[米联客-XILINX-H3_CZ08_7100] FPGA_SDK入门篇连载-22 PL AXI-CAN实验

本帖最后由 FPGA课程于 2024-9-28 13:41 编辑

软件版本：VIVADO2021.1
操作系统：WIN10 64bit
硬件平台：适用 XILINX A7/K7/Z7/ZU/KU 系列 FPGA
实验平台：米联客-MLK-H3-CZ08-7100开发板
板卡获取平台：https://milianke.tmall.com/
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1概述

ZYNQ的PS中包含了2个CAN接口，当我们需要更多CAN接口的时候，可以使用PL的AXI-CAN IP实现扩展。在做本文之前，建议读者先了解下CAN协议，前面 “PS CAN总线实验”中，有详细描述，这里不再重复。本文的重点是对AXI-CAN IP的使用。

实验目的：

1:熟悉AXI-CAN控制的使用
2:通过VIVADO搭建axi_can的SOC工程
3:使用VITIS-SDK编写axi_can测试程序，实现类似PS-CAN测试程序功能
2系统框图

3AXI-CAN IP概述

以下是AXI-CAN功能框图。AXI-CAN IP通过AXI-Lite Slave总线接到处理器中。IP-CORE的功能模块包括数据收发模块、寄存器配置模块、接收过流模块、发送协议引擎，其中发送协议引擎又包括了流处理器和位计时模块。

3.1特性

-符合ISO 11898 -1、CAN 2.0A、CAN 2.0B标准

-支持标准(11位标识符)和扩展(29位标识符)帧

-支持高达1mb /s的比特率

-发送消息FIFO，深度最多可配置64条消息

-通过一个高优先级的传输缓冲区进行传输优先级

-具有错误或仲裁损失自动重传功能

-接收消息FIFO，深度最多可达64条消息

-支持最多四个接受过滤器的接受过滤

-支持睡眠与唤醒模式

-支持Loop Back模式用于诊断

-可屏蔽错误和状态中断

-可读的错误计数器

3.2寄存器概述

1:SRR软件复位寄存器

写入‘1’到软件复位寄存器(SRR)将CAN控制器置于配置模式。当处于配置模式时，CAN控制器在总线上不传输或接收消息。在上电期间，CEN和SRST位是'0'，状态寄存器(SR)中的配置位是'1'。只有当SRR寄存器中的CEN位为'0 '时，才能更改传输层配置寄存器。

2:MSR模式选择寄存器

写入到模式选择寄存器(MSR)使CAN控制器可以进入睡眠、回循环或正常模式。在正常模式下，CAN控制器参与正常总线通信。如果SLEEP位设置为“1”，则CAN控制器进入SLEEP模式。如果LBACK位设置为'1 '，则CAN控制器进入回环模式。LBACK和SLEEP位不应该同时为“1”。在任何给定的点，CAN控制器可以处于回环模式或睡眠模式，但不能同时处于回环模式。如果两者都设置，则LBACK模式优先

3:BRPR波特率预分频器

4:BTR位时间寄存器

具体如何计算波特率可与参考前面文章“13CAN总线通信实验”

5:ECR错误计数器寄存器

6:ESR错误状态寄存器

7:SR状态寄存器

8:ISR中断状态寄存器

9:IER中断使能寄存器

10:ICR中断清除寄存器

11:IDR标识字位描述寄存器

12:DLC字位描述寄存器

13:数据字1和数据字2位描述寄存器

14:AFR验收滤波器寄存器

15:AFR验收滤波器掩码寄存器

16:AFIR接收过滤ID寄存器

4硬件电路分析

配套工程的FPGA PIN脚定义路径为soc_prj/uisrc/04_pin/ fpga_pin.xdc。

5搭建SOC系统工程

详细的搭建过程这里不再重复，对于初学读者如果还不清楚如何创建SOC工程的，请学习“01Vitis Soc开发入门”这篇文章。

5.1SOC系统工程

1:中断设置

2:设置GP Master接口

3:设置复位输出

4:设置PL时钟

5:CAN IP设置

5.2设置AXI外设地址分配

只要添加的AXI总线外设都要正确分配地址,这一步不能遗漏

5.3编译并导出平台文件

以下步骤简写，有不清楚的看第一篇文章。

1:单击Block文件à右键àGenerate the Output ProductsàGlobalàGenerate。

2:单击Block文件à右键à Create a HDL wrapper(生成HDL顶层文件)àLet vivado manager wrapper and auto-update(自动更新)。

