RTT STM32系列CAN发送卡死问题与根本解决

叁歲伎倆 2022-09-11 00:21 441阅读 0赞

本文由RT-Thread论坛用户@DIODEX原创发布：[https://club.rt-thread.org/ask/article/3034.html][https_club.rt-thread.org_ask_article_3034.html]

# STM32 CAN发送卡死问题与根本解决（RTT底层自身问题） #

## 1 Bug导致的现象 ##

*  问题1 RTT 4.0.2 CAN2**没有连接CAN设备**（或连接的设备未上电）时，一旦CAN2启动发送，RTT即卡死（此Bug官方在4.0.3修复了）
 *  问题2 RTT 4.0.2、4.0.3中，CAN正在发送的过程中，如果CAN线硬件出现松动，或CANH CANL出现临时短路，则**线程会卡死在CAN发送的 `rt_device_write` 中**

## 2 分析与解决 ##

### 2.1 CAN2没连接设备时CAN发送会卡死 ###

此问题出现在**RTT4.0.3**之前的版本中。  
  drv\_can.c中的 `CAN2_SCE_IRQHandler()` 中，`case RT_CAN_BUS_ACK_ERR` 中的`if`中将drv\_can2写成了drv\_can1，改正之后即可解决CAN2在发送遇到设备无应答时出现程序卡死的问题。  
  **原因分析**：这里的CAN2\_SCE\_IRQHandler函数为发送出错的处理中断函数，当CAN2没有连接CAN设备（或连接的设备未上电）时，如果CAN2发送了报文，则一段时间后就会进入这个错误处理函数，而这里的if写成了can1，导致错误没有正常处理，导致程序卡死。

### 2.2 CAN发送过程硬件不稳或CANH-CANL短路后程序卡死 ###

此问题出现在**RTT4.0.3**以及之前的版本中。笔者在4.0.2和4.0.3中均进行过测试。

#### 2.2.1 修改方法 ####

类似的卡死问题，有些资料给出的解决方案是打开CAN初始化时的`AutoRetransmission`功能，这个方法看似也能解决问题，但其实是治标不治本。在2.2.2 问题分析中进行详细原因说明。

在drv\_can.c中找到`CAN1_TX_IRQHandler`，该函数主要部分为if-elseif-elseif，我们需要在最后一个elseif结束后添加else，如下代码中的倒数第4行：

/**
     * @brief This function handles CAN1 TX interrupts. transmit fifo0/1/2 is empty can trigger this interrupt
     */
    void CAN1_TX_IRQHandler(void)
    {
        rt_interrupt_enter();
        CAN_HandleTypeDef *hcan;
        hcan = &drv_can1.CanHandle;
        if (__HAL_CAN_GET_FLAG(hcan, CAN_FLAG_RQCP0))
        {
            if (__HAL_CAN_GET_FLAG(hcan, CAN_FLAG_TXOK0))
            {
                rt_hw_can_isr(&drv_can1.device, RT_CAN_EVENT_TX_DONE | 0 << 8);
            }
            else
            {
                rt_hw_can_isr(&drv_can1.device, RT_CAN_EVENT_TX_FAIL | 0 << 8);
            }
            /* Write 0 to Clear transmission status flag RQCPx */
            SET_BIT(hcan->Instance->TSR, CAN_TSR_RQCP0);
        }
        else if (__HAL_CAN_GET_FLAG(hcan, CAN_FLAG_RQCP1))
        {
            if (__HAL_CAN_GET_FLAG(hcan, CAN_FLAG_TXOK1))
            {
                rt_hw_can_isr(&drv_can1.device, RT_CAN_EVENT_TX_DONE | 1 << 8);
            }
            else
            {
                rt_hw_can_isr(&drv_can1.device, RT_CAN_EVENT_TX_FAIL | 1 << 8);
            }
            /* Write 0 to Clear transmission status flag RQCPx */
            SET_BIT(hcan->Instance->TSR, CAN_TSR_RQCP1);
        }
        else if (__HAL_CAN_GET_FLAG(hcan, CAN_FLAG_RQCP2))
        {
            if (__HAL_CAN_GET_FLAG(hcan, CAN_FLAG_TXOK2))
            {
                rt_hw_can_isr(&drv_can1.device, RT_CAN_EVENT_TX_DONE | 2 << 8);
            }
            else
            {
                rt_hw_can_isr(&drv_can1.device, RT_CAN_EVENT_TX_FAIL | 2 << 8);
            }
            /* Write 0 to Clear transmission status flag RQCPx */
            SET_BIT(hcan->Instance->TSR, CAN_TSR_RQCP2);
        }
        else
        {
          rt_hw_can_isr(&drv_can1.device, RT_CAN_EVENT_TX_FAIL | 0 << 8);
        }
        rt_interrupt_leave();
    }

同理，需要在`CAN2_TX_IRQHandler`中的最后添加else，注意是`drv_can2`：

else
        {
          rt_hw_can_isr(&drv_can2.device, RT_CAN_EVENT_TX_FAIL | 0 << 8);
        }

