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

文档创建者：FPGA课程
浏览次数：171
最后更新：2024-09-28
文档课程分类-AMD-ZYNQ
AMD-ZYNQ: ZYNQ-SOC » 1_SDK应用方案(仅旗舰型号) » 1-SDK基础入门方案
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/
登录“米联客”FPGA社区 http://www.uisrc.com 视频课程、答疑解惑！


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
bb88b3e053684d508b354e7b7cc99093.jpg ​
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。
2c01d29e66424c80a304ce5c360ca704.jpg ​
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
3237d8872bc749ba9bb32938de45b311.jpg ​
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。

ac5170f150544d69bce1d872bdb3ea67.jpg ​
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
8e7c11729ee340b594ea36890b460edd.jpg ​
3:BRPR波特率预分频器
e95e3b96935942599388fd9794454e47.jpg ​
4:BTR位时间寄存器
d4d97d6964c54903ba74cf1f94b2c3e7.jpg ​
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
ee6f77ca71c74725b94ca07da0e2e136.jpg ​
6:ESR错误状态寄存器
f20e63a8362648eea40b6feded61f32b.jpg ​
7:SR状态寄存器
deac993018c249b8810641eb9e249237.jpg ​
8:ISR中断状态寄存器
2477bf57957147c9915a4357a03b838a.jpg ​
9:IER中断使能寄存器
477e72b6f220466882b9b57563573da7.jpg ​

3d573946b9d245d58c4cde6d44d7bfea.jpg ​
10:ICR中断清除寄存器
e7bcc15f9f76411ea813f57206db9384.jpg ​
11:IDR标识字位描述寄存器
f3bf804da1ba4529be30d93172239968.jpg ​
12:DLC字位描述寄存器
9fe8b715dc9446428608e5861b8b169f.jpg ​
13:数据字1和数据字2位描述寄存器
3fa97b03b43441558ec97eb617b5974d.jpg ​
14:AFR验收滤波器寄存器
a5d2e7ae3e5c403ab5581d1e7dbb3c6f.jpg ​
15:AFR验收滤波器掩码寄存器
cf375c93c7434f8c8575b3d8c39f30ed.jpg ​
16:AFIR接收过滤ID寄存器
c53c2a4970b44ac5ac5fcd3477a3644d.jpg ​
4硬件电路分析
7a062385bf614d789e884f637e0d41b8.jpg ​
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
5a38505effa645a6b357d843e8173e84.jpg ​
1:中断设置
6212afaf69f04951a3125c337f3bd65e.jpg ​
2:设置GP Master接口
3507964de06647babee3c52f18b81b4f.jpg ​
3:设置复位输出
7cf9fa2399c0449da5f44f8537026998.jpg ​
4:设置PL时钟
24e190815215458896d3fb19c7b85b25.jpg ​
5:CAN IP设置
c927f82cc92e4f87828b9aa8ec62252a.jpg ​
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
74a33995bc4e4c8d9d1097ac5e99b72a.jpg ​
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。
cd0115294bac404a8e4d11560feb287e.jpg ​
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
515f0a3ff4e8466b84dbf001e2e5bed2.jpg ​
右击soc_base编译，编译的时间可能会有点长
6.2创建APP工程
314bc8b4c1254b668ec52c0510aa233c.jpg ​
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。
  1. /********************MILIANKE**************************

  3. *Company:Liyang Milian Electronic Technology Co., Ltd
  4. *Technical forum:www.uisrc.com
  5. *Taobao: https://milianke.taobao.com
  6. *Create Date: 2020/12/01
  7. *Module Name:can_init
  8. *Copyright: Copyright (c) milianke
  9. *Revision: 1.1
  10. *Description:

  12. ****************************************************/

  14. #include "can_init.h"

  16. //CAN模块波特率时间参数
  17. can_bit_timing can_bit_timing_config[]=
  18. {
  19.         {rate_1000kbps, 4,  15,  2, 0},
  20.         {rate_800kbps,  24,  2,  0, 0},
  21.         {rate_500kbps,  24,  5,  0, 0},
  22.         {rate_250kbps,  49,  5,  0, 0},
  23.         {rate_125kbps,  99,  5,  0, 0},
  24.         {rate_100kbps,  124, 5,  0, 0},
  25.         {rate_50kbps,   124, 12, 1, 0},
  26.         {rate_20kbps,   249, 15, 2, 1}
  27. };

