多核異構(gòu)-雙核高速率CAN-FD評測

繁花之語

憑借實時性、抗干擾性和安全性等優(yōu)點(diǎn)，CAN2.0在工業(yè)及汽車行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，但其最高速率僅為1Mbit/s，每幀最多只能傳輸8字節(jié)的有效數(shù)據(jù)，報文中只有約50%的帶寬用于有效數(shù)據(jù)傳輸。然而隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，各種傳感器和控制器數(shù)量的增多，總線上的數(shù)據(jù)量也激增，這使得CAN2.0總線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(dá)8Mbit/s，每幀可多達(dá)64字節(jié)有效數(shù)據(jù)，傳輸效率可提高至約80%，能夠進(jìn)一步提高總線的實時性，拓寬總線的數(shù)據(jù)帶寬，提升總線的傳輸效率。

在飛凌嵌入式OKMX8MP-C開發(fā)板上有兩路CAN-FD，小編今天就基于這款開發(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(yīng)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開發(fā)板所搭載的NXP i.MX8M Plus處理器具備強(qiáng)悍的性能，集成4個主頻最高可達(dá)1.8GHz (工業(yè)級主頻為1.6GHz)的Arm Cortex-A53多任務(wù)核和1個Cortex-M7實時核，不管是對數(shù)據(jù)的高速吞吐、處理，還是復(fù)雜的人機(jī)交互界面處理，都能從容應(yīng)對。

01

M核CAN-FD

1. CAN-FD初始化

CAN-FD初始化主要包括總線時鐘，管腳和相應(yīng)寄存器的初始化。具體如下：

（1）CAN總線時鐘：

現(xiàn)將CAN總線倍頻到800MHz，再10分頻到80MHz。

CLOCK_SetRootMux(kCLOCK_RootFlexCan1, kCLOCK_FlexCanRootmuxSysPll1); // 設(shè)置CAN1總線時鐘為800MHz  CLOCK_SetRootDivider(kCLOCK_RootFlexCan1, 2U, 5U);   // 分頻因子為2*5=10,設(shè)置CAN1總線時鐘為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(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)的波特率可以不一致，控制區(qū)最大為1Mbit/s；數(shù)據(jù)區(qū)最大為8Mbit/s。后續(xù)程序根據(jù)總線時鐘和設(shè)置的波特率，分配時段設(shè)置的seg1，seg2等數(shù)值。

pConfig->bitRate = 1000000U;   // CAN-FD控制區(qū)波特率為1Mbit/s  pConfig->bitRateFD = 8000000U;   // CAN-FD數(shù)據(jù)區(qū)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(shù)據(jù)區(qū)的最大速率和控制區(qū)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)：

如果開啟了自回環(huán)，那么CAN1數(shù)據(jù)會在芯片內(nèi)回環(huán)，不會到外部管腳，在程序調(diào)試時可以排除外部端子的干擾，但真實應(yīng)用時，需要關(guān)閉自回環(huán)，從外部管腳收發(fā)數(shù)據(jù)。

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(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀，小伙伴也在后續(xù)試試擴(kuò)展幀。需要設(shè)置自己的ID，便于總線上其他設(shè)備識別。

mbConfig.format = kFLEXCAN_FrameFormatStandard; // 11位標(biāo)準(zhǔn)幀,非擴(kuò)展幀  mbConfig.type   = kFLEXCAN_FrameTypeData;       // 數(shù)據(jù)幀 非遠(yuǎn)程幀      mbConfig.id     = FLEXCAN_ID_STD(rxIdentifier); // 幀ID 用于區(qū)別總線中不同的設(shè)備

（7）接收過濾：

用戶可設(shè)置接收過濾規(guī)則，這樣就可以只接收特定幀ID的數(shù)據(jù)，減少應(yīng)用處理的數(shù)據(jù)量。

rxIdentifier = 0;FLEXCAN_SetRxMbGlobalMask(EXAMPLE_CAN, FLEXCAN_RX_MB_STD_MASK(rxIdentifier, 0, 0));//接收所有ID數(shù)據(jù)