接着，需要在`_can_sendmsg`中注释掉`Change CAN state`对应的程序，如下程序中的\#if(0)—\#endif

/*check select mailbox  is empty */
        switch (1 << box_num)
        {
        case CAN_TX_MAILBOX0:
            if (HAL_IS_BIT_SET(hcan->Instance->TSR, CAN_TSR_TME0) != SET)
            {
    #if (0)
                /* Change CAN state */
                hcan->State = HAL_CAN_STATE_ERROR;
    #endif
                /* Return function status */
                return -RT_ERROR;
            }
            break;
        case CAN_TX_MAILBOX1:
            if (HAL_IS_BIT_SET(hcan->Instance->TSR, CAN_TSR_TME1) != SET)
            {
                // HERO_EDIT_BEGIN
    #if (0)
                /* Change CAN state */
                hcan->State = HAL_CAN_STATE_ERROR;
    #endif
                // HERO_EDIT_END
                /* Return function status */
                return -RT_ERROR;
            }
            break;
        case CAN_TX_MAILBOX2:
            if (HAL_IS_BIT_SET(hcan->Instance->TSR, CAN_TSR_TME2) != SET)
            {
    #if (0)
                /* Change CAN state */
                hcan->State = HAL_CAN_STATE_ERROR;
    #endif
                /* Return function status */
                return -RT_ERROR;
            }
            break;
        default:
            RT_ASSERT(0);
            break;
        }

完成以上修改之后就已经解决CAN卡死的问题了。

#### 2.2.2 程序分析 ####

当CAN发送时遇到CAN线被短接的情况或者接触不良的情况，则stm32会产生发送完成中断，但相关标志位均为0，这个情况在STM32的手册里也没有描述，但是测试发现确实存在，下文称这种情况为**没有标志位的中断**。这个现象是导致CAN短接或接触不良时程序卡死的根本原因。  
  如果初始化CAN时没有打开CAN外设的发送失败自动重发功能（RTT初始化CAN时默认不会打开自动重发），则CAN线的硬件连接恢复后STM32也不会再次产生发送完成中断，即这次发送已经失败了，并且出现了一次没有标志位的发送完成中断，此后也不会再有这次发送的发送完成中断了。  
  RTT的STM32CAN发送函数`rt_device_write(...)`被调用时，启动发送之后，线程会挂起在一个completion信号量上，这个信号量将在CAN发送完成中断服务函数里释放，但中断服务函数中写的释放信号量是有条件的，条件是查到对应的标志位为1时释放对应的信号量。则如果出现了**没有标志位的中断**，该次中断中程序是不会释放completion信号量的，而由于CAN发送线程现在已经挂起，也不会发起下一轮发送，不再次启动发送则STM32不会再次产生发送完成中断，只有中断中释放信号量才能让CAN发送线程继续发送，而只有CAN发送线程再次正常启动发送时才能进入中断并释放信号量。这就陷入了死循环，导致发送CAN的线程被永远挂在了这个信号量上。  
  尝试解决这个问题的第一步就是在发送完成中断中，程序进行标志位判断的地方加个else，遇到没有标志位的中断时也得发信号量，并且返回`RT_CAN_EVENT_TX_FAIL`，后续的`0<<8`表示的是失败事件是由第一个CAN发送邮箱产生的。此时虽然无法通过标志位来判断产生发送完成中断的邮箱，但是由于RTT的CAN驱动实际只使用了第一个发送邮箱，所以只要中断就一定是第一个发送邮箱产生的。  
  这样可以解决发CAN线程被永远挂起在completion的问题，但是改了之后发现CAN还是会卡死。再次debug发现，当出现**没有标志位的中断**时，由于我们刚才改的程序会发送一个`RT_CAN_EVENT_TX_FAIL`标志，而原有的CAN驱动会在接收到这个标志的时候将HAL的CANstate置位为ERROR，这会导致以后都是ERROR了，后续发送之前CAN驱动会检查CANstate是否为ERROR，如果是ERROR就不会发送。所以把这个置位ERROR的代码注释掉就好了，大量实测证明这样做不会导致其它问题。  
  完成以上修改后，CAN驱动效果非常好，接触不良和can线临时短路等情况都不会造成程序卡住。

### 2.3 其它方法与分析 ###

#### 2.3.1 自动重发相关 ####

一些文档中通过修改CAN初始化代码以开启`AutoRetransmission`功能，也可以从表面上解决这个问题，因为如果失败之后自动重发，则重新启动发送且发送成功后，总会产生正常的中断，此时就能释放信号量，发送线程就不再被挂起在completion信号量中了。但是这样的修改方式有缺点，即当CAN线硬件异常导致有一段时间不能正常发送时，rt\_device\_write函数将一直处于挂起在信号量上的状态，直到上次要发送的数据被成功发送，且由于实际发送次数>调用发送函数的次数，发出的CAN报文没有ACK时容易出现信号量溢出的问题。  
  采用自动重发的解决方法，则只要调用rt\_device\_write函数，函数返回时这帧数据就一定已经正常发送了，如果发送不正常的话CAN外设就会自动重发。这种情况会导致一帧发送失败后会一直等待CAN线恢复后再发，会导致CAN线硬件异常时调用rt\_device\_write函数的用户线程被挂起较长时间，且这段时间内有可能出现信号量溢出的问题，导致程序卡死。  
  如果按照本文介绍的方法修改底层，想实现类似发送失败重发的功能，可以自己通过软件实现，每次rt\_device\_write之后检查返回值，如果发送不成功，则重新发送当前数据。

### 2.4 修改底层注意事项 ###

本文修改的drv\_can.c文件为rtt底层\\library中的通用文件，如果多个bsp共用该library文件夹，则修改后多个bsp都会受到影响，修改时需要仔细检查，做好记录或备份。

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