  29. int Can_Config(XCan *CanInstPtr ,u8 BaudRate)
  30. {
  31.         int i;
  32.         /*
  33.          * Enter Configuration Mode if the device is not currently in
  34.          * Configuration Mode.
  35. * 进入配置模式
  36.          */
  37.         XCan_EnterMode(CanInstPtr, XCAN_MODE_CONFIG);
  38.         while(XCan_GetMode(CanInstPtr) != XCAN_MODE_CONFIG);

  40.         /*
  41.          * Setup Baud Rate Prescaler Register (BRPR) and Bit Timing Register (BTR).
  42.        *  设置波特率时间参数
  43.          *
  44.          */
  45.         for(i=0; i<(sizeof(can_bit_timing_config)/sizeof(can_bit_timing)); i++)
  46.         {

  48.                 if(can_bit_timing_config[i].BaudRate == BaudRate)
  49.                 {
  50.                         XCan_SetBaudRatePrescaler(CanInstPtr, can_bit_timing_config[i].BaudRatePrescaler);
  51.                         XCan_SetBitTiming(CanInstPtr,  can_bit_timing_config[i].SyncJumpWidth,
  52.                                         can_bit_timing_config[i].TimeSegment2,
  53.                                         can_bit_timing_config[i].TimeSegment1);

  55.                         break;
  56.                 }

  58.                 if(i == ((sizeof(can_bit_timing_config)/sizeof(can_bit_timing)) - 1))
  59.                 {
  60.                         xil_printf("Baud rate not found!\r\n");
  61.                         return XST_FAILURE;
  62.                 }
  63.         }
  64. //进入普通模式
  65.         XCan_EnterMode(CanInstPtr, XCAN_MODE_NORMAL);
  66.         while(XCan_GetMode(CanInstPtr) != XCAN_MODE_NORMAL);

  68.         return XST_SUCCESS;

  70. }

  72. //初始化CAN
  73. int Init_CanPlIntr(XCan *CanInstPtr, u16 DeviceId)
  74. {

  76.         int Status;

  78.         Status = XCan_Initialize(CanInstPtr, DeviceId);
  79.         if (Status != XST_SUCCESS) {return XST_FAILURE;}

  81.         Can_Config(CanInstPtr,rate_500kbps);
  82.         /*
  83.          * Enter NORMAL Mode.
  84.          */

  86.         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。
  1. /*
  2. * can_zynq.c
  3. *
  4. *  Created on: 2018年1月24日
  5. */

  7. #include "sys_intr.h"
  8. #include "canpl_init.h"
  9. #include "canpl_intr.h"

  11. //CAN数据发送
  12. int Can_send(XCan *InstancePtr, can_frame *msg)
  13. {
  14.         int Status;
  15.         u32 TxFrame[XCAN_MAX_FRAME_SIZE_IN_WORDS] = {0};

  17.         TxFrame[0] = (u32)XCan_CreateIdValue((u32)msg->id, (u32)msg->rtr, 0, 0, 0);
  18.         TxFrame[1] = (u32)XCan_CreateDlcValue((u32)msg->len);
  19.         TxFrame[2] = (u32)(((u32)msg->data[3] << 24) | ((u32)msg->data[2] << 16) | ((u32)msg->data[1] << 8) | ((u32)msg->data[0]));
  20.         TxFrame[3] = (u32)(((u32)msg->data[7] << 24) | ((u32)msg->data[6] << 16) | ((u32)msg->data[5] << 8) | ((u32)msg->data[4]));

  22.         /*
  23.          * Wait until TX FIFO has room.
  24.          */
  25.         while (XCan_IsTxFifoFull(InstancePtr) == TRUE);

  27.                 /*
  28.                  * Now send the frame.
  29.                  *
  30.                  * Another way to send a frame is keep calling XCanPs_Send() until it
  31.                  * returns XST_SUCCESS. No check on if TX FIFO is full is needed anymore
  32.                  * in that case.
  33.                  */
  34.         Status = XCan_Send(InstancePtr, TxFrame);
  35.         if (Status != XST_SUCCESS) {
  36.                 /*
  37.                  * The frame could not be sent successfully.
  38.                  */
  39.                 xil_printf("Can send failed\r\n");
  40.         }


