Skip to content
BranchesTags
 
 

Repository files navigation

Датчик давления STM32F103 с CANopen (CiA 404)

Прошивка измеряет давление через АЦП ADS1220, рассчитывает глубину и публикует результаты в сети CANopen. Устройство работает как CANopen slave с фиксированными параметрами:

Параметр Значение
Микроконтроллер STM32F103C8T6
CANopen Node-ID 3
Скорость CAN 250 кбит/с
CAN-фреймы Classic CAN, стандартный 11-битный ID
Heartbeat 1000 мс
TPDO TPDO1, COB-ID 0x183, 8 байт
SDO request/response 0x603 / 0x583
Профиль измерений базовый набор CiA 404-1
Стек CANoopEn 3.1.10

Это базовая совместимая реализация CiA 404, но она не заявляет прохождение официального CANopen conformance test.

Что происходит после включения

  1. Инициализируются тактирование, GPIO, SPI1, CAN1 и ADS1220.
  2. CANopen-узел отправляет boot-up кадр 0x703 [00].
  3. Узел переходит в состояние NMT Pre-operational и раз в секунду отправляет heartbeat 0x703 [7D].
  4. В Pre-operational уже доступен SDO-сервер, поэтому мастер может читать object dictionary.
  5. Измерения обновляются внутри object dictionary, но TPDO ещё не передаётся.
  6. Мастер отправляет NMT Start: 0x000 [01 03].
  7. Узел переходит в Operational и начинает отправлять TPDO1 после каждой корректной выборки ADS1220 — примерно 20 раз в секунду.

Первая корректная выборка после включения сохраняется как атмосферная опора. Поэтому первая рассчитанная глубина равна 0 мм.

Архитектура проекта

ADS1220
   │ raw ADC
   ▼
PressureProcessor ──► pressure, depth
   │
   ▼
PressureSensorCanopen ──► Object Dictionary ──► CANoopEn
                                                   │
                                                   ▼
                                    CanDriver ──► STM32 bxCAN ──► CAN bus

Основные файлы:

Файл Назначение
Core/Src/main.cpp Инициализация платы и основной цикл
Core/Src/ADS1220.cpp Обмен с внешним АЦП
Core/Inc/pressure_processing.hpp Пересчёт кода АЦП в давление и глубину
Core/Src/CANopen/PressureSensorCanopen.cpp Прикладной CANopen-узел, NMT и публикация измерений
Core/Src/CANopen/CanDriver.cpp Драйвер STM32F103 bxCAN и очереди RX/TX
Core/Inc/CANopen/CoSettings.hpp Ограничения памяти и включённые возможности стека
EDS/PressureSensor.eds Главный редактируемый источник object dictionary
Core/Inc/CANopen/PressureSensorOd.hpp Сгенерированное объявление object dictionary
Core/Src/CANopen/PressureSensorOd.cpp Сгенерированная реализация object dictionary
Drivers/CANoopEn Git submodule со стеком CANoopEn

CANoopEn подключается без изменений внутри submodule. Нужные исходники, include paths и отключённые возможности задаются локально в корневом CMakeLists.txt.

Как работает прошивка

Запуск устройства

Точка входа находится в Core/Src/main.cpp. Последовательность запуска следующая:

  1. HAL_Init() настраивает HAL и системный таймер STM32.
  2. SystemClock_Config() поднимает частоту ядра до 72 МГц и PCLK1 до 36 МГц.
  3. Инициализируются GPIO, SPI1 и CAN1.
  4. externalAdc.Init() настраивает ADS1220.
  5. canopenNode.Init() подключает к CANoopEn источник времени HAL_GetTick(), запускает CAN-драйвер и CANopen slave.
  6. После успешной инициализации устанавливается сигнал STM_ALIVE.
  7. Управление остаётся в бесконечном основном цикле; операционная система и потоки не используются.

Если ADS1220 или CAN не удалось запустить, вызывается Error_Handler() и основной цикл не начинается.

Основной цикл и измерение

На каждой итерации while (1) выполняются две независимые задачи:

canopenNode.Proceed()       обработать CAN и таймеры CANopen
externalAdc.ReadMeasurement()
        │
        ├── данных ещё нет ──► продолжить ожидание
        ├── ошибка SPI ──────► MarkMeasurementInvalid()
        └── готовый код АЦП ─► PressureProcessor::Process()
                                      │
                                      ├── ошибка ─► MarkMeasurementInvalid()
                                      └── pressure/depth ─► PublishMeasurement()

Когда преобразование закончено, прерывание EXTI3_IRQHandler сообщает драйверу ADS1220 о спаде сигнала DRDY. Чтение SPI выполняется из основного цикла, а не внутри обработчика прерывания. После чтения немедленно запускается следующая выборка.

