[MCAN]基于 HPM MCAN 自定义消息 RAM 配置指南

2 月 ago

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HPMicro

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#mcan

一、前言

先楫系列MCU芯片（HPM6200之后）集成了博世 MCAN IP，MCAN的消息RAM共享一块32KB的AHB SRAM（HPM5300之后）。

在文档中也提到MCAN的消息存储器示意图：

在定义接收和发送的FIFO深度上，开发者可以根据自身应用来决定深度，比如接收分为两个RXFIFO,最大也可以达到64*2=128个深度，发送上最大也可以达到32个深度。消息 RAM 完全可编程，各区域深度按需裁剪，灵活适配不同场景。

HPM SDK默认通过 mcan_get_default_ram_config() 自动分配消息 RAM，使用简单，适合绝大多数场景。当需要更大的收发缓冲（如 CAN 盒高速转发），可以手动填写 mcan_ram_config_t。

本文将以 CAN 盒（4路 CAN，支持 CAN FD）为典型场景，详细介绍如何根据实际需求自定义消息 RAM 各区域深度，充分利用 32KB AHB RAM 资源，在保证不丢帧的前提下兼顾内存利用率。

二、自定义消息 RAM 配置步骤

从上述的消息存储器排列可以知道，如果按照以上的顺序排列，那么配置步骤如下：

定义一个mcan_ram_config_t的变量，比如ram_cfg

（一）配置 ID 过滤器数量

过滤器决定哪些帧能进入 RXFIFO，CAN 盒透传场景配置全通过滤器。这部分过滤器设置本文不做阐述，待下篇文章。

这里预留了8个过滤器，实际只需要 1 个全通过滤器即可接收所有帧，预留 8 个是为了后续支持白名单过滤功能扩展。

#define CUSTOM_MCAN_STD_FLT_CNT     8   /* 11位ID过滤器，预留8个 */
#define CUSTOM_MCAN_EXT_FLT_CNT     8   /* 29位ID过滤器，预留8个 */

可以在HPM SDK的MCAN驱动宏定义有所定义看到：

过滤器的单元长度在标准ID是4字节，在扩展ID是8字节，标准ID过滤最大可以128个单位长度数量，扩展ID是64个单位长度数量。

本文单路CAN的过滤器占用RAM消息是84+88=96字节，四路占用384字节。

在代码中配置如下：

ram_cfg.enable_ext_filter = true; //使能扩展ID过滤
ram_cfg.ext_filter_elem_count = CUSTOM_MCAN_EXT_FLT_CNT; //单位长度数量为8，可设置8个过滤器
ram_cfg.enable_std_filter = true; //使能标准ID过滤
ram_cfg.std_filter_elem_count = CUSTOM_MCAN_STD_FLT_CNT; //单位长度数量为8，可设置8个过滤器

至于为什么过滤器的单元长度在标准ID是4字节，在扩展ID是8字节，可以翻阅手册查看。

（二）配置CANFD数据大小，确定消息RAM大小。

首先确定消息元素的数据大小，这是所有区域的基础，影响每个元素占用的字节数。由于本项目需要同时支持 CAN 2.0 和 CAN FD，所有区域统一配置为 64 字节。

1、接收数据FIFO大小分配

需要看下手册的接收缓存数据格式，可以看到消息RAM除了要存储数据段的数据，还需要额外8字节存储CAN的ID和时间错等相关信息

那么如果接收CANFD最大数据长度64字节就是需要64+8字节=72字节，按32bit对齐就是18个字。

一个接收的单位长度是72字节，本文只使用RXFIFO0，深度配置为最大的64，那么单路4608字节，四路需要18432字节。

2、发送数据FIFO大小分配

这里直接使用最大的32深度FIFO，那么单路需要2304字节，四路就需要9216字节。

3、发送事件FIFO大小分配

TX Event FIFO 记录每帧发送完成的硬件时间戳，深度必须和 TX FIFO 保持一致，否则高速发送时溢出导致时间戳丢失。

4、验证四路 RAM 总占用

在这里可以使用宏定义来包含，可以参考以下

#define CUSTOM_MCAN_FLT_CNT           8
#define CUSTOM_MCAN_STD_FLT_CNT       CUSTOM_MCAN_FLT_CNT
#define CUSTOM_MCAN_EXT_FLT_CNT       CUSTOM_MCAN_FLT_CNT
#define CUSTOM_MCAN_MSG_SIZE_IN_WORDS 18 /* 64-bytes + 2 words of message header  */
#define CUSTOM_MCAN_TXBUF_ELEM_CNT    0
#define CUSTOM_MCAN_TXFIFO_ELEM_CNT   32
#define CUSTOM_MCAN_RXFIFO0_ELEM_CNT   64
#define CUSTOM_MCAN_TX_EVT_ELEM_CNT   32
#define CUSTOM_MCAN_ENABLE_RXFIFO0    1
#define CUSTOM_MCAN_ENABLE_RXFIFO1    0
#define CUSTOM_MCAN_ENABLE_RXBUF      0
#define CUSTOM_MCAN_WATRERMARK_RXFIFO0  20