3:添加配套工程路径下uisrc/04_pin/fpga_pin.xdc约束文件

4:生成Bit文件。

5:导出到硬件: FileàExport HardwareàInclude bitstream

6:导出完成后，对应工程路径的soc_hw路径下有硬件平台文件：system_wrapper.xsa的文件。根据硬件平台文件system_wrapper.xsa来创建需要Platform平台。

6搭建Vitis-sdk工程

创建soc_base sdk platform和APP工程的过程不再重复，如果不清楚请参考本章节第一个demo。

6.1创建SDK Platform工程

右击soc_base编译，编译的时间可能会有点长

6.2创建APP工程

7程序分析

本文的程序从“PS CAN总线实验”稍作修改而来，主要修改下函数名和变量名，以及PL中断。说明XILINX的AXI-CAN和ZYNQ MPSOC内部的CAN IP使用上基本一样的。具体的分析可以参考“PS CAN总线实验”这篇文章。我们这里给出主要的程序源码。

7.1can_init.c函数

这个函数主要完成can的初始化，配置can的波特率参数。本文AXI-CAN波特率参数和PS-CAN都是采用100M的参考时钟，他们的配置方法相同。

/********************MILIANKE**************************
*Company:Liyang Milian Electronic Technology Co., Ltd
*Technical forum:www.uisrc.com
*Taobao: https://milianke.taobao.com
*Create Date: 2020/12/01
*Module Name:can_init
*Copyright: Copyright (c) milianke
*Revision: 1.1
*Description:
****************************************************/
#include "can_init.h"
//CAN模块波特率时间参数
can_bit_timing can_bit_timing_config[]=
{
{rate_1000kbps, 4, 15, 2, 0},
{rate_800kbps, 24, 2, 0, 0},
{rate_500kbps, 24, 5, 0, 0},
{rate_250kbps, 49, 5, 0, 0},
{rate_125kbps, 99, 5, 0, 0},
{rate_100kbps, 124, 5, 0, 0},
{rate_50kbps, 124, 12, 1, 0},
{rate_20kbps, 249, 15, 2, 1}
};
int Can_Config(XCan *CanInstPtr ,u8 BaudRate)
{
int i;
/*
* Enter Configuration Mode if the device is not currently in
* Configuration Mode.
* 进入配置模式
*/
XCan_EnterMode(CanInstPtr, XCAN_MODE_CONFIG);
while(XCan_GetMode(CanInstPtr) != XCAN_MODE_CONFIG);
/*
* Setup Baud Rate Prescaler Register (BRPR) and Bit Timing Register (BTR).
* 设置波特率时间参数
*
*/
for(i=0; i<(sizeof(can_bit_timing_config)/sizeof(can_bit_timing)); i++)
{
if(can_bit_timing_config[i].BaudRate == BaudRate)
{
XCan_SetBaudRatePrescaler(CanInstPtr, can_bit_timing_config[i].BaudRatePrescaler);
XCan_SetBitTiming(CanInstPtr, can_bit_timing_config[i].SyncJumpWidth,
can_bit_timing_config[i].TimeSegment2,
can_bit_timing_config[i].TimeSegment1);
break;
}
if(i == ((sizeof(can_bit_timing_config)/sizeof(can_bit_timing)) - 1))
{
xil_printf("Baud rate not found!\r\n");
return XST_FAILURE;
}
}
//进入普通模式
XCan_EnterMode(CanInstPtr, XCAN_MODE_NORMAL);
while(XCan_GetMode(CanInstPtr) != XCAN_MODE_NORMAL);
return XST_SUCCESS;
}
//初始化CAN
int Init_CanPlIntr(XCan *CanInstPtr, u16 DeviceId)
{
int Status;
Status = XCan_Initialize(CanInstPtr, DeviceId);
if (Status != XST_SUCCESS) {return XST_FAILURE;}
Can_Config(CanInstPtr,rate_500kbps);
/*
* Enter NORMAL Mode.
*/
return XST_SUCCESS;