PressureProcessor выполняет целочисленный пересчёт:

код ADS1220 ─► напряжение, мВ ─► абсолютное давление, Па ─► глубина, мм

Используется модель датчика 0,5–4,5 В с диапазоном 0–300 PSI. Первая корректная величина давления сохраняется как атмосферная опора. Глубина рассчитывается по избыточному давлению; если текущее давление не выше опорного, результат равен нулю.

Публикация измерения

PressureSensorCanopen::PublishMeasurement() делает четыре записи в object dictionary:

0x9100:01 = rawAdc;
0x9130:01 = pressurePa;
0x2000:00 = depthMm;
0x6150:01 bit 0 = 0;

После этого WritePdoAsync(1) просит CANoopEn сформировать TPDO по mapping из 0x1A00. Вызов выполняется только при operational_ == true. Этот флаг обновляется callback-функцией OnNmtStateChange() после команды NMT Start/Stop/Pre-operational.

MarkMeasurementInvalid() устанавливает bit 0 объекта 0x6150:01. Давление и глубина при этом не перезаписываются, поэтому через SDO остаются доступны последние корректные значения. TPDO для ошибочной выборки не формируется.

Приём и передача CAN

Аппаратные обработчики CAN вызывают STM32 HAL, а CanDriver переносит кадры между прерываниями и основным циклом через две кольцевые очереди по 16 кадров:

CAN RX interrupt ─► RX queue ─► PressureSensorCanopen::Proceed() ─► CANoopEn
CANoopEn ─► TX queue ─► свободный bxCAN mailbox ─► CAN TX interrupt

Фильтр принимает только стандартные 11-битные CAN-ID. Extended CAN и кадры длиннее восьми байт отбрасываются. При переполнении увеличивается внутренний счётчик droppedRxFrames_ или droppedTxFrames_; в текущей версии эти счётчики не опубликованы в OD.

PressureSensorCanopen::Proceed():

  • передаёт все принятые кадры стеку;
  • локально преобразует стандартную NMT-команду Pre-operational 0x80 в значение, ожидаемое CANoopEn 3.1.10;
  • каждые 10 мс запускает периодическую обработку NMT, heartbeat, SDO и таймаутов.

Callback-функции CANoopEn

Класс PressureSensorCanopen реализует несколько обязательных интерфейсов стека:

Метод Когда вызывается Что делает сейчас
SendCanMessage() Стек сформировал CAN-кадр Передаёт кадр в TX-очередь драйвера
OnNmtStateChange() Изменилось NMT-состояние Разрешает или запрещает отправку TPDO
OnValueChanged() Объект был изменён через SDO/PDO Ничего; аргументы подавляют предупреждения компилятора
OnSdoAbort() SDO-транзакция завершилась abort Ничего
OnNmtCommand() Получена NMT-команда Ничего; состояние обрабатывается в OnNmtStateChange()
OnHeartbeatTimeout() Истёк heartbeat удалённого узла Ничего, так как heartbeat consumer не используется приложением
OnDebugOutput() Стек выводит диагностическое сообщение Ничего; UART-логирование не подключено

Пустые callback-функции всё равно нужны: они объявлены как pure virtual в интерфейсах CANoopEn. Без их реализации PressureSensorCanopen был бы абстрактным классом.

Коротко о CANopen

CANopen использует обычные CAN-кадры, но заранее определяет назначение идентификаторов и формат данных.

  • NMT управляет состоянием узла: Start, Stop, Pre-operational и Reset.
  • SDO читает или записывает отдельный объект по паре index:sub-index.
  • PDO быстро передаёт заранее настроенный набор процессных данных без индексов и служебных полей.
  • Heartbeat сообщает, что узел жив, и показывает его текущее NMT-состояние.
  • Object Dictionary (OD) — таблица всех доступных параметров и измерений устройства.
  • EDS — текстовое описание OD для CANopen-конфигураторов и генераторов кода.

