【AUTOSAR CanDrive 1.学习CanDrive的功能和结构】

我们知道CanDrive是通信协议栈中的最底层，之前的文章已经讲了在autosar架构中的Com服务层系列文章Com通信系列介绍

我们废话不多说，直接进入今天的主题

1.CAN Drive的概念了解

为了与文档描述保持一致，下文将使用CAN模块来表示CAN Driver。简单地说，CAN模块属于一部分的最底层内容，其作用是执行硬件访问和为上层提供独立的硬件接口（这里能访问CAN模块的上层只有Can Interface模块）。说到访问硬件，先了解几个概念，如下图所示：

对图内容的解释如下：

• 一个**CAN 硬件单元（CAN HardwareUnit）**就相当于某个ECU的CAN硬件部分，它可以包括一个或多个CAN控制器（Controller）。
• 一个CAN控制器就是一个CAN节点或一条CAN，即对应连接一条物理通道。它有很多个报文邮箱（message object）。
• 一个报文邮箱又有多个寄存器，用来存储报文信息，如下图5所示。
  
  所以关于CAN接收和发送，由上可知CAN模块访问的是CAN硬件单元的某个CAN控制器的某些寄存器。那么CAN模块在怎样的条件才能访问到呢？下面需要再介绍几个概念：

首先给出我们结论：如果我们想接受或者发生我们的消息，要保证两个状态机的状态 1.我们的Can Drive驱动状态机2.对应Can Controller 控制器的状态机。

首先我们说一下Can Drive驱动状态机

1.1 Can Drive驱动状态机（Driver state machine）

CAN模块驱动状态机有两个状态，在上电或重置后，CAN模块进入CAN_UNINIT状态(未初始化状态)，初始化后，CAN模块进入CAN_READY状态，这时可执行一些与读、写、总线关闭、唤醒和控制器状态设置相关的功能。也就是说CAN接收和发送必须在驱动状态机处于CAN_READY才能执行。

1.2 Can Controller状态机（Controller state machine）

在驱动状态机处于CAN_READY状态前提下，还需要考虑CAN控制器状态。因为在硬件层面，CAN控制器会执行很复杂的状态机，去实现不同的硬件行为。有时是需要在相应的状态才会去实现某些功能，比如初始化，波特率设置等；有时是外部事件（总线关闭，唤醒事件）会触发状态变化，导致是否能执行某些功能。

出于简化目的，这里将CAN控制器的状态分为4个。

CAN控制器未初始化- UNINIT 属于CAN模块的所有寄存器都处于复位状态，不使能CAN中断。 CAN控制器不参与CAN总线。

CAN控制器状态已停止- STOPPED 在这种状态下，CAN控制器已初始化，但不参与总线。另外也不得发送错误帧和确认。

CAN控制器状态已启动- STARTED 控制器处于正常运行模式，具有完整的功能，这意味着它已加入网络。
对于许多控制器而言，离开“初始化”模式会使控制器启动。

CAN控制器状态为睡眠- SLEEP 与STOPPED仅有的不同是：CAN的硬件设置支持睡眠模式（由CAN硬件支持唤醒的CAN总线直接唤醒）

通过上述定义可知：CAN接收和发送必须在控制器状态机处于STARTED状态才能执行。怎么能让CAN控制器处于STARTED状态呢，通过上述状态机不难发现，得先进入STOPPED状态才行。一般有以下几种方法来触发CAN控制器的状态转移到STOPPED：

1. 初始化函数 Can_Init，使控制器状态从UNINIT转移到STOPPED;
2. 位速率设置函数Can_SetBaudrare，使控制器状态转移到STOPPED;
3. 控制器模式设置函数Can_SetControllerMode, 使控制器状态转移到目标状态；
4. 硬件事件触发，比如唤醒事件使控制器从SLEEP转移到STOPPED，总线关闭事件使控制器从STARTED转移到STOPPED。

文档对这4个状态和控制器模式设置函数Can_SetControllerMode都做明确的定义

1.3 Can模块初始化的内容

上述两个状态一般都是先通过初始化函数设置，即在使用Can模块的任何其他功能之前，ECU状态管理器模块在启动阶段调用CAN模块的初始化函数（Can_Init）进行初始化，其内容有：

