[MCAN] 硬件时间戳TSU使用PTPC注意事项

一、前言

在实际开发中，当使用 PLL 作为外设时钟源时，PTPC 硬件时间戳会出现 100 μs 以上的抖动，定时器定时精度也存在偏差；而切换至外部 24 MHz 晶振后，抖动可控制在 3 μs 以内，表现符合预期。针对这一现象，进行了相关验证实验。

本次实验使用的 MCU 型号为先楫 HPM5321ICF1（48 引脚封装）。

二、实验效果

环境搭建主要使用hpm sdk1.11.0的samples drivers的gptmr/timer_basic和mcan两个demo。

测试方法如下：

1、使用 GPTMR 定时器产生精确 1 秒 中断

2、断触发后通过 mcan_transmit_via_txfifo_nonblocking 发送固定 8 字节 CAN 帧（ID=0x123）

3、主循环中通过 mcan_read_tx_evt_fifo 读取 TX Event FIFO

4、调用 mcan_get_timestamp_from_tx_event 获取硬件时间戳

5、计算相邻帧的 delta_us（帧间隔），评估抖动

CAN波特率为1M/8M，定时器上定时1S，1S中断触发发送CAN帧（8字节），使用pcan接收CAN帧，然后while循环读取发送事件获取发送时间戳，然后将发送时间戳进行打印。

简易代码如下：

可以看到MCU端获取的发送时间戳两帧抖动均在1到2us之内。

PCAN接收端的两帧接收抖动也比较稳定，受限于显示位数。

三、配置注意点

（一）需配置外部晶振作为PLL参考时钟

在先楫某些MCU型号封装上，内部并不会启动外部24M晶振，而是直接使用内部RC24M作为PLL参考时钟。这部分在HPM5300用户参考手册中被提起。

比如在 HPM5300 中，对于 48 脚和 64 脚的封装，如果 ROM 代码没有启动外部晶振或者写入 PLL 参考时钟选择，在高精度时序分析场景下建议默认使用外部 24M 晶振。

在 HPM5301EVKLite 这块板子默认是使用 48 脚封装的 HPM5301，hpm_sdk 上就有做了外部晶振切换为 PLL 参考时钟配置

对于一些要求精度的场合建议使用外部晶振作为参考时钟。比如定时器定时，使用内部RC24M作为参考时钟可能存在抖动不稳定的情况，比如1S定时发送CAN帧，接收端接收到的定时抖动相对比较大。

（二）PTPC的时钟源配置

在HPM5300使用PTPC作为CAN的时间戳时，发现时间戳打印都是960ms左右，跟1s定时有所差距。

在打印PTPC的时钟源发现是160M频率，也就是1tick是6.25ns，而ptpc的纳秒递增只能是整数，6.25ns会截断为6ns，每个Tiick都会少了0.25ns，累计误差就会是0.25/6.25=4%，1000ms * (1 - 0.04) = 960ms。

因此需要把 PTPC 的时钟源配置改成可以整数配置的频率，比如进行降频或者升频到 100M、200M。或者微调 PTPC 的纳秒配置。

本文使用降频到 100MHz 的方案，比如取 pll0clk2 400M 为时钟源，AHB 四分频即可得到 100MHz：

100MHz 下每 tick = 10ns，整数无截断，PTPC 纳秒递增精确。

四、总结

先楫的MCAN的CANFD 时间戳是可以达到 ±1us 精度，但需要满足三个条件：

1、 PLL 参考时钟使用外部 XTAL24M；

2、时间戳模式使用外部TSU(PTPC)，如果有这个PTPC外设

3、PTPC 时钟频率可被10的9次方整除（如100M/200M）