Устройство поддерживает NMT, heartbeat producer, SDO server и один TPDO. В этой версии отсутствуют RPDO, SYNC, TIME, EMCY, LSS, MPDO и SDO block transfer.

CAN-идентификаторы

CAN-ID Направление Назначение
0x000 мастер → узел NMT-команда
0x183 узел → сеть TPDO1: давление и глубина
0x603 клиент → узел SDO request для Node-ID 3
0x583 узел → клиент SDO response для Node-ID 3
0x703 узел → сеть boot-up и heartbeat

Node-ID мастера не влияет на приоритет NMT: приоритет CAN определяется идентификатором кадра. NMT имеет CAN-ID 0x000, то есть наивысший приоритет среди используемых здесь сообщений.

NMT-команды

NMT-кадр содержит два байта: код команды и Node-ID. Node-ID 0 адресует все узлы.

Действие Данные для узла 3 Heartbeat после команды
Start 01 03 05 — Operational
Stop 02 03 04 — Stopped
Pre-operational 80 03 7D — Pre-operational
Reset node 81 03 новый boot-up 00, затем Pre-operational
Reset communication 82 03 новый boot-up 00, затем Pre-operational

Формат TPDO1

TPDO1 передаётся с CAN-ID 0x183, DLC 8. Все многобайтные числа передаются в little-endian порядке: младший байт первым.

Байты OD-объект Тип Значение
0..3 0x9130:01 INTEGER32 абсолютное давление, Па
4..7 0x2000:00 UNSIGNED32 глубина, мм

Пример: давление 101325 Па (0x00018BCD) и глубина 1234 мм (0x000004D2) передаются так:

CAN-ID  DLC  DATA
0x183   8    CD 8B 01 00 D2 04 00 00

TPDO отправляется только при двух условиях:

  1. новая выборка успешно обработана;
  2. узел находится в NMT Operational.

При ошибке измерения выставляется 0x6150:01, bit 0 — Not valid. Последние корректные давление и глубина остаются в OD, новый TPDO не отправляется.

Object Dictionary и EDS

EDS находится в EDS/PressureSensor.eds. Это обычный текстовый INI-подобный файл стандарта CiA 306. Его можно открыть любым текстовым редактором или EDS-редактором.

Важно: EDS в этом проекте не генерируется из C++. Наоборот, EDS является исходником, из которого официальная утилита Eds2Od генерирует C++ object dictionary.

PressureSensor.eds
        │ Eds2Od
        ├──► PressureSensorOd.hpp
        └──► PressureSensorOd.cpp

В EDS указаны только 250 кбит/с, один TPDO, отсутствие RPDO и отсутствие LSS.

Как читать структуру EDS

Каждый раздел начинается именем в квадратных скобках, а параметры записываются как ключ=значение. Комментарии начинаются с ;. Регистр шестнадцатеричных чисел не важен, но в проекте используется запись с префиксом 0x.

Файл состоит из трёх смысловых частей:

  1. сведения о файле и устройстве;
  2. списки поддерживаемых объектов;
  3. описание каждого объекта и его подындексов.

Основные служебные секции:

Секция Что в ней находится
[FileInfo] Имя, версия, дата создания и описание самого EDS-файла
[DeviceInfo] Производитель, код продукта, ревизия и заявленные возможности CANopen
[DummyUsage] Использование dummy-типов для PDO mapping; здесь всё отключено
[Comments] Пояснение назначения устройства для человека
[MandatoryObjects] Обязательные объекты CiA 301
[OptionalObjects] Использованные стандартные и профильные объекты
[ManufacturerObjects] Пользовательские объекты диапазона 0x2000–0x5FFF

В [DeviceInfo] строки BaudRate_250=1, NrOfTXPDO=1, NrOfRXPDO=0 и LSS_Supported=0 сообщают конфигуратору возможности устройства. Они не изменяют регистры STM32 и не включают модули CANoopEn при сборке.

Поля одного объекта

Простой объект описывается одной секцией. Например, глубина:

[2000]
ParameterName=Depth Millimeters
ObjectType=0x7
DataType=0x0007
AccessType=ro
DefaultValue=0
PDOMapping=1
Поле Значение
ParameterName Читаемое человеком имя
ObjectType=0x7 VAR, то есть одиночное значение
DataType=0x0007 Тип UNSIGNED32
AccessType=ro Мастер может читать, но не записывать
DefaultValue=0 Начальное значение после запуска
PDOMapping=1 Объект разрешено включать в PDO

Использованные в проекте типы:

DataType Тип CANopen Размер
0x0004 INTEGER32 32 бита
0x0005 UNSIGNED8 8 бит
0x0006 UNSIGNED16 16 бит
0x0007 UNSIGNED32 32 бита
0x0009 VISIBLE_STRING строка

Основные режимы доступа: const — константа, ro — только чтение, rw — чтение и запись. Сетевой доступ проверяется SDO-сервером: попытка записи в ro или const завершается SDO abort.

