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CAN-超时计数器（Timeout Counter）

news 2025/10/3 7:20:31

超时计数器

（Timeout Counter）

概述

本文基于Bosch的《M_CAN Controller Area Network User’s Manual》，超时计数器是 M_CAN（控制器区域网络）中一项关键的硬件监测机制，专门用于实时监测 Rx FIFO 0、Rx FIFO 1 和 Tx Event FIFO 这三类存储结构的数据流处理状态。其核心功能是在 FIFO 中的数据长时间未被主机读取（Rx FIFO）或事件未被响应（Tx Event FIFO）时，通过硬件级触发提醒，确保数据处理的实时性，同时减少软件轮询带来的系统开销。

在这里插入图片描述

作用

超时计数器是 M_CAN 为这三个关键存储结构设计的 “超时监测工具”
- Rx FIFO 0
- Rx FIFO 1
- Tx Event FIFO
会在 FIFO 数据长时间未被主机处理时触发提醒
- Rx FIFO 的数据未读取
- Tx Event FIFO 的事件未响应
核心目标
- 通过硬件级监测，确保 FIFO 数据处理的实时性，减少软件轮询的开销

超时计数器的硬件特性与基础规则

硬件参数

16-bit 宽度
- 计数范围为 0x0000 ~ 0xFFFF（共 65536 个数值）
- 可覆盖从 “微秒级” 到 “秒级” 的超时周期（取决于 CAN 位时间配置）
递减计数器（down-counter）
- 计数器从 “预设值” 开始逐次减 1，减到0x0000时触发超时
共享预分频器（TSCC.TCP）
- 与 “时间戳计数器” 共用预分频器。
  - 确保两者的 “时间单位一致”
- 决定 “计数器每递减 1 所需的时间”
- 计数周期 = (TSCC.TCP + 1) × CAN 位时间
  - 例如：CAN 位时间 = 2μs，TSCC.TCP=3 → 计数周期 = 4×2μs=8μs，即每 8μs 计数器减 1

配置与读取寄存器

配置寄存器：
- TOCC（Timeout Counter Configuration）：
  - 负责设置超时计数器的：
  - 超时周期
  - 工作模式
  - 使能状态
读取寄存器：
- TOCV（Timeout Counter Value）
  - 通过TOCV.TOC[15:0]读取计数器当前的递减值
  - 例如：TOCV.TOC=0x0080，表示计数器还剩 128 个计数周期才超时

启动与停止条件

启动条件：
- 仅当CCCR.INIT = 0（M_CAN 初始化完成，进入正常工作模式）时，超时计数器才能启动
停止条件：
- 当CCCR.INIT = 1（M_CAN 进入初始化状态）时，计数器强制停止
  - 典型场景是 M_CAN 进入Bus_Off 状态（总线离线，因错误计数器超限）
  - 此时 CAN 通信中断，超时监测无意义

TOCC 寄存器的关键位

ETOC
- TOCC.0
- 超时计数器使能位
  - 0 = 禁用
  - 1 = 启用（必须置 1，计数器才会工作）
TOS[1:0]
- TOCC.2:1
- 操作模式选择
  - 00 = 连续模式
  - 01 = 由 Tx Event FIFO 控制
  - 10 = 由 Rx FIFO 0 控制
  - 11 = 由 Rx FIFO 1 控制
TOP[15:0]
- TOCC.31:16
- 超时周期（预设值）
  - 计数器启动时的初始值，决定 “从启动到超时的总时间”
  - （总时间 = TOP × 计数周期）

工作模式

连续模式（Continuous Mode，TOS=00）
- 启动时机
  - 当CCCR.INIT从 1（初始化）复位为 0（正常工作）
- 手动预设逻辑
  - 向TOCV寄存器写入任意值时，计数器会立即被 “预设为 TOCC.TOP”，且继续递减
    - 非停止计数
    - 例如：计数器当前值 = 0x0050，TOCC.TOP=0x0100，写 TOCV 后，计数器变为 0x0100，下一个计数周期减为 0x00FF
- 循环特性
  - 无间断监测
  - 超时（计数器到 0）后，计数器会立即重新加载 TOCC.TOP，继续下一轮递减
- 应用场景
  - 适用于 “全局超时监测”
    - 例如系统需要定期检查 FIFO 状态，无论 FIFO 是否有数据，都持续监测超时
    - 如防止系统死机导致 FIFO 长期未处理
FIFO 控制模式（TOS=01/10/11）
- 空 FIFO 状态
  - 仅待命
  - 当受控的 FIFO（如 Rx FIFO 0）为空时，计数器会被 “预设为 TOCC.TOP”，但不开始递减
- 启动计数时机
  - 监测 “数据存入后到处理的时间”
  - 当第一个数据元素存入 FIFO 时，计数器才开始从 TOCC.TOP 递减
- 写 TOCV 无效
  - 向 TOCV 写入值不会改变计数器状态
  - 避免软件误操作干扰 FIFO 专属监测
- 重置逻辑
  - 若 FIFO 中的数据被主机处理（如 Rx FIFO 数据被读取、FIFO 清空）
  - 计数器会重新被预设为 TOCC.TOP，等待下一个 FIFO 元素存入
- 应用场景
  - 适用于 “FIFO 数据专属监测”
    - 例如监测 Rx FIFO 0 中的数据是否在预设时间内被 CPU 读取
    - 若超过时间未读取，触发超时中断，提示 CPU 处理

超时触发与中断反馈

超时触发动作
- 无论哪种模式，当计数器递减到0x0000时，中断标志 IR.TOO（Timeout Occurred，位 18）会置 1
  - 若需触发硬件中断，需额外配置IE.TOOE（位 18）为 1
  - 并通过ILS.TOOL配置中断线（m_can_int0/m_can_int1）
模式差异处理
- 连续模式
  - 超时后立即重新加载 TOCC.TOP，继续下一轮计数
- FIFO 控制模式
  - 超时后仅置位 IR.TOO，计数器状态随 FIFO 变化
    - 空 FIFO 时保持 TOCC.TOP，新元素存入时重新启动递减

注意事项

时钟来源导致的计数偏差

超时计数器时钟来源：CAN Core 的采样点信号
CAN Core 机制：
- 通过同步 / 重同步机制调整采样点位置
- 如总线信号延迟时
结果：
- 计数器每次递减精确时间有微小偏差
宏观情况：
- 超时周期仍符合 TOCC.TOP 配置

CAN FD 位速率切换的影响

CAN FD 位速率切换（BRS=1）时仲裁段（低速）和数据段（高速）CAN 位时间不同
- 由 NBTP/DBTP 分别配置
由于超时计数器的计数周期 = (TSCC.TCP + 1) × CAN 位时间
- 因此计数器在仲裁段和数据段的递减间隔会不同
示例：若 TSCC.TCP=3（计数周期系数为 4），仲裁段位时间 = 2μs（对应 500kbit/s）、数据段位时间 = 0.5μs（对应 2Mbit/s）
- 则仲裁段计数周期 = 4×2μs=8μs，数据段计数周期 = 4×0.5μs=2μs
注意：
- 该差异是 CAN 位时间变化导致，计数器本身仍按 “计数周期递减” 的基础逻辑工作”