一、CSM300概述

CSM300(A)系列是一款可以支持 SPI / UART 接口的CAN模塊。

1. 簡介

CSM300(A)系列隔離 SPI / UART 轉(zhuǎn) CAN 模塊是集成微處理器、 CAN 收發(fā)器、 DC-DC 隔離電源、 信號隔離于一體的通信模塊， 該芯片可以很方便地嵌入到具有 SPI 或 UART 接口的設(shè)備中， 在不需改變原有硬件結(jié)構(gòu)的前提下使設(shè)備獲得 CAN 通訊接口， 實現(xiàn) SPI 設(shè)備或 UART 設(shè)備和 CAN 總線網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通訊。

外觀

2. 參數(shù)

1. 實現(xiàn) SPI 或 UART 與 CAN 接口的雙向數(shù)據(jù)通信；
2. CAN 總線符合“ISO 11898-2”標(biāo)準(zhǔn)；
3. 集成 1 路 SPI 接口， 支持用戶自定義的速率， 最高可達(dá) 1.5Mbit/s（非自定義協(xié)議轉(zhuǎn)換） ，或 1Mbit/s（自定義協(xié)議轉(zhuǎn)換） ；
4. 集成 1 路 UART 接口， 支持多種速率， 最高可達(dá) 921600bps；
5. 集成 1 路 CAN 通訊接口， 支持多種波特率， 最高可達(dá) 1Mbps；
6. 隔離耐壓 2500VDC；
7. 工作溫度：-40℃~+85℃；
8. 電磁輻射 EME 較低；
9. 電磁抗干擾 EMS 較高；

如上圖所示 CSM300是5V工作電壓，CSM300A是3.3V工作電壓。

如果MCU、MPU側(cè)工作電壓不是1.8V那么就需要增加一個level shift來進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。

此次調(diào)試的板子使用的是CSM300A，只使用其中的SPI接口。

可以在如下搜索框中搜索需要的內(nèi)容：

3. 引腳定義及參考電路

使用SPI轉(zhuǎn)CAN功能時， 需要將MODE引腳接至高電平。MCU的SPI接口與CSM300(A)的 SPI 接口連接，同時 MCU 需要提供 GPIO 與 RST、 INT、 CTL0、 CTL1 引腳連接，實現(xiàn)對 CSM300(A)的有效監(jiān)測與控制。若需要通過 MCU 對CSM300(A)進(jìn)行配置，則需要額外的 GPIO 與 CFG 引腳連接。

引腳說明：

引腳功能說明如下：

1. MODE腳直接接高電壓（高電平對應(yīng)SPI模式，低電平對應(yīng)UART模式）；
2. 10、11、12外接CAN總線，主要用于CAN通信；
3. 3、6、7、24、19引腳接MCU/MPU，配置CSM300A的模式和讀寫操作都要依靠這幾個引腳；
4. 18、21、22、23這4個引腳需要接到MCU/MPU的SPI控制器引腳，主要是CPU側(cè)發(fā)送配置信息和讀寫數(shù)據(jù)的SPI通路；
5. 20 是INT引腳，CSM300A收到數(shù)據(jù)后，滿足一定條件就會下拉該引腳，產(chǎn)生中斷信號，通知CPU讀取數(shù)據(jù)。

二、工作模式

1. 工作模式分類

CSM300(A)上電后， MODE、 CFG 引腳電平會決定產(chǎn)品處于 4 種不同的工作模式的其中一種：SPI 轉(zhuǎn) CAN 模式、 UART 轉(zhuǎn) CAN 模式、 SPI 配置模式、 UART 配置模式。

如上表所示：

1. 如果我們要配置CSM300A，就是要設(shè)置CSM300A模式為SPI配置模式，那么就需要將MODE引腳置為1，CFG置為0，RST置為1；
2. 如果我們要通過CSM300A讀寫數(shù)據(jù)，就是要設(shè)置CSM300A模式為SPI轉(zhuǎn)CAN模式，那么就需要將MODE引腳置為1，CFG置為1，RST置為1；
3. 讀寫數(shù)據(jù)的操作，都屬于SPI轉(zhuǎn)CAN模式，不需要切換模式。
4. 若需要切換產(chǎn)品的工作模式，更改引腳電平后，必須對產(chǎn)品進(jìn)行復(fù)位，才能使其進(jìn)入設(shè) 定的工作模式。需要注意的是，為保證成功復(fù)位， 復(fù)位保持時間最少為 100us，復(fù)位后， 產(chǎn)品初始化等待時間最少 3ms，待產(chǎn)品初始化完成后，才能進(jìn)行正常操作。