RECORD и подындексы

Составной объект использует ObjectType=0x9 (RECORD). Например, Identity Object:

[1018]
ParameterName=Identity Object
ObjectType=0x9
SubNumber=5

[1018sub0]
ParameterName=Number of Entries
...
DefaultValue=4

[1018sub1]
ParameterName=Vendor ID
...

SubNumber=5 означает, что описаны секции от sub0 до sub4. Подындекс 0 хранит число содержательных записей, а данные начинаются с подындекса 1. В этом проекте ObjectType=0x8 (ARRAY) используется для однотипных каналов CiA 404, например 0x6110 и 0x9130; структура секций с sub0, sub1 аналогична.

Списки объектов

Каждый добавленный объект должен присутствовать ровно в одном из списков. Число SupportedObjects обязано совпадать с количеством строк ниже него:

[ManufacturerObjects]
SupportedObjects=2
1=0x2000
2=0x2001

Если добавить секцию [2001], но забыть строку 2=0x2001, конфигуратор или Eds2Od может не включить объект. Если удалить объект, нужно также удалить его из списка и перенумеровать строки без пропусков.

Как задаётся TPDO mapping

[1800] описывает способ передачи TPDO1, а [1A00] — его полезную нагрузку:

[1800sub1]
DefaultValue=$NODEID+0x180

[1800sub2]
DefaultValue=255

[1A00sub0]
DefaultValue=2

[1A00sub1]
DefaultValue=0x91300120

$NODEID подставляется при создании OD. Для Node-ID 3 получается 0x180 + 3 = 0x183. Transmission type 255 означает асинхронную, управляемую событием отправку; в коде таким событием является корректное новое измерение.

32-битное значение mapping кодируется так:

0x IIII SS LL
   │    │  └── длина в битах
   │    └───── sub-index
   └────────── index

0x91300120 = index 0x9130, sub-index 0x01, 0x20 = 32 бита

Одного PDOMapping=1 недостаточно: объект также должен быть перечислен в 0x1A00. И наоборот, mapping не должен ссылаться на объект с PDOMapping=0. Суммарная длина TPDO не может превышать 64 бита. Текущий TPDO уже занимает все восемь байт, поэтому третий объект можно добавить только после удаления другого поля, уменьшения размеров или создания ещё одного TPDO с соответствующими изменениями кода и CoSettings.hpp.

Что EDS настраивает, а что только описывает

EDS является источником generated object dictionary и описанием для внешних CANopen-инструментов, но не заменяет конфигурацию периферии и приложения:

Изменение Где менять
Начальное значение, тип или доступ OD EDS, затем запустить Eds2Od
Identity [DeviceInfo] и 0x1018 в EDS должны совпадать
Имя и версии 0x1008–0x100A EDS и пользовательская инициализация строк в PressureSensorOd.cpp
Node-ID kNodeId в PressureSensorCanopen.hpp; $NODEID пересчитает COB-ID
Скорость CAN MX_CAN_Init() и pressure.ioc; в EDS отметить ту же поддерживаемую скорость
Состав TPDO 0x1A00 и PDOMapping в EDS, затем генерация
Число TPDO и лимиты стека EDS, CoSettings.hpp и при необходимости CMake-настройки CANoopEn
Формула давления/глубины pressure_processing.hpp, а не EDS

Используемый генератор Eds2Od не заполняет буферы VISIBLE_STRING из DefaultValue. Поэтому 0x1008–0x100A дополнительно устанавливаются в конце конструктора PressureSensorOd, за пределами generated-маркеров. При изменении этих строк нужно синхронно исправить EDS и эти три вызова SetValue().

Безопасные примеры настройки

Чтобы изменить heartbeat по умолчанию с 1000 на 500 мс:

  1. найдите [1017];
  2. замените DefaultValue=1000 на DefaultValue=500;
  3. перегенерируйте OD и соберите прошивку;
  4. проверьте по candump, что heartbeat приходит дважды в секунду.