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(jié)數(shù)據(jù)，A核CAN2收到，將64字節(jié)數(shù)據(jù)再次發(fā)送，M核CAN1接收。對比發(fā)送和接收的64字節(jié)數(shù)據(jù)是否一致。重復(fù)100次。

（1）CAN-FD發(fā)送數(shù)據(jù)：

EXAMPLE_CAN表示為CAN1，flexcanHandle為CAN實例，包含了發(fā)送接收回調(diào)函數(shù)，txXfer為要發(fā)送的64字節(jié)數(shù)據(jù)。

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

（2）CAN-FD接收數(shù)據(jù)：

EXAMPLE_CAN表示為CAN1，flexcanHandle為CAN實例，包含了發(fā)送接收回調(diào)函數(shù)，rxXfer為接收的64字節(jié)數(shù)據(jù)。

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

（3）接收和發(fā)送數(shù)據(jù)對比：

for (j = 0U; j <= DLC; j++) // 對比收發(fā)數(shù)據(jù)，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(shè)備樹中保留CAN2，內(nèi)核解析設(shè)備樹在 /dev下生成can0。設(shè)置波特率后使能can0節(jié)點(diǎn)，應(yīng)用程序中open函數(shù)打開接口，write函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)，read函數(shù)接收數(shù)據(jù)。我們把CAN接口的示例已經(jīng)作為一個跨平臺的綜合演示程序，小伙伴們可以直接加參數(shù)調(diào)用即可。

1. 分配節(jié)點(diǎn)

（1）M核獨(dú)享CAN1，A核獨(dú)享CAN2，修改設(shè)備樹，在設(shè)備樹OK8MP-C.dts中，刪除CAN1設(shè)備節(jié)點(diǎn)，保留CAN2設(shè)備節(jié)點(diǎn)。編譯新的設(shè)備樹；

（2）將生成的OK8MP-C.dtb和Image拷貝至開發(fā)板的

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

（3）通過A核串口輸入命令uname -r ，顯示內(nèi)核版本，將 /lib/modbule目錄下文件夾名稱改為內(nèi)核版本，這樣才能自動加載模塊生成can0節(jié)點(diǎn)，重啟開發(fā)板。

2. 演示Demo

進(jìn)程名：can_demo
使用方法：./can_demo設(shè)備名 [參數(shù)選項]… …

本次測試接口為can0(對應(yīng)開發(fā)板CAN2)，控制區(qū)波特率為1Mbit/s，數(shù)據(jù)區(qū)最大為8Mbit/s，11位標(biāo)準(zhǔn)幀，不過濾幀ID，不主動發(fā)數(shù)據(jù)，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

使用杜邦線將CAN1和CAN2的can-H短接，同時將can-L短接，注意不要接反。

2. M核程序

修改uboot環(huán)境變量設(shè)置M核自啟動，同時將M核程序forlinx_m7_tcm_firmware.bin；

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

3. A核程序

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

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chmod 777 can_demo

（2）輸入以下命令，A核應(yīng)用程序can_demo將設(shè)置波特率后打開can0節(jié)點(diǎn)，等待M核發(fā)送的數(shù)據(jù)，再將接收的數(shù)據(jù)通過CAN2發(fā)送給M核。

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./can_demo can0 -b 1000 -fd 8000

4. 實際測試

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

（2）在A核調(diào)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(jié)數(shù)據(jù)，A核CAN2接收數(shù)據(jù)，并將接收的數(shù)據(jù)再次發(fā)送，M核CAN1接收后和發(fā)送數(shù)據(jù)對比，輸出結(jié)果。循環(huán)100次；

（4）通過測試可以看到，依托i.MX8M Plus強(qiáng)大的性能，雙核都以8Mbit/s的高速率發(fā)送大量數(shù)據(jù)，均沒有出現(xiàn)異常。