目录

1 引言

2 CAN-FD

3 示例演示

1 引言

LPC55S1x/LPC55S0 拥有带有 CAN-FD 功能的 CAN 控制器。LPC5500 系列 的 SDK 软件包提供了 mcan_interrupt_transfer 示例，演示了如何使用 SDK 的 CAN API 来传输 CAN 帧。基于此示例，本文描述了如何使用 CAN-FD 的比特 率切换和发送延迟补偿功能。启用这两个功能可以提高吞吐量，并消除由收发器延迟引起的误码。

2 CAN-FD 国际标准

ISO 11898-1：2015 中定义了 CAN-FD 的实现。为了快速开始使用 CAN-FD，针对不熟悉 CAN 的用户，本节会介绍 CAN-FD 的一些基本概念。

2.1 CAN 和 CAN-FD 的不同

传统的 CAN 和 CAN-FD 之间主要有两个区别。首先是 CAN-FD 可以使用比传统 CAN 高得多的比特率。传统 CAN 的比特率限制 为 1 Mbit/s。CAN-FD 没有理论的极限值，但实际上会受到收发器的限制。第二个区别是每个 CAN 消息所含的数据量增加了。传 统的 CAN 最多为 8 个字节，而对于 CAN-FD，每条消息的最大值增加了 8 倍至 64 个字节。

随着每个 CAN 消息所含数据量的增加，CAN-FD 每帧需要更高的比特率，以减少通信中的时间延迟并提高实时性。通过启用比 特率切换功能，CAN-FD 可以达到更高的比特率。

另一方面，比特率越高，比特时间越短。为了使数据域的比特时间比发送延迟更短，引入了延迟补偿。如果没有发送延迟补偿， CAN-FD 数据相位中的比特率会受到发送延迟的限制。

2.2 比特率切换

在 CAN-FD 的帧控制相位中，数据域和 CRC 域与每一帧的开始和结束域相比，以更高的比特率进行传输。

通过设置 CCCR 寄存器中的 BRSE 位，可以启用比特率切换功能。启用比特率切换时，我们还需要正确设置仲裁相位比特率 （arbitration phase bit rate）（启用比特率切换之前）和数据域比特率（启用比特率切换之后）。仲裁相位比特率由 NBTP 寄存 器设置，数据相位比特率由 DBTP 寄存器设置。

2.3 收发器延迟补偿

MCAN 的协议单元已实现延迟补偿机制，以补偿收发器的延迟。通过收发器延迟补偿，可以对数据位时间短发送延迟的情况进行 配置，这在新的 ISO11898-1 中有详细介绍。可以通过设置 DBTP 寄存器中的 TDC 位来启用该功能。TDCR 寄存器中的 TDCO 字段用于设置收发器延迟补偿的偏移量。偏移量定义了从 m_can_tx 到 m_can_rx 的测量延迟与二级采样点之间的距离。发送延 迟补偿的偏移量和二级采样点如 图 1 所示。

3 示例演示

本节简要介绍了如何使用 CAN-FD 传输数据以及启用比特率切换功能和发送延迟补偿。这些基于 LPC5500 系列的 SDK mcan_interrupt_transfer 示例。

3.1 硬件环境

o 板子

— 2 块 LPCXpresso55S16 板子或者 2 快 LPCXpresso55S08 板子

o 其他

— 2 根 Micro USB 线

— 1 根 120 欧姆端接的 CAN 线

— PC

o 板子设置

以 LPC55S16 为例，CAN shield 连接到测试板。用 micro USB 线连接 PC 和测试板上的 J19，用于加载和运行 demo。这 也用于 PC 上 UART 终端的 UART 通信。板子的设置和 CAN 连接如 图 2 所示。

3.2 软件环境

o 工具链

— Keil 或 MCUXpresso11.1 或更高版本 o 软件包

— LPC55S16 SDK (2.9.0)/LPC55S08 SDK (2.9.0)或更高版本

o UART 终端程序

— PuTTY 或类似的程序

3.3 使用 CAN-FD 步骤概述

LPC500 系列 SDK 驱动程序示例：

MCAN 演示了如何使用 CAN-FD 传输数据。在此示例中，需要执行以下步骤：

o 设置系统时钟

o 设置 MCAN 时钟

— 划分 MCAN 模块的系统时钟

o 初始化 MCAN

— 启用 MCAN 时钟

— 复位 MCAN 模块

— 配置 MCAN 控制寄存器，启用 CAN-FD 和比特率切换功能

— 设置仲裁相位比特率和数据相位比特率

— 启用发送延迟补偿

o 设置 Message RAM

o 设置 message ID 过滤器配置和参数

o 配置 Rx FIFO 和 Tx 缓冲区

o 进入 MCAN 正常模式

o 传输数据

— 配置 Tx 数据帧数并发送

— 接收数据

在 LPC5500 系列 SDK 的 mcan_interrupt_transfer 示例中，默认使用总线上的 CAN2.0(经典 CAN)节点。需要的数据相位比特率 与仲裁相位比特率相同。它们应符合 CAN2.0 总线协议。

但是在本文的示例中，使用了总线上的 CAN-FD 节点。CAN-FD 的仲裁相位比特率设置为 1 Mbit/s，数据相位比特率设置为 5 Mbit/s。

需要启用比特率切换和发送延迟补偿功能。

以下各节会介绍使用 CAN-FD 的一些关键步骤。

3.4 配置 CAN-FD 的比特率切换功能

启用 CAN-FD 比特率切换可以提高吞吐量。在本示例中，调用 MCAN_SetBaudRate()函数设置仲裁相位比特率，调用 MCAN_SetBaudRateFD()函数设置数据相位比特率。MCAN 时钟设置为 60 MHz。