下圖是不同模式切換的時序圖。

2. SPI 轉(zhuǎn) CAN 模式（數(shù)據(jù)讀寫）

在此工作模式下， CSM300(A)始終作為 SPI 從機， SPI 限定工作在模式 3（CPOL、 CPHA 均為 1），數(shù)據(jù)長度限定為 8 位， MSB 高位先傳輸。透明轉(zhuǎn)換、透明帶標(biāo)識轉(zhuǎn)換下最高通信 速率為 1.5Mbps，自定義協(xié)議轉(zhuǎn)換最高通信速率為 1Mbps。

SPI 主機可以發(fā)送數(shù)據(jù)至 CAN 總線端， 且可接收 CAN 總線端收到的數(shù)據(jù)。此時 UART 接口無效，不會處理任何出現(xiàn)在 UART 接口的數(shù)據(jù)，也不會返回 CAN 總線端接收到的數(shù)據(jù) 至 UART。

1. SPI 幀 SPI 一次片選有效至片選無效之間的數(shù)據(jù)定義為一幀數(shù)據(jù)。幀與幀之間讀寫緩沖區(qū)數(shù)據(jù)應(yīng)有 40us 的時間間隔。

3. SPI 配置模式

在此模式下， CSM300(A)處于等待配置狀態(tài)， 無法向 CAN 端發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。此模式下僅能通過 SPI 接口進(jìn)行配置。

三、主機控制

CSM300(A)有兩個 SPI 主機控制引腳 CTL0， CTL1， 受主機端控制。主機通過控制 CTL0， CTL1 引腳， 使 CSM300(A)進(jìn)入不同的功能狀態(tài)，實現(xiàn)對 CSM300(A)不同操作目的。主機端控制引腳電平不同對應(yīng)功能如下表所示：

主機可以通過讀從機當(dāng)前狀態(tài)來獲取產(chǎn)品當(dāng)前可以讀取的字節(jié)數(shù)以及可以寫入的字節(jié) 數(shù)。主機將功能選擇為主機讀狀態(tài)，然后通過 SPI 讀出 4 個字節(jié)，即為狀態(tài)碼。狀態(tài)碼由 32 個位構(gòu)成，具體定義如下表所示。

若定義 status[]數(shù)組為 8 位整型， 通過 SPI 讀狀態(tài)依次讀出的數(shù)據(jù)為 status[0]、 status[1]、 status[2]、 status[3]，則其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下圖：

四、反饋機制（中斷）

CSM300(A)只能作為 SPI 從機，不能主動地控制其他 SPI 總線設(shè)備,所以如果接收CAN數(shù)據(jù)幀之后，必須主動返回給CPU側(cè)。

CSM300(A)硬件上的 INT 反饋引腳， 此引腳與主機連接，出現(xiàn)以下兩種情況時， INT 引腳會由高電平變成低電平，通知主機進(jìn)行讀數(shù)據(jù)操作（為避免數(shù)據(jù)丟失，建議主機使用低 電平觸發(fā)方式檢測）：

1. CAN 緩沖區(qū) CAN 幀數(shù)達(dá)到設(shè)置的觸發(fā)點時 當(dāng)產(chǎn)品 CAN 總線端接收緩沖區(qū)接收到的 CAN 幀數(shù)達(dá)到觸發(fā)點時， INT 引腳電平置低， 直到緩沖區(qū)清空， INT 引腳才會恢復(fù)高電平。用戶可以在獲得 INT 信號之后查詢 CSM300(A) 的狀態(tài)，獲取可讀字節(jié)數(shù)，然后讀取緩沖區(qū) CAN 數(shù)據(jù)。

2. CAN 緩沖區(qū)數(shù)據(jù)少于觸發(fā)幀數(shù)，且在設(shè)定時間內(nèi)主機未讀取時 CAN 緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)但少于觸發(fā)幀數(shù)時，若總線長時間未有新增數(shù)據(jù)，且主機未進(jìn)行讀 取操作時， CAN 接收緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)將有可能長期得不到處理， 這就導(dǎo)致數(shù)據(jù)的實時性不高。為了解決少量數(shù)據(jù)的實時性問題， CSM300(A)內(nèi)部設(shè)置了一個計時器，若 CAN 緩沖區(qū)的數(shù) 據(jù)在一定時間內(nèi)未被讀取， 將觸發(fā) INT 引腳置低，通知主機讀取數(shù)據(jù)。CSM300(A)在接收 到最后一幀數(shù)據(jù)時， 計時器啟動，主機進(jìn)行讀取操作時復(fù)位計時器。

五、組網(wǎng)方式

CAN 總線一般使用直線型布線方式，總線節(jié)點數(shù)可達(dá) 110 個。布線推薦使用屏蔽雙絞線， CANH、 CANL 與雙絞線線芯連接， CGND 與屏蔽層連接，最后屏蔽層單點接地。