#define CUSTOM_MCAN_MSG_BUF_SIZE_IN_WORDS ((CUSTOM_MCAN_STD_FLT_CNT * MCAN_FILTER_ELEM_STD_ID_SIZE + \
                                            CUSTOM_MCAN_EXT_FLT_CNT * MCAN_FILTER_ELEM_EXT_ID_SIZE + \
                                            CUSTOM_MCAN_TXBUF_ELEM_CNT * CUSTOM_MCAN_MSG_SIZE_IN_WORDS * sizeof(uint32_t) + \
                                            CUSTOM_MCAN_TXFIFO_ELEM_CNT * CUSTOM_MCAN_MSG_SIZE_IN_WORDS * sizeof(uint32_t) + \
                                            CUSTOM_MCAN_RXFIFO0_ELEM_CNT * CUSTOM_MCAN_MSG_SIZE_IN_WORDS * sizeof(uint32_t) + \
                                            CUSTOM_MCAN_TX_EVT_ELEM_CNT * MCAN_TXEVT_ELEM_SIZE) / sizeof(uint32_t))

最终代入到指向ahb sram的缓存中

#if defined(HPM_MCAN0)
ATTR_PLACE_AT(".ahb_sram") uint32_t mcan0_msg_buf[CUSTOM_MCAN_MSG_BUF_SIZE_IN_WORDS];
#endif
#if defined(HPM_MCAN1)
ATTR_PLACE_AT(".ahb_sram") uint32_t mcan1_msg_buf[CUSTOM_MCAN_MSG_BUF_SIZE_IN_WORDS];
#endif
#if defined(HPM_MCAN2)
ATTR_PLACE_AT(".ahb_sram") uint32_t mcan2_msg_buf[CUSTOM_MCAN_MSG_BUF_SIZE_IN_WORDS];
#endif
#if defined(HPM_MCAN3)
ATTR_PLACE_AT(".ahb_sram") uint32_t mcan3_msg_buf[CUSTOM_MCAN_MSG_BUF_SIZE_IN_WORDS];
#endif

总结如下：

编译后的AHB RAM占用，符合预期

（三）配置 TX FIFO 深度和RX Event FIFO 深度

由于本文需要同时支持 CAN 2.0 和 CAN FD，所有区域统一配置为 64 字节。data_field_size 需要设为 MCAN_DATA_FIELD_SIZE_64BYTES，每个消息元素固定占用 72B。

ram_cfg.tx_evt_fifo_elem_count = CUSTOM_MCAN_TX_EVT_ELEM_CNT;
ram_cfg.txbuf_fifo_or_queue_elem_count = CUSTOM_MCAN_TXFIFO_ELEM_CNT;
ram_cfg.txbuf_dedicated_txbuf_elem_count = CUSTOM_MCAN_TXBUF_ELEM_CNT;
ram_cfg.txbuf_data_field_size = MCAN_DATA_FIELD_SIZE_64BYTES;

（四）配置 RX FIFO0 深度和工作模式

由于本文需要同时支持 CAN 2.0 和 CAN FD，所有区域统一配置为 64 字节。工作模式选择 BLOCKING（当前代码实际配置），使能 FIFO FULL 中断以及收到未读取20帧触发中断，保证抗突发能力。

ram_cfg.rxbuf_data_field_size = MCAN_DATA_FIELD_SIZE_64BYTES;
ram_cfg.rxbuf_elem_count = 0; /* Not enable the rxbuf */
ram_cfg.enable_rxbuf = (CUSTOM_MCAN_ENABLE_RXBUF == 1) ? true : false;
ram_cfg.rxfifos[0].enable = (CUSTOM_MCAN_ENABLE_RXFIFO0 == 1) ? true : false;
ram_cfg.rxfifos[0].data_field_size = MCAN_DATA_FIELD_SIZE_64BYTES;
ram_cfg.rxfifos[0].elem_count = CUSTOM_MCAN_RXFIFO0_ELEM_CNT;
ram_cfg.rxfifos[0].operation_mode = MCAN_FIFO_OPERATION_MODE_BLOCKING;
ram_cfg.rxfifos[0].watermark = CUSTOM_MCAN_WATRERMARK_RXFIFO0; /* 收到20帧触发中断 */

（五）调用 mcan_init

所有参数填入 mcan_ram_config_t 后调用初始化mcan_init，需要检查返回值。

三、总结

本文以 USB CAN 盒（4路 CAN FD）为典型场景，介绍了先楫系列MCU的 MCAN 自定义消息 RAM 的完整配置流程：

1、ID 过滤器：STD/EXT 各预留 8 个，实际只需 1 个全通过滤器即可透传所有帧

2、数据大小：统一配置为 64 字节（72B/元素），兼容 CAN 2.0 和 CAN FD，避免混合场景下数据溢出

3、TX FIFO + TX Event FIFO：各 32 深度，TX Event 深度必须与 TX FIFO 一致，否则时间戳静默丢失

4、RX FIFO0：64 深度 BLOCKING 模式，Watermark=20，保证抗突发能力的同时可感知丢帧

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