• 静态变量，包括标志；
• 完整的CAN硬件单元的通用设置；
• 每个CAN控制器的CAN控制器特定设置。

初始化后，CAN驱动状态为CAN_READY，CAN控制器状态为STOPPED。

当CAN模块满足条件，可以访问寄存器了，那么CAN模块怎么去实现CAN发送或接收所需的操作呢？以及需要做哪些操作呢？？

1.4 协议数据单元（Protocol Data Unit, PDU）

在回答这两个问题前，为了发送或接收涉及的数据格式，需再介绍下PDU的概念，PDU包括协议控制信息（Protocol Control Information，PCI）和服务数据单元（Service Data Unit, SDU）。

其中SDU是指从上层模块传过来，要求发送的数据；或下层模块接收的，已提取好的数据，需要传给上层。

PCI是指需要将SDU从特定协议层的一个实例传递到另一实例。 例如。 它包含源和目标信息。PCI在发送方的协议层添加，再在接收方被删除。

通俗地理解就是：PDU不仅仅是数据（SDU），还携带了来自哪要去哪的信息（PCI）；每到哪都会删掉之前的信息，添加这是哪要去哪的信息（不同层的PCI更新），如下图所示。

1.5 发送操作

对于CanDrive来说，发送信号的要做两件事：一是先访问硬件，将数据写入寄存器；二是发送成功后，向上层CAN Interface模块确认。

但是对整个autosar的架构我们要清楚其发送的整个流程：

针对写数据操作，CAN Interface模块调用Can_Write函数，其定义如下：

这里首先要说明下Hth的定义。每一个硬件对象都由ID，DLC和 SDU三部分组成，如下图15。用来存储写入数据的硬件对象就叫Hth，用来存储接收数据的硬件对象就叫Hrh

所以不难理解，Can_Write的输入参数Hth其实就是硬件对象的编号（id）,而且实际上是已经定义好了硬件对象的编号与CAN ID的映射关系，比如下图16所示，如果想发送CAN ID 为0x001的数据，那么调用Can_Write函数的输入参数Hth应该为4。

然后引用文档内容说明下Can_Write函数要执行主要动作，如下所示：

这样我们就知道写数据的过程，最后再了解下发送确认过程，从前面文章可知，BSW调度器会周期性调用Can_MainFunction_Write函数，其定义如下：

注意这个函数调用的条件是CAN发送处理方式为POLLING（轮询）。这里说明下CAN发送处理方式，有3种：

（1）轮询模式（polling mode）

轮询模式下Can模块的发送确认被调度模块（BSW Scheduler）触发，执行随后的处理。比如设定CAN发送为轮询模式，那么Can_MainFunction_Write就会在预定义的时间间隔被周期性地调用（比如每几ms调用一次），然后Can_MainFunction_Write中再去调用上层的CAN Interface模块的CanIf_TxConfirmation模块，向上确认。

（2）中断模式（interrupt mode）

中断模式下Can模块的发送确认由CAN控制器的中断触发，执行随后的处理，比如设定CAN发送为中断模式，那么中断触发后，调用Can模块的发送确认处理函数，在该函数中去调用Can Interface模块的CanIf_TxConfirmation函数，向上确认。

（3）混合模式（mixed mode）

即（1）（2）的混合使用，看具体设定，是使用轮询模式还是使用中断模式的处理方式。

所以这里我选择的是轮询方式进行介绍。根据CanIf_TxConfirmation函数的输入参数可知，向上确认的是哪个CAN ID发送成功。（这里不对CanIf的函数介绍，下篇文章再介绍）

接收操作

从前面文章可知，CAN接收时，对于CAN模块同样有两个操作：一是先访问硬件，从寄存器提取数据；二是通知上层CAN Interface模块，传递数据。

针对读数据操作，首先BSW调度器周期性调用Can模块的Can_MainFunction_Read函数，其定义如下。同样地CAN接收处理方式有轮询，中断和混合模式 。这里选择的是轮询模式。

最后，数据成功提取后，Can_MainFunction_Read函数将通过调用CanIf_RxIndication函数通知CAN Interface模块，向上传递数据。（这里不对CanIf的函数介绍，下篇文章再介绍）

总结

我们用思维导图的形式去总结我们今天发送与接收操作的整个过程

预告：下一篇我们讲学习下Canif层的知识