Чтобы добавить новый read-only параметр UNSIGNED16 с индексом 0x2001, добавьте его в [ManufacturerObjects], исправьте SupportedObjects, затем создайте секцию:

[2001]
ParameterName=Example Parameter
ObjectType=0x7
DataType=0x0006
AccessType=ro
DefaultValue=0
PDOMapping=0

После генерации приложение должно обновлять его вызовом objectDictionary_.SetValue(0x2001, 0x00, value). Если объект должен изменяться мастером, используйте AccessType=rw и обработайте изменение в OnValueChanged(). Для параметров, требующих сохранения после выключения питания, отдельно нужна реализация Flash-хранилища: EDS сам по себе значения не сохраняет.

Объекты связи

Объект Доступ Назначение
0x1000:00 ro Device type 0x00020194, CiA 404 analog-input block
0x1001:00 ro CANopen error register
0x1008:00 const Имя устройства SAUVC Pressure Sensor
0x1009:00 const Версия аппаратуры 1.0
0x100A:00 const Версия прошивки 1.0.0
0x1017:00 rw Период heartbeat, по умолчанию 1000 мс
0x1018 ro Identity: vendor, product, revision и serial
0x1200 ro Параметры SDO server, COB-ID 0x603/0x583
0x1800 ro Параметры TPDO1, COB-ID 0x183, transmission type 255
0x1A00 ro TPDO1 mapping

Объекты измерительного канала

Объект Тип Доступ Назначение
0x6110:01 UNSIGNED16 const Тип датчика 90, pressure transducer
0x6131:01 UNSIGNED32 const Единица 0x00220000, паскаль
0x6132:01 UNSIGNED8 const Число десятичных разрядов 0
0x6150:01 UNSIGNED8 ro Статус давления; bit 0 — Not valid
0x9100:01 INTEGER32 ro Исходный код ADS1220
0x9130:01 INTEGER32 ro Абсолютное давление, Па
0x2000:00 UNSIGNED32 ro Глубина, мм; manufacturer-specific объект

Mapping TPDO занимает ровно 64 бита:

0x1A00:01 = 0x91300120  # index 9130, sub-index 01, длина 0x20 = 32 бита
0x1A00:02 = 0x20000020  # index 2000, sub-index 00, длина 0x20 = 32 бита

Состав аналогового канала следует базовой модели CiA 404, где различаются field value и process value. Практический пример mapping 0x91300120 и передачи INTEGER32 младшим байтом вперёд приведён в руководстве CANopen-датчика Danfoss:

Как изменить EDS и повторно сгенерировать OD

Используется официальная утилита CANoopEnTools/Eds2Od. CANoopEnTools намеренно не добавлен в этот репозиторий как ещё один submodule.

Вариант 1: готовый Eds2Od

  1. Скачайте исполняемый файл для своей ОС со страницы CANoopEnTools Releases.

  2. На Linux выдайте разрешение на запуск:

    chmod +x /путь/к/Eds2Od

  3. Из корня этого репозитория выполните:

    /путь/к/Eds2Od \
  EDS/PressureSensor.eds \
  Core/Src/CANopen/PressureSensorOd.cpp \
  Core/Inc/CANopen/PressureSensorOd.hpp

Порядок аргументов важен: сначала EDS, затем .cpp, затем .hpp.

Вариант 2: запуск Eds2Od из исходников

Для актуальной версии CANoopEnTools требуется .NET SDK 10.

git clone https://github.com/xyntos-ch/CANoopEnTools.git ../CANoopEnTools

dotnet run --project ../CANoopEnTools/Eds2Od/Eds2Od.csproj -- \
  EDS/PressureSensor.eds \
  Core/Src/CANopen/PressureSensorOd.cpp \
  Core/Inc/CANopen/PressureSensorOd.hpp

Правильный порядок изменения словаря

  1. Отредактируйте EDS/PressureSensor.eds.

  2. Проверьте SupportedObjects, тип данных, доступ и PDOMapping изменённых объектов.

  3. Если изменяется TPDO, убедитесь, что суммарная длина mapping не превышает 64 бита.

  4. Запустите Eds2Od.

  5. Не исправляйте вручную код между маркерами:

    // *** BEGIN GENERATED CODE (Eds2Od) ***
// *** END GENERATED CODE ***

  6. Пользовательский код размещайте только вне этих маркеров. Eds2Od сохраняет такие участки при повторной генерации. Так, строки 0x1008..0x100A инициализируются вне generated-региона.