  43.         return Status;
  44. }

  46. void can_SendHandler(void *CallBackRef)
  47. {
  48.         /*
  49.          * The frame was sent successfully. Notify the task context.
  50.          */
  51.         xil_printf("Can send done\r\n");
  52. }

  54. //CAN数据接收
  55. void can_RecvHandler(void *CallBackRef)
  56. {
  57.         XCan *CanPtr = (XCan *)CallBackRef;
  58.         int Status;
  59.         int i;
  60.         can_frame msg = {0};
  61.         u8 *FramePtr;

  63.         xil_printf("Can receive done\r\n");

  65.         Status = XCan_Recv(CanPtr, RxFrame);

  67.         if (Status != XST_SUCCESS) {
  68.                 xil_printf("Can receive failed\r\n");
  69.                 return;
  70.         }

  72.         /*
  73.          * Get Identifier and Data Length Code and 8 byte Data.
  74.          */
  75.         msg.id = (u16)((RxFrame[0] & XCAN_IDR_ID1_MASK )>> XCAN_IDR_ID1_SHIFT);
  76.         msg.rtr = (u8)((RxFrame[0] & XCAN_IDR_SRR_MASK) >> XCAN_IDR_SRR_SHIFT);
  77.         msg.len = (u8)((RxFrame[1] & XCAN_DLCR_DLC_MASK)>> XCAN_DLCR_DLC_SHIFT);

  79.         FramePtr = (u8 *)(&RxFrame[2]);

  81.         for(i=0; i<8; i++)
  82.         {
  83.                 msg.data[i] = *FramePtr++;
  84.         }

  86.         xil_printf("frame ID: %d\r\n", msg.id);
  87.         xil_printf("frame type: %s\r\n", msg.rtr ? "remote request frame" : "data frame");
  88.         xil_printf("frame length: %d\r\n", msg.len);

  90.         if(!msg.rtr)
  91.         {
  92.                 for(i=0; i<msg.len; i++)
  93.                 {
  94.                         xil_printf("data %d is: 0x%02x\r\n", i+1, msg.data[i]);
  95.                 }
  96.         }
  97. }
  98. //CAN错误回调函数
  99. void can_ErrorHandler(void *CallBackRef, u32 ErrorMask)
  100. {

  102.         xil_printf("Can error happen\r\n");

  104.         if(ErrorMask & XCAN_ESR_ACKER_MASK) {
  105.                 /*
  106.                  * ACK Error handling code should be put here.
  107.                  */
  108.         }

  110.         if(ErrorMask & XCAN_ESR_BERR_MASK) {
  111.                 /*
  112.                  * Bit Error handling code should be put here.
  113.                  */
  114.         }

  116.         if(ErrorMask & XCAN_ESR_STER_MASK) {
  117.                 /*
  118.                  * Stuff Error handling code should be put here.
  119.                  */
  120.         }

  122.         if(ErrorMask & XCAN_ESR_FMER_MASK) {
  123.                 /*
  124.                  * Form Error handling code should be put here.
  125.                  */
  126.         }

  128.         if(ErrorMask & XCAN_ESR_CRCER_MASK) {
  129.                 /*
  130.                  * CRC Error handling code should be put here.
  131.                  */
  132.         }

  134. }
  135. //CAN事件回调函数
  136. void can_EventHandler(void *CallBackRef, u32 IntrMask)
  137. {
  138.         XCan *CanPtr = (XCan *)CallBackRef;

  140.         xil_printf("Can event happen\r\n");

  142.         if (IntrMask & XCAN_IXR_BSOFF_MASK) {
  143.                 /*
  144.                  * Entering Bus off status interrupt requires
  145.                  * the CAN device be reset and reconfigured.
  146.                  */
  147.                 XCan_Reset(CanPtr);
  148.                 /*
  149.                  * Enter Configuration Mode if the device is not currently in
  150.                  * Configuration Mode.
  151.                  */
  152.                 Can_Config(CanPtr,rate_500kbps);
  153.                 return;
  154.         }