得益于 CSM300(A)的最低波特率 5kbps，總線的最長通信距離可達(dá) 10km。

六、移植

1. 硬件連接圖

如上圖所示：

1. SOC上已經(jīng)集成了SPI控制器，廠家的sdk已經(jīng)包含了spi控制器的設(shè)備樹和驅(qū)動信息；
2. SOC的SPI控制器引腳需要先連接level shift進(jìn)行升壓，板子電壓是1.8V，而CSM300要求電壓是3.3V；
3. SOC的GPIO 76/107/113/114通過level shift分別連接CSM300A的RST/CFG/CTL1/CTL0；
4. 在PC上運行CAN-Test軟件，可以通過USB轉(zhuǎn)CAN設(shè)備從CAN總線上讀取和發(fā)送數(shù)據(jù)。

【注】USB轉(zhuǎn)CAN設(shè)備，可以自行搜索，杜絕廣告。

2. 設(shè)備樹

以下是官方提供的設(shè)備樹：

csm300@0 {
 pinctrl-names = "default";
 pinctrl-0 =<&pinctrl_csm300>;
 gpios=<&gpio3 21 0 /*ctl0*/ &gpio3 22 0 /*ctl1*/ &gpio3 30 0 /*rst*/ &gpio3 31 0 /*cfg*/ >;
 interrupt-parent = <&gpio3>;
 interrupts = <26 IRQ_LEVEL_LOW>;
 compatible = "zhiyuan,csm300";
 spi-max-frequency = <500000>;
 reg = <1>;
 status = "okay";
}; 

以下是根據(jù)自己的平臺修改的結(jié)果，讀者移植的時候需要根據(jù)自己的平臺來移植，不可教條。

csm300@0 {
 pinctrl-names = "default";
 gpios=<&gpio 114 0 /*ctl0*/ &gpio 113 0 /*ctl1*/ &gpio 76 0 /*rst*/ &gpio 107 0 /*cfg*/ >;
 interrupt-parent = <&gpio>;
 interrupts = <196 IRQ_LEVEL_LOW>;
 compatible = "zhiyuan,csm300";
 spi-max-frequency = <500000>;
 reg = <0>;
 status = "okay";
}; 

3. 驅(qū)動

官方會提供驅(qū)動程序csm300.c，具體實際原理，本篇暫不討論。

拷貝到以下目錄：

drivers/net/can/spi 

修改本級目錄下的Makefile

 obj-$(CONFIG_CAN_CSM300) += csm300.o 

修改本級目錄下的Kconfig

config CAN_CSM300
 tristate "Microchip CSM300 driver" depends on SPI 
 ---help---
   Driver for the Microchip CSM300  . 

執(zhí)行make menuconfig 驅(qū)動位置如下：

選中該驅(qū)動：

重新編譯內(nèi)核即可。

注意：該驅(qū)動還需要依賴CAN和SPI，一定要選上 。

4. 增加調(diào)試接口

在調(diào)試過程中，會有各種原因?qū)е耤sm300驅(qū)動無法注冊成功，那如何判定是spi控制器驅(qū)動有問題，還是csm300驅(qū)動有問題呢？

為了方便通過spi控制器發(fā)送出波形，我們增加以下代碼，用于在板子目錄/sys/bus/spi/drivers/csm300中創(chuàng)建state文件節(jié)點，通過寫入不同的值來產(chǎn)生spi數(shù)據(jù)，或者控制RST、 CFG、 CTL0、 CTL1這4個引腳。

1. 增加函數(shù)csm300_spi_store()

重點說明一下函數(shù)**check_csm300()**是驅(qū)動自帶的用于測試CSM300的SPI通信功能的函數(shù)。

該函數(shù)會先將CSM300A設(shè)置為SPI配置模式，然后寫入9個數(shù)據(jù)，然后再讀取出數(shù)據(jù)，進(jìn)行校驗數(shù)據(jù)是否正確。

1. 修改probe函數(shù)

struct net_device *global_net = NULL ; csm_probe()
{
 ……
 global_net = net;
 ret = check_csm300(net);
 ……
 ret = driver_create_file(&(csm300_can_driver.driver),&driver_attr_state); if(ret < 0){
  ret = -ENOENT; goto out_free;
 }
 ……
} 