  7. Если сборка сообщает, что MaxNumberOfOdEntries слишком мал, проверьте изменение и при необходимости увеличьте лимит в Core/Inc/CANopen/CoSettings.hpp.

  8. Соберите Debug и Release.

  9. Повторно запустите ту же команду Eds2Od. Второй запуск не должен давать содержательных изменений в сгенерированных файлах.

Полезная проверка после генерации:

git diff -- \
  EDS/PressureSensor.eds \
  Core/Src/CANopen/PressureSensorOd.cpp \
  Core/Inc/CANopen/PressureSensorOd.hpp

Подготовка окружения

Ниже приведён наиболее простой вариант для Ubuntu или WSL2. Требуются:

  • Git;
  • CMake не ниже 3.22;
  • GNU Arm Embedded Toolchain (arm-none-eabi-gcc/g++);
  • Make;
  • OpenOCD и ST-Link для прошивки;
  • CAN-адаптер для проверки протокола.

Установка пакетов в Ubuntu:

sudo apt-get update
sudo apt-get install --yes \
  git cmake make \
  gcc-arm-none-eabi libstdc++-arm-none-eabi-newlib \
  openocd can-utils

Проверьте, что инструменты доступны:

cmake --version
arm-none-eabi-g++ --version
openocd --version

Альтернатива: VS Code Dev Container

Если на компьютере установлены Docker, VS Code и расширение Dev Containers, откройте репозиторий в VS Code и выполните команду Dev Containers: Rebuild and Reopen in Container. Конфигурация из .devcontainer установит компилятор ARM, CMake, OpenOCD, clang-tidy, can-utils и Renode 1.16.1.

Для прошивки через ST-Link контейнер запускается с доступом к USB. На Linux Docker также должен иметь доступ к /dev/bus/usb; на Windows и macOS проброс USB настраивается средствами Docker Desktop или WSL отдельно.

Получение проекта

Рекомендуемый способ — клонировать сразу с submodule:

git clone --recurse-submodules https://github.com/klegot/Pressure_Sensor.git
cd Pressure_Sensor

Если проект уже был клонирован без submodule:

git submodule update --init --recursive

Проверка версии CANoopEn:

git -C Drivers/CANoopEn describe --tags --exact-match
git -C Drivers/CANoopEn rev-parse HEAD

Ожидаемый результат:

3.1.10
b421de2b80c69becb24f17e02512ba5e9188bae7

Сборка

Debug

cmake --preset Debug
cmake --build --preset Debug --parallel

Результат:

build/Debug/Pressure_Sensor_SAUVC.elf

Release

cmake --preset Release
cmake --build --preset Release --parallel

Результат:

build/Release/Pressure_Sensor_SAUVC.elf

Linker script ограничивает прошивку реальными ресурсами STM32F103C8: 64 КБ Flash и 20 КБ RAM. При переполнении сборка завершится ошибкой.

Для получения бинарного файла из ELF:

arm-none-eabi-objcopy -O binary \
  build/Release/Pressure_Sensor_SAUVC.elf \
  build/Release/Pressure_Sensor_SAUVC.bin

Статический анализ

После Debug-конфигурации можно запустить clang-tidy:

cmake --build build/Debug --target clang-tidy

Для этой команды должен быть установлен clang-tidy.

Запуск в Renode с SocketCAN

Все файлы эмуляции находятся в каталоге renode:

Файл Назначение
renode/plugins/ADS1220.cs SPI-модель ADS1220 с командами RESET, START/SYNC, RDATA, RREG/WREG и активным низким DRDY
renode/STM32F1Support.cs Недостающие для Cube HAL модели RCC/Flash и адаптер bxCAN STM32F1
renode/cpu/stm32f1.repl Локальное описание STM32F103 без внешних файлов платформы
renode/board/pressure_sensor.repl SPI1, CAN1, ADS1220, GPIO и bit-band связи платы
renode/pressure_sensor.resc Загрузка ELF, создание CANHub и SocketCAN-моста
renode/setup_vcan.sh Загрузка kernel-модуля vcan и создание интерфейса vcan0
renode/run.sh Проверка ELF, подготовка SocketCAN и запуск Renode

SocketCAN-мост работает только на Linux. Dev Container запускается в privileged-режиме, чтобы из него можно было создать vcan0. После изменения .devcontainer контейнер нужно именно пересобрать, а не просто перезапустить.