  156.         if(IntrMask & XCAN_IXR_RXOFLW_MASK) {
  157.                 /*
  158.                  * Code to handle RX FIFO Overflow Interrupt should be put here.
  159.                  */
  160.         }

  162.         if(IntrMask & XCAN_IXR_RXUFLW_MASK) {
  163.                 /*
  164.                  * Code to handle RX FIFO Underflow Interrupt
  165.                  * should be put here.
  166.                  */
  167.         }

  169.         if(IntrMask & XCAN_IXR_TXBFLL_MASK) {
  170.                 /*
  171.                  * Code to handle TX High Priority Buffer Full
  172.                  * Interrupt should be put here.
  173.                  */
  174.         }

  176.         if(IntrMask & XCAN_IXR_TXFLL_MASK) {
  177.                 /*
  178.                  * Code to handle TX FIFO Full Interrupt should be put here.
  179.                  */
  180.         }

  182.         if (IntrMask & XCAN_IXR_WKUP_MASK) {
  183.                 /*
  184.                  * Code to handle Wake up from sleep mode Interrupt
  185.                  * should be put here.
  186.                  */
  187.         }

  189.         if (IntrMask & XCAN_IXR_SLP_MASK) {
  190.                 /*
  191.                  * Code to handle Enter sleep mode Interrupt should be put here.
  192.                  */
  193.         }

  195.         if (IntrMask & XCAN_IXR_ARBLST_MASK) {
  196.                 /*
  197.                  * Code to handle Lost bus arbitration Interrupt
  198.                  * should be put here.
  199.                  */
  200.         }
  201. }

  203. //CAN中断设置
  204. int CanPl_Setup_IntrSystem(XScuGic *IntcInstancePtr,XCan *CanInstancePtr,u16 CanIntrId)
  205. {
  206.         int Status;

  208.         /*
  209.          * Connect the device driver handler that will be called when an
  210.          * interrupt for the device occurs, the handler defined above performs
  211.          * the specific interrupt processing for the device.
  212.          */
  213.      //CAN的中断回调函数
  214.         Status = XScuGic_Connect(IntcInstancePtr, CanIntrId,
  215.                                 (Xil_InterruptHandler)XCan_IntrHandler,
  216.                                 (void *)CanInstancePtr);
  217.         if (Status != XST_SUCCESS) {
  218.                 return Status;
  219.         }

  221.      //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
  222.         XCan_SetHandler(CanInstancePtr, XCAN_HANDLER_SEND ,(void *)can_SendHandler , (void *)CanInstancePtr);
  223.         XCan_SetHandler(CanInstancePtr, XCAN_HANDLER_RECV ,(void *)can_RecvHandler , (void *)CanInstancePtr);
  224.         XCan_SetHandler(CanInstancePtr, XCAN_HANDLER_ERROR,(void *)can_ErrorHandler, (void *)CanInstancePtr);
  225.         XCan_SetHandler(CanInstancePtr, XCAN_HANDLER_EVENT,(void *)can_EventHandler, (void *)CanInstancePtr);

  227.         /*
  228.          * Enable the interrupt for the CAN device.
  229.          */
  230.         XScuGic_Enable(IntcInstancePtr, CanIntrId); //使能CAN使用的，PL中断

  232.         /*
  233.          * Enable all interrupts in CAN device.
  234.          */
  235.         XCan_InterruptEnable(CanInstancePtr, XCAN_IXR_ALL); //使能CAN的中断


  238.         return XST_SUCCESS;
  239. }
复制代码

8方案演示
8.1硬件准备
b511395c6a51415a9b5584bb46f4618e.jpg ​
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”
ecfb7ab08bb6474b81accc2744824cb0.jpg ​
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。
6210334f8b3745468095cff5820ea37b.jpg ​
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。
793d4f542735481998142156c1adc7b2.jpg ​
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。
f954ae5a99f54b0bbc1e31c63711978f.jpg ​
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。
da8f6e96d3a64c948ca0988642def032.jpg ​
5:远程帧接收
7e8351144fe741ae90868c764154cd51.jpg ​
2e383e37e8a547bcab7eb081809a7577.jpg ​
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。
ce7cbcd2831f4d8ebb4f25ca32d8b75d.jpg ​

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