1. 測試命令 進(jìn)入csm300模塊目錄

cd /sys/bus/spi/drivers/csm300 

1. 產(chǎn)生spi數(shù)據(jù)

echo 3 > state 

1. 拉高RST、 CFG、 CTL0、 CTL1

echo 1 > state 

1. 拉低RST、 CFG、 CTL0、 CTL1

echo 0 > state 

5. 正確的開機log與波形

開機后驅(qū)動會調(diào)用check_csm300()來測試spi通道，發(fā)送的數(shù)據(jù)為F7:F8:02……

以下為SPI接口的CLK和MOSI引腳的波形：

可以看到數(shù)據(jù)與我們發(fā)送的是一致的。

6. 接收數(shù)據(jù)波形圖

接收數(shù)據(jù)步驟如下：

1. 運行于PC上的CAN Test 軟件發(fā)送數(shù)據(jù) 00 01 02 03 04 05 06 07，
2. 經(jīng)過USB轉(zhuǎn)CAN設(shè)備后，轉(zhuǎn)換成了差分信號，
3. 到達(dá)CSM300A之后，信號被調(diào)制成矩形方波，
4. CSM300A通過拉低引腳INT向cpu發(fā)送中斷信號，調(diào)用CSM300A注冊的中斷函數(shù)，
5. 運行于CPU上的CSM300A中斷程序通過SPI接口讀走CSM300A上的數(shù)據(jù)，
6. CSM300A緩沖區(qū)數(shù)據(jù)被讀走后，拉高INT，
7. 驅(qū)動程序?qū)⒔邮盏降臄?shù)據(jù)上傳給應(yīng)用層，于是candump命令得到了CAN幀的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)發(fā)送過程和上述過程類似。

7. CAN命令

如果文件系統(tǒng)中沒有can命令，需要自行移植。

1） 設(shè)置波特率并開啟can0口

ip link set can0 up type can bitrate 800000 

2） 發(fā)送數(shù)據(jù)

cansend can0 1F334455#1122334455667788 

3） 查看接收的數(shù)據(jù)

candump can0 

七、出錯記錄

調(diào)試過程中遇到了很多的錯誤，CSM300A定位問題步驟：

1. 首先用示波器測試CSM300的MOSI引腳的波形，是不是和第七章第5節(jié)的波形一致，如果不一致，說明SPI控制器驅(qū)動加載不正確；
2. 要通過SPI控制器產(chǎn)生數(shù)據(jù)，使用命令echo 3 > state;
3. 如果波形一致，就測量RST、 CFG、 CTL0、 CTL1這四個引腳，查看電平是否正確；
4. RST、 CFG、 CTL0、 CTL1控制是否正確，可以用echo 0 > state、echo 1 > state分別拉低拉高，查看對這幾個引腳的控制是否正常。

基本上照著這個思路去調(diào)試很快就能定位到問題。

以下是驅(qū)動加載出錯的log，出錯的原因主要是調(diào)用check_csm300()函數(shù)向CSM300A寫入數(shù)據(jù)再讀取出來后數(shù)據(jù)不匹配，從而判定加載出錯。

1. CFG引腳拉低異常

現(xiàn)象：check_csm300()函數(shù)始終報錯。

分析：check不成功，基本上原因是SPI控制器與CSM300通信出了問題。首先用示波器，查看SPI發(fā)送的數(shù)據(jù)是否正常到達(dá)CSM300（用示波器抓取SSEL、CLK、MOSI），結(jié)果是正常的。

于是檢測檢測 RST、 CFG、 CTL0、 CTL1四個引腳。如下圖所示，使用echo 0 > state 拉低CFG引腳，發(fā)現(xiàn)沒有拉到0V。

解決方案：

交給硬件工程師去改。這兄弟給CFG加了一個反向電阻，驅(qū)動部分需要將所有設(shè)置CFG的代碼，全部反置。

gpio_set_value(priv->CFG,0);
修改成
gpio_set_value(priv->RST,1); 

gpio_set_value(priv->CFG,1);
修改成
gpio_set_value(priv->RST,0); 

2. RST 延時不夠

現(xiàn)象：echo 0 > state 可以拉低，測量也是正確的，但是CSM300始終無法接收到數(shù)據(jù)幀。

分析：一般數(shù)據(jù)接收不到，有兩種可能：就是CSM300給出的中斷信號CPU沒有截取到，CSM300沒有處于SPI轉(zhuǎn)CAN模式。

先用示波器確定了，USB轉(zhuǎn)CAN的數(shù)據(jù)已經(jīng)成功到達(dá)CSM300，于是檢測對應(yīng)的引腳電平 RST、 CFG、 CTL0、 CTL1，發(fā)現(xiàn)也是對的。

檢查中斷計數(shù)，用cat /proc/interrupts查看CSM300是否有中斷計數(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)為0。

懷疑CSM300沒有rst成功，于是執(zhí)行echo 3 > state，查看rst是否正確設(shè)置，結(jié)果發(fā)現(xiàn)以下波形，確定了該引腳拉高比較緩慢，所以CSM300采樣不到這個電平。

修改方法：驅(qū)動中每次rst操作，都要增加延遲時間：

gpio_set_value(priv->RST,0);
usleep_range(2000,2300);
gpio_set_value(priv->RST,1); 

修改后，執(zhí)行echo 3 > state，RST波形如下所示。