Соберите прошивку и запустите эмуляцию из корня проекта:

cmake --preset Debug
cmake --build --preset Debug --parallel
./renode/run.sh

run.sh сам вызывает setup_vcan.sh. При запуске вне Dev Container скрипт может запросить пароль sudo. Эквивалентная ручная подготовка интерфейса:

sudo modprobe vcan
sudo ip link add dev vcan0 type vcan
sudo ip link set vcan0 up

В другом терминале включите просмотр CAN-трафика:

candump -tz vcan0

После запуска должны появиться boot-up и heartbeat узла 3:

vcan0  703   [1]  00
vcan0  703   [1]  7D

Переведите узел в Operational и наблюдайте TPDO1 примерно 20 раз в секунду:

cansend vcan0 000#0103

В консоли Renode можно изменить выдаваемый 24-битный код давления без перезапуска:

(pressure-sensor) sysbus.spi1.ads1220 PressureRawValue 1200000

Первая выборка остаётся атмосферной опорой, поэтому для получения ненулевой глубины сначала дождитесь первой выборки, а затем установите большее значение. Допустимый диапазон модели — от -8388608 до 8388607; отрицательные значения текущий драйвер прошивки помечает как некорректные.

По умолчанию используются build/Debug/Pressure_Sensor_SAUVC.elf и vcan0. Их можно заменить переменными окружения:

RENODE_FIRMWARE="$PWD/build/Release/Pressure_Sensor_SAUVC.elf" \
RENODE_CAN_INTERFACE=vcan1 \
./renode/run.sh

Для запуска сценария вручную, после создания интерфейса, используйте:

renode --console -e 'include @renode/pressure_sensor.resc'

Renode завершает работу командой quit в его консоли. Интерфейс vcan0 остаётся в системе; при необходимости его можно удалить командой sudo ip link delete vcan0.

Подключение аппаратуры

Важное предупреждение

PA11 и PA12 — логические выводы bxCAN. Их нельзя подключать непосредственно к CAN_H и CAN_L. Между STM32 и шиной обязателен внешний CAN-трансивер, рассчитанный на логические уровни используемой платы.

Используемые выводы STM32F103

Вывод Назначение
PA11 CAN1 RX
PA12 CAN1 TX
PA5 SPI1 SCK для ADS1220
PA6 SPI1 MISO
PA7 SPI1 MOSI
PA4 ADS1220 chip select
PA3 ADS1220 DRDY, active low
PA0 STM_ALIVE, устанавливается в высокий уровень после успешной инициализации
PA13 SWDIO
PA14 SWCLK

Прошивка ожидает внешний кварцевый генератор HSE 8 МГц. PLL умножает его до 72 МГц, а PCLK1 равен 36 МГц.

CAN1 настроен так:

36 МГц / (prescaler 9 × 16 TQ) = 250 кбит/с
16 TQ = 1 Sync + 13 BS1 + 2 BS2
sample point = 14 / 16 = 87,5 %
SJW = 1 TQ

Для физической CAN-шины:

  • соедините CAN_H с CAN_H и CAN_L с CAN_L;
  • соедините земли платы, трансивера и CAN-адаптера;
  • установите терминаторы 120 Ом на обоих концах магистрали;
  • переведите трансивер из standby/silent режима;
  • настройте все узлы на 250 кбит/с;
  • используйте активный CAN-интерфейс, который подтверждает кадры ACK-битом.

Прошивка через ST-Link и OpenOCD

Подключите ST-Link к SWDIO, SWCLK, GND и опорному напряжению платы. Затем из корня проекта выполните:

openocd \
  -f interface/stlink.cfg \
  -f target/stm32f1x.cfg \
  -c "program build/Debug/Pressure_Sensor_SAUVC.elf verify reset exit"

Для Release замените build/Debug на build/Release.

После reset отдельная команда запуска не нужна: это bare-metal прошивка, основной цикл начинается автоматически.

Запуск отладчика в VS Code

  1. Установите расширения CMake Tools, clangd и Cortex-Debug.
  2. Выполните Debug-сборку.
  3. Подключите ST-Link.
  4. Откройте панель Run and Debug.
  5. Выберите конфигурацию Cortex Debug f1 из .vscode/launch.json.