3.4.1 将仲裁相位比特率设置为 1 Mbps

根据 CAN 定义规范，标称比特率是指：理想收发器在没有重新同步的情况下每秒发送的比特数。标称比特率和标称比特时间的 关系是：标称比特时间=1 /标称比特率。因此，如果将仲裁相位比特率设置为 1 Mbit/s，则仲裁相位的比特时间为 1 us。

时间量（t_q）是 MCAN 时钟周期的固定时间单位。存在一个可编程的预分频器，其整数值的范围至少为 1 到 32。从 MCAN 时 钟周期开始，t_q 的长度为 t_q=m * MCAN 时钟周期=m / MCAN 时钟，其中 m 为预分频器的值。

在 MCAN_SetBaudRate()函数中，我们需要定义一个变量，其类型为 mcan_timing_config_t，用于设置仲裁相位的比特时间。 结构 mcan_timing_config_t 如 图 3 所示进行定义。

预分频器 m 等于（preDivider+1）。t_q 的长度为 t_q=(preDivider+1)/60MHz=(preDivider+1)/60 (us)，其中 preDivider 为结构元 素。

可以将仲裁相位的比特时间中的 t_q 总数设置为 4 到 385 个时间量。仲裁相位的比特时间长度 =
MCAN_TIME_QUANTA_NUM_ARBIT * t_q。

在此示例中，我们将宏
MCAN_TIME_QUANTA_NUM_ARBIT 定义为 20。仲裁相位的比特时间为 1us，t_q 为 1/20 us，preDivider 的值为 2。

宏
MCAN_TIME_QUANTA_NUM_ARBIT=1+(seg1+1)+(seg2+1)

结构元素 seg1 和 seg2 分别代表相位缓冲段 1 和 2 减一。在此示例中，我们将元素 seg1 设置为值 13，并将元素 seg2 设置为 4。调用更新的函数 MCAN_SetBaudRate()，我们完成将仲裁阶段的比特率设置为 1 Mbit/s。

3.4.2 将数据相位比特率设置为 5 Mbit/s

设置数据相位比特率类似于设置仲裁相位比特率。数据相位比特率在 MCAN_SetBaudRateFD()函数中设置。

差异之一是，可以在 4 到 49 个时间粒度范围内，对数据相位的比特时间中的 t_q 总数进行编程。 在本示例中，我们将宏 MCAN_TIME_QUANTA_NUM_DATA 定义为 12，作为数据相位的比特时间中 t_q 的总数。

元素 seg1 为 7，元素 seg2 为 2，元素 preDivider 为 4。调用函数 MCAN_SetBaudRateFD()，将数据相位比特率设置为 5 Mbit/s，这是板载收 发器可以达到的最高比特率。

3.4.3 启用比特率切换功能

将 MCAN CCCR 寄存器的 BRSE 设置为 1，启用 CAN-FD 的比特率切换功能。在本文的示例中，CAN_FD 每帧的控制相位、数 据相位和 CRC 相位以 5 Mbit/s 的比特率传输，而 CAN-FD 每帧的其他相位以 1 Mbit/s 的比特率传输。

3.5 配置发送延迟补偿

在本文的示例中，定义了一个函数，用于启用 CAN-FD 的发送延迟补偿。

3.5.1 MCAN_SetTransmitterDelayCompensationFD

通过将 DBTP 寄存器中的 TDC 设置为 1，可以启用发送延迟补偿。发送延迟补偿的偏移量由 TDCR 寄存器中的 TDCO 字段设置。 此函数将第二个采样点设置在 mcan_rx 比特时间的中间。

发送延迟补偿的偏移量=
MCAN_TIME_QUANTA_NUM_DATA/2

其中宏 MCAN_TIME_QUANTA_NUM_DATA 是在设置数据相位比特率的步骤中定义的，该值在 fsl_mcan.c 中定义。

3.6 步骤和结果

在此 CAN-FD demo 中，总线上有两个节点用于发送和接收数据。一个节点被选择为 A，另一个节点被选择为 B。按下节点 A 所 在终端控制台上的任意键以触发单次发送。节点 B 接收该单次发送的数据，并将其发送回节点 A。节点 A 接收数据，该单次传输 完成。

基本步骤如下：

1. 硬件设置 有关板子设置和 CAN 连接的信息，请参见硬件环境。

2. 构建并下载

o 将该 demo 的软件包导入 MCUXpresso IDE 并进行构建。

o 使用 debugger 下载可执行文件。

3. 设置 UART 终端程序

o 在 PC 的设备管理器中查看用于 LPC-LinkII 仿真的 COM 编号。

o 在 PC 上打开两个 UART 终端程序，然后将一个测试板与一个 UART 终端程序连接。将通信协议配置为 115200+8+N+1。

4. 运行

按下每块测试板上的 SW1（reset）按钮来进行复位。一块测试板选择作为节点 A，另一块测试板选择作为节点 B。按下节点 A 所在终端控制台上的任意键以触发单次发送。消息显示在节点 A 的终端上，如 图 4 所示。消息显示在节点 B 的终端上， 如图 5 所示。