复制代码

7.2can_intr.c函数
这个函数完成PL中断的设置、AXI-CAN中断回调函数设置、CAN数据发送，CAN数据接收。

/*
* can_zynq.c
*
* Created on: 2018年1月24日
*/
#include "sys_intr.h"
#include "canpl_init.h"
#include "canpl_intr.h"
//CAN数据发送
int Can_send(XCan *InstancePtr, can_frame *msg)
{
int Status;
u32 TxFrame[XCAN_MAX_FRAME_SIZE_IN_WORDS] = {0};
TxFrame[0] = (u32)XCan_CreateIdValue((u32)msg->id, (u32)msg->rtr, 0, 0, 0);
TxFrame[1] = (u32)XCan_CreateDlcValue((u32)msg->len);
TxFrame[2] = (u32)(((u32)msg->data[3] << 24) | ((u32)msg->data[2] << 16) | ((u32)msg->data[1] << 8) | ((u32)msg->data[0]));
TxFrame[3] = (u32)(((u32)msg->data[7] << 24) | ((u32)msg->data[6] << 16) | ((u32)msg->data[5] << 8) | ((u32)msg->data[4]));
/*
* Wait until TX FIFO has room.
*/
while (XCan_IsTxFifoFull(InstancePtr) == TRUE);
/*
* Now send the frame.
*
* Another way to send a frame is keep calling XCanPs_Send() until it
* returns XST_SUCCESS. No check on if TX FIFO is full is needed anymore
* in that case.
*/
Status = XCan_Send(InstancePtr, TxFrame);
if (Status != XST_SUCCESS) {
/*
* The frame could not be sent successfully.
*/
xil_printf("Can send failed\r\n");
}
return Status;
}
void can_SendHandler(void *CallBackRef)
{
/*
* The frame was sent successfully. Notify the task context.
*/
xil_printf("Can send done\r\n");
}
//CAN数据接收
void can_RecvHandler(void *CallBackRef)
{
XCan *CanPtr = (XCan *)CallBackRef;
int Status;
int i;
can_frame msg = {0};
u8 *FramePtr;
xil_printf("Can receive done\r\n");
Status = XCan_Recv(CanPtr, RxFrame);
if (Status != XST_SUCCESS) {
xil_printf("Can receive failed\r\n");
return;
}
/*
* Get Identifier and Data Length Code and 8 byte Data.
*/
msg.id = (u16)((RxFrame[0] & XCAN_IDR_ID1_MASK )>> XCAN_IDR_ID1_SHIFT);
msg.rtr = (u8)((RxFrame[0] & XCAN_IDR_SRR_MASK) >> XCAN_IDR_SRR_SHIFT);
msg.len = (u8)((RxFrame[1] & XCAN_DLCR_DLC_MASK)>> XCAN_DLCR_DLC_SHIFT);
FramePtr = (u8 *)(&RxFrame[2]);
for(i=0; i<8; i++)
{
msg.data[i] = *FramePtr++;
}
xil_printf("frame ID: %d\r\n", msg.id);
xil_printf("frame type: %s\r\n", msg.rtr ? "remote request frame" : "data frame");
xil_printf("frame length: %d\r\n", msg.len);
if(!msg.rtr)
{
for(i=0; i<msg.len; i++)
{
xil_printf("data %d is: 0x%02x\r\n", i+1, msg.data[i]);
}
}
}
//CAN错误回调函数
void can_ErrorHandler(void *CallBackRef, u32 ErrorMask)
{
xil_printf("Can error happen\r\n");
if(ErrorMask & XCAN_ESR_ACKER_MASK) {
/*
* ACK Error handling code should be put here.
*/
}
if(ErrorMask & XCAN_ESR_BERR_MASK) {
/*
* Bit Error handling code should be put here.
*/
}
if(ErrorMask & XCAN_ESR_STER_MASK) {
/*
* Stuff Error handling code should be put here.
*/
}
if(ErrorMask & XCAN_ESR_FMER_MASK) {
/*
* Form Error handling code should be put here.
*/
}
if(ErrorMask & XCAN_ESR_CRCER_MASK) {
/*
* CRC Error handling code should be put here.
*/
}
}
//CAN事件回调函数
void can_EventHandler(void *CallBackRef, u32 IntrMask)
{
XCan *CanPtr = (XCan *)CallBackRef;
xil_printf("Can event happen\r\n");
if (IntrMask & XCAN_IXR_BSOFF_MASK) {
/*
* Entering Bus off status interrupt requires
* the CAN device be reset and reconfigured.
*/
XCan_Reset(CanPtr);
/*
* Enter Configuration Mode if the device is not currently in
* Configuration Mode.
*/
Can_Config(CanPtr,rate_500kbps);
return;
}
if(IntrMask & XCAN_IXR_RXOFLW_MASK) {
/*
* Code to handle RX FIFO Overflow Interrupt should be put here.
*/
}
if(IntrMask & XCAN_IXR_RXUFLW_MASK) {
/*
* Code to handle RX FIFO Underflow Interrupt
* should be put here.
*/
}
if(IntrMask & XCAN_IXR_TXBFLL_MASK) {
/*
* Code to handle TX High Priority Buffer Full
* Interrupt should be put here.
*/
}
if(IntrMask & XCAN_IXR_TXFLL_MASK) {
/*
* Code to handle TX FIFO Full Interrupt should be put here.
*/
}
if (IntrMask & XCAN_IXR_WKUP_MASK) {
/*
* Code to handle Wake up from sleep mode Interrupt
* should be put here.
*/
}
if (IntrMask & XCAN_IXR_SLP_MASK) {
/*
* Code to handle Enter sleep mode Interrupt should be put here.
*/
}
if (IntrMask & XCAN_IXR_ARBLST_MASK) {
/*
* Code to handle Lost bus arbitration Interrupt
* should be put here.
*/
}
}
//CAN中断设置
int CanPl_Setup_IntrSystem(XScuGic *IntcInstancePtr,XCan *CanInstancePtr,u16 CanIntrId)
{
int Status;
/*
* Connect the device driver handler that will be called when an
* interrupt for the device occurs, the handler defined above performs
* the specific interrupt processing for the device.
*/
//CAN的中断回调函数
Status = XScuGic_Connect(IntcInstancePtr, CanIntrId,
(Xil_InterruptHandler)XCan_IntrHandler,
(void *)CanInstancePtr);
if (Status != XST_SUCCESS) {
return Status;
}
//分配设置，发送回调函数、接收回调函数、错误回调函数、事件回调函数
XCan_SetHandler(CanInstancePtr, XCAN_HANDLER_SEND ,(void *)can_SendHandler , (void *)CanInstancePtr);
XCan_SetHandler(CanInstancePtr, XCAN_HANDLER_RECV ,(void *)can_RecvHandler , (void *)CanInstancePtr);
XCan_SetHandler(CanInstancePtr, XCAN_HANDLER_ERROR,(void *)can_ErrorHandler, (void *)CanInstancePtr);
XCan_SetHandler(CanInstancePtr, XCAN_HANDLER_EVENT,(void *)can_EventHandler, (void *)CanInstancePtr);
/*
* Enable the interrupt for the CAN device.
*/
XScuGic_Enable(IntcInstancePtr, CanIntrId); //使能CAN使用的，PL中断
/*
* Enable all interrupts in CAN device.
*/
XCan_InterruptEnable(CanInstancePtr, XCAN_IXR_ALL); //使能CAN的中断
return XST_SUCCESS;
}