Конфигурация использует OpenOCD, interface/stlink.cfg, target/stm32f1x.cfg и останавливается в main().

Проверка CANopen через SocketCAN

Пример ниже использует Linux, интерфейс can0 и пакет can-utils. Название интерфейса вашего адаптера может отличаться.

Настройка CAN:

sudo ip link set can0 down 2>/dev/null || true
sudo ip link set can0 type can bitrate 250000 restart-ms 100
sudo ip link set can0 up

В первом терминале запустите просмотр кадров:

candump -tz can0

После reset платы ожидается:

can0  703  [1]  00       # boot-up
can0  703  [1]  7D       # heartbeat Pre-operational, раз в секунду

До NMT Start кадров 0x183 быть не должно.

Перевод в Operational

cansend can0 000#0103

После команды heartbeat содержит 05, а TPDO 0x183 появляется примерно 20 раз в секунду:

can0  703  [1]  05
can0  183  [8]  .. .. .. .. .. .. .. ..

Остановить узел:

cansend can0 000#0203

Вернуть в Pre-operational:

cansend can0 000#8003

Примеры SDO-чтения

SDO upload request состоит из команды 0x40, младшего и старшего байтов index, sub-index и четырёх нулевых байтов.

# 0x1000:00 — device type
cansend can0 603#4000100000000000

# 0x1018:01 — vendor ID
cansend can0 603#4018100100000000

# 0x9130:01 — давление, Па
cansend can0 603#4030910100000000

# 0x2000:00 — глубина, мм
cansend can0 603#4000200000000000

# 0x6131:01 — единица давления
cansend can0 603#4031610100000000

# 0x6150:01 — статус канала
cansend can0 603#4050610100000000

Ответ приходит с CAN-ID 0x583. Значение в expedited response также передаётся little-endian.

Проверка защиты read-only объекта:

# Попытка записать 0 в 0x9130:01
cansend can0 603#2330910100000000

Ожидается SDO abort: первый байт ответа 0x80, abort code 0x06010002 — попытка записи read-only объекта.

Диагностика проблем

Ошибка сборки: не найден заголовок CANoopEn

Submodule не загружен:

git submodule update --init --recursive

Нет ни boot-up, ни heartbeat

Проверьте:

  • питание и reset STM32;
  • наличие HSE 8 МГц;
  • CAN-трансивер и его standby-вывод;
  • PA11/PA12;
  • общую землю;
  • скорость адаптера 250 кбит/с;
  • CAN_H/CAN_L и терминаторы.

Boot-up постоянно повторяется или контроллер уходит в bus-off

Частые причины:

  • на шине нет второго активного узла, который формирует ACK;
  • CAN-анализатор работает только в silent/listen-only режиме;
  • перепутаны CAN_H и CAN_L;
  • разные скорости CAN;
  • отсутствует или неверна терминация.

Auto-retransmission и automatic bus-off recovery включены. После устранения физической ошибки bxCAN автоматически пытается вернуться в работу.

Heartbeat есть, TPDO нет

Это нормальное поведение в Pre-operational. Отправьте NMT Start:

cansend can0 000#0103

Если heartbeat уже 05, проверьте ADS1220, DRDY и status 0x6150:01 через SDO.

Глубина после включения равна нулю

Это ожидаемо: первая корректная выборка принимается за атмосферное давление. Следующие значения глубины рассчитываются относительно неё.

CANopen-конфигуратор показывает неправильные COB-ID

При импорте PressureSensor.eds задайте Node-ID 3. Выражения $NODEID+0x180, $NODEID+0x580 и $NODEID+0x600 тогда превращаются в 0x183, 0x583 и 0x603.

Ограничения текущей версии

  • фиксированные Node-ID 3 и 250 кбит/с;
  • только один измерительный канал давления;
  • только один TPDO, RPDO отсутствуют;
  • нет SYNC, TIME, EMCY, LSS и сохранения параметров в энергонезависимой памяти;
  • единицы, scaling, offset, фильтры, пределы, tare и auto-zero не изменяются по CANopen;
  • статус ошибки доступен через SDO, но EMCY не отправляется;
  • официальное CANopen conformance-тестирование не выполнялось.

About

No description, website, or topics provided.

Resources

Readme
Activity

Stars

0 stars

Watchers

0 watching

Forks

1 fork
Report repository

Releases

Packages

Contributors

Languages