXCAN_SetRxMbGlobalMask(EXAMPLE_CAN, FLEXCAN_RX_MB_STD_MASK(rxIdentifier, 0, 0));//接收所有ID數據

2. CAN-FD收發(fā)流程

本次測試M核做主站，CAN1先發(fā)送一幀包含64字節數據，A核CAN2收到，將64字節數據再次發(fā)送，M核CAN1接收。對比發(fā)送和接收的64字節數據是否一致。重復100次。

（1）CAN-FD發(fā)送數據：

EXAMPLE_CAN表示為CAN1，flexcanHandle為CAN實(shí)例，包含了發(fā)送接收回調函數，txXfer為要發(fā)送的64字節數據。

FLEXCAN_TransferFDSendNonBlocking(EXAMPLE_CAN, &flexcanHandle, &txXfer);   // CAN-FD發(fā)送數據  

（2）CAN-FD接收數據：

EXAMPLE_CAN表示為CAN1，flexcanHandle為CAN實(shí)例，包含了發(fā)送接收回調函數，rxXfer為接收的64字節數據。

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

（3）接收和發(fā)送數據對比：

for (j = 0U; j <= DLC; j++) // 對比收發(fā)數據，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核設備樹(shù)中保留CAN2，內核解析設備樹(shù)在 /dev下生成can0。設置波特率后使能can0節點(diǎn)，應用程序中open函數打開(kāi)接口，write函數發(fā)送數據，read函數接收數據。我們把CAN接口的示例已經(jīng)作為一個(gè)跨平臺的綜合演示程序，小伙伴們可以直接加參數調用即可。

1. 分配節點(diǎn)

（1）M核獨享CAN1，A核獨享CAN2，修改設備樹(shù)，在設備樹(shù)OK8MP-C.dts中，刪除CAN1設備節點(diǎn)，保留CAN2設備節點(diǎn)。編譯新的設備樹(shù)；

（2）將生成的OK8MP-C.dtb和Image拷貝至開(kāi)發(fā)板的

/run/media/mmcblk2p1/ 目錄下，輸入sync命令同步后重啟開(kāi)發(fā)板；

（3）通過(guò)A核串口輸入命令uname -r ，顯示內核版本，將 /lib/modbule目錄下文件夾名稱(chēng)改為內核版本，這樣才能自動(dòng)加載模塊生成can0節點(diǎn)，重啟開(kāi)發(fā)板。

2. 演示Demo

進(jìn)程名：can_demo
使用方法：./can_demo設備名 [參數選項]… …

本次測試接口為can0(對應開(kāi)發(fā)板CAN2)，控制區波特率為1Mbit/s，數據區最大為8Mbit/s，11位標準幀，不過(guò)濾幀ID，不主動(dòng)發(fā)數據，不回環(huán)。因此命令為：

• 
  
  

./can_demo can0-b 1000 -fd 8000。

03

程序驗證

1. 硬件連接

使用杜邦線(xiàn)將CAN1和CAN2的can-H短接，同時(shí)將can-L短接，注意不要接反。

2. M核程序

修改uboot環(huán)境變量設置M核自啟動(dòng)，同時(shí)將M核程序forlinx_m7_tcm_firmware.bin；

放到/run/media/mmcblk2p1/目錄下。詳細操作可看上篇文章《【玩轉多核異構】M核程序的啟動(dòng)、編寫(xiě)和仿真》。

3. A核程序

（1）使用串口Xmodem，網(wǎng)絡(luò )FTP，SCP，U盤(pán)，TF卡等多種方式，將can_demo從電腦拷貝至核心板默認目錄下，輸入以下命令修改權限；

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chmod 777 can_demo

（2）輸入以下命令，A核應用程序can_demo將設置波特率后打開(kāi)can0節點(diǎn)，等待M核發(fā)送的數據，再將接收的數據通過(guò)CAN2發(fā)送給M核。

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./can_demo can0 -b 1000 -fd 8000

4. 實(shí)際測試

（1）OKMX8MP-C開(kāi)發(fā)板重新上電后，M核程序啟動(dòng)，完成CAN1初始化后，在M核調試串口輸出信息，等待按鍵；

（2）在A(yíng)核調試串口輸入以下命令，CAN2將處于接收的狀態(tài)：

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./can_demo can0 -b 1000 -fd 8000

（3）在M核串口按下鍵A或a，M核CAN1發(fā)送64字節數據，A核CAN2接收數據，并將接收的數據再次發(fā)送，M核CAN1接收后和發(fā)送數據對比，輸出結果。循環(huán)100次；

（4）通過(guò)測試可以看到，依托i.MX8M Plus強大的性能，雙核都以8Mbit/s的高速率發(fā)送大量數據，均沒(méi)有出現異常。