复制代码

8方案演示
8.1硬件准备

8.2实验结果
1:软件安装
根据安装说明安装软件，CAN分析仪软件为“USB_CAN TOOLSetup(V9.05).exe”

2:CAN分析仪的使用
将main.c中的宏定义：#define TEST_RX_ONLY注释。重新编译工程。
将CAN分析仪与电脑连接，使用CAN分析仪连接CAN模块，再将CAN模块连接开发板。

打开USB-CAN Tool，选择500kbps的波特率连接CAN分析仪。

通过SDK将程序下载至开发板运行，此时，在USB-CAN Tool软件中便可抓取开发板每隔1s向外发送的CAN数据帧，如下图所示。数据帧，每个数据帧的第1个字节数据不断递增。

3:数据接收测试
还原main.c中的宏定义：#define TEST_RX_ONLY。重新编译工程。将程序下载到开发板中运行。
4:数据帧接收
打开USB-CAN Tool软件的数据发送功能，设置如下图所示。通过软件向开发板发送数据长度为8字节的数据帧。发送的第一个字节的数据不断递增。然后，点击立即发送。

同时，开发板通过串口将每次接收到的数据帧信息在SDK中打印出来，如下图所示。可以看到第一个字节的数据在递增。

5:远程帧接收

6:数据收发同时进行
将main.c中的宏定义：#define TEST_RX_ONLY注释，重新编译工程。然后将程序下载到开发板中运行。同时，通过软件向开发板连续发送数据长度为8字节的数据帧。如下图所示。

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