SIM32F107VCT6平台的bxCAN标识符过滤技术与应用

摘要：以STM32F107VCT6芯片的bxCAN控制器为例，介绍了与标识符过滤相关的寄存器构成，并详细分析了标识符过滤参数的配置方法和过滤规则。最后，为方便移植和使用，给出了该控制器标识符过滤的C语言程序。
关键词：bxCAN总线；标识符；过滤；STM32F107VCT6

引言
    在CAN协议里，报文的标识符不代表节点的地址，而是与报文的内容相关。在通信过程中，发送方将数据附上特定的标识符以广播的形式发送到总线上。由于CAN总线的局域网性质，总线上的其他节点会同时检测到此报文，接收节点会根据标识符的值来决定软件是否需要该报文。如果需要，就拷贝到SRAM里；如果不需要，则报文被丢弃，且无需软件的干预。采用这种硬件过滤的方式可以大大节省CPU的开销。
    目前应用比较广泛的STM32F10x系列嵌入式芯片内置有bxCAN控制器，该控制器是一种在标准CAN总线基础上扩展的总线接口，支持CAN总线协议2．0A和2．0B。它的设计目标是以最小的CPU负荷来高效处理收到的大量报文。它也支持报文发送的优先级要求(优先级特性可软件配置)。为了满足CAN总线协议中的标识符硬件过滤需求，bxCAN控制器提供了位宽可变的、可配置的过滤器组，用来完成只接收软件需要的报文功能。
    本文主要以STM32F107VCT6平台下的bxCAN控制器为研究对象，系统分析了该控制器的标识符过滤使用方法，并给出了C语言程序，从而方便移植和使用。

1 标识符过滤相关寄存器简介
    bxCAN控制器要实现标识符的硬件过滤，需要由一组相应的寄存器进行控制。这些寄存器主要包括CAN过滤器位宽寄存器、CAN过滤器主控寄存器、CAN过滤器组寄存器等。上述寄存器可以分别控制过滤器的位宽、过滤模式以及过滤ID。下面对这些寄存器进行介绍。
    (1)CAN过滤器位宽寄存器
    bxCAN控制器过滤器位宽可变指的是每个过滤器组的位宽都可以独立配置，以满足应用程序的不同需求。根据位宽的不同，每个过滤器组可提供1个32位过滤器或2个16位过滤器。用来配置过滤器组位宽的寄存器是CAN_FS1R的FSCx位。
    (2)CAN过滤器主控寄存器
    bxCAN控制器的过滤器有两种配置模式，分别是屏蔽位模式和标识符列表模式。在屏蔽位模式下，标识符寄存器和屏蔽寄存器一起指定报文标识符的任何一位，按照“必须匹配”或“不用关心”处理。在标识符列表模式下，屏蔽寄存器也被当作标识符寄存器用。因此，不是采用一个标识符加一个屏蔽位的方式，而是使用2个标识符寄存器。接收报文标识符的每一位都必须与过滤器标识符相同。通过CAN_FMR的FBMx位，可以配置对应的屏蔽／标识符寄存器的标识符列表模式或屏蔽位模式。
    (3)过滤器组寄存器
    STM32F107VCT6平台下的bxCAN控制器提供了28个位宽可变的、可配置的过滤器组。每个过滤器组X由2个32位寄存器——CAN_FxR1和CAN_FxR2组成。CAN_FxR1和CAN_FxR2在CAN过滤器位宽寄存器、CAN过滤器主控寄存器控制下可以被配置成不同位宽、不同过滤模式的标识符过滤器组。

2 标识符过滤参数配置
    标识符过滤参数配置主要是通过CAN_FS1R的FSCx位设置过滤器位宽，通过CAN_FMR的FBMx位设置过滤器模式，最终在相应的位宽及过滤器模式下通过CAN_FxR1和CAN_FxR2实现标识符的硬件过滤设置。图1是上述寄存器相互配合实现标识符硬件过滤的参数配置图。

    由图1可见，当CAN_FSIR的FSCx位取0值时，每个标识符过滤器是16位；反之，每个标识符过滤器是32位。在标识符过滤器位数一定时，当CAN_FMR的FBMx位取0值时，标识过滤器的过滤模式为屏蔽位模式，反之，标识过滤器的过滤模式为标识符列表模式；需要指出的是，在标识符屏蔽位模式下，标识符寄存器CAN_FxR1写入的是需要过滤的标识符ID信息，由11位基本ID(STID)、18位扩展ID(EXID)、标识符扩展位(IDE)、发送请求位(RTR)映射组成；屏蔽寄存器CAN_FxR2中的每一位与CAN_FxR1寄存器中的每一位相对应，即若CAN_FxR2寄存器某一位取0值，则CAN_FxR1寄存器中的对应位在硬件过滤时作“不用关心”处理；否则，按“必须匹配”处理。

3 标识符过滤规则
    bxCAN的标识符硬件过滤规则遵循以下原则：接收一个报文时，其标识符首先与配置在标识符列表模式下的过滤器相比较。如果匹配上，报文就被存放到相关联的缓冲区FIFO中，并且所匹配的过滤器的序号被存入过滤器匹配序号中。如果没有匹配，报文标识符接着与配置在屏
蔽位模式下的过滤器进行比较。如果报文标识符没有与过滤器中的任何标识符相匹配，那么硬件就丢弃该报文，且不会对软件有任何打扰。

    图2是bxCAN控制器标识符过滤机制的说明。3个过滤器组处于标识符列表模式，其他的过滤器组处于标识符屏蔽模式。工作在标识符列表模式下过滤器组的标识符为0、1、4、5，而工作在标识符屏蔽位模式下的过滤器组的标识符为2、3。假设有一数据报文的标识符为4，当该报文到达接收节点后，就会首先与列表模式下的标识符比对。显然报文标识符与标识符为4的过滤器匹配，因此报文内容被存入FIFO，同时过滤器编号被保存在过滤器匹配序号域FMI中。如果数据报文的标识符与列表模式下的过滤器组的标识符不匹配，假设标识符为3，则报文标识符会与屏蔽位模式下的过滤器组比对，而该类过滤器组中有标识符为8的过滤器，则数据报文匹配后也会被送入FIFO，并保存匹配序号。

4 标识符过滤编程实现
    为了更加清楚地说明bxCAN控制器标识符过滤的应用方法，以C语言编制实验程序，该程序在MDK平台开发环境下，通过JTAG接口进行实时调试、仿真和下载，并在实际应用中得到了验证。
    主要的代码如下：
   
    上述代码设置好后，过滤器开始工作，且过滤器位宽为32位，工作在屏蔽模式。只过滤基本ID为00000000000B的数据包，其他标识符的数据包由硬件丢弃。

结语
    本文主要研究了STFM32F107VCT6芯片的bxCAN控制器的标识符过滤使用技术。要使用bxCAN控制器的标识符过滤功能，需要首先通过位宽寄存器CANFS1R的FSCx位设置过滤器位宽，之后通过主控寄存器CAN_FMR的FBMx位设置过滤器模式，最终在相应的位宽及过滤器模式下通过过滤器组CAN_FxR1和CAN_FxR2实现标识符的硬件过滤设置。
    使用标识符的硬件过滤可以实现复杂的验收滤波功能，并且硬件过滤不占用CPU的额外资源，上述特点非常适于嵌入式系统的数据收发功能。本文对嵌入式开发过程中使用STM32F107VCT6芯片的bxCAN控制器收发数据具有一定的借鉴作用。