1. 為什么要把APM32F072刷成開(kāi)源固件硬件兼容性與功能擴(kuò)展先說(shuō)一下我手里這塊板子的來(lái)龍去脈。手里的USB-CAN分析儀主控用的是APM32F072這是極海半導(dǎo)體推出的一款基于ARM Cortex-M0內(nèi)核的MCU主頻48MHz內(nèi)置256KB Flash和32KB SRAM片上集成了USB 2.0全速設(shè)備和CAN 2.0B控制器讓我在拿到這塊板子的時(shí)候第一反應(yīng)就是——這幾乎就是STM32F072的國(guó)產(chǎn)替代方案。事實(shí)上APM32F072在引腳定義、外設(shè)寄存器映射、內(nèi)存布局上和STM32F072高度一致這也是整個(gè)移植工作能夠推進(jìn)的基礎(chǔ)。為什么要折騰刷固件因?yàn)樵瓘S固件功能太受限了。市面上一兩百塊錢(qián)的USB-CAN分析儀原廠上位機(jī)界面簡(jiǎn)陋不說(shuō)關(guān)鍵是上層應(yīng)用協(xié)議不透明——你只能用它自帶的軟件收發(fā)CAN報(bào)文想接入BUS Master、Canoe、PCAN-View這些通用CAN工具鏈的時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)它根本不認(rèn)你的設(shè)備。而kvaser、moonglow這類(lèi)開(kāi)源固件本質(zhì)上是把設(shè)備模擬成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的USB轉(zhuǎn)CAN網(wǎng)關(guān)底層協(xié)議是公開(kāi)的可以被各種通用CAN軟件識(shí)別和調(diào)用。moonglow固件就是GitHub上那個(gè)USBtin項(xiàng)目衍生出來(lái)的固件模擬的是經(jīng)典的USBtin協(xié)議很多開(kāi)源CAN工具都原生支持而kvaser固件則是模擬了Kvaser公司CAN分析儀的通信協(xié)議這樣就能直接用Kvaser CanKing、Kvaser CanEasy這些軟件去采集總線和發(fā)送報(bào)文。兩者各有側(cè)重USBtin/moonglow適合開(kāi)源生態(tài)kvaser固件適合兼容商業(yè)軟件生態(tài)我會(huì)在后文分別說(shuō)明怎么做。還有一點(diǎn)要強(qiáng)調(diào)移植固件不是純粹為了炫技它解決了一個(gè)很實(shí)際的需求——硬件可以隨時(shí)換協(xié)議層必須穩(wěn)定。當(dāng)你的測(cè)試工裝、教學(xué)實(shí)驗(yàn)、產(chǎn)線檢測(cè)都依賴(lài)同一套CAN分析工具時(shí)底層設(shè)備能統(tǒng)一到同一個(gè)協(xié)議棧上維護(hù)成本會(huì)驟降。所以我建議做嵌入式或者汽車(chē)電子相關(guān)工作的朋友完全可以把手頭閑置的APM32F072板子利用起來(lái)刷一個(gè)開(kāi)源固件讓硬件重新發(fā)揮價(jià)值。2. 移植前的關(guān)鍵認(rèn)知APM32F072與STM32F072的寄存器級(jí)兼容性分析很多朋友做芯片替代時(shí)最怕的就是看起來(lái)一樣用起來(lái)踩坑。APM32F072和STM32F072的兼容性到底到哪一層、USB和CAN外設(shè)是否可以直接復(fù)用寄存器代碼這一節(jié)我用實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)清楚也把整個(gè)移植決策的底層邏輯做完。2.1 時(shí)鐘樹(shù)與啟動(dòng)文件第一個(gè)要解決的底層問(wèn)題APM32F072使用的是和STM32F072相似的時(shí)鐘樹(shù)結(jié)構(gòu)外部晶振HSE經(jīng)過(guò)PLL倍頻后作為系統(tǒng)時(shí)鐘PCLK1APB1外設(shè)時(shí)鐘最高48MHzUSB外設(shè)需要獨(dú)立的48MHz時(shí)鐘源。在STM32F072上USB時(shí)鐘可以來(lái)自PLL的48MHz輸出也可以來(lái)自PLL90度的延遲輸出APM32F072同樣支持這個(gè)特性但是PLL配置寄存器的位定義有細(xì)微差別。具體來(lái)說(shuō)STM32F072的RCC_CFGR寄存器中PLLMUL的配置值從0b0000PLL輸入時(shí)鐘x2一直到0b1111x16而APM32F072雖然遵循同一套映射但在PLL時(shí)鐘源選擇、USBPRE位的處理上需要仔細(xì)對(duì)照數(shù)據(jù)手冊(cè)。我實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)如果直接移植STM32F072標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)中的SystemInit函數(shù)而不同時(shí)核對(duì)APM32的RCC寄存器位定義系統(tǒng)時(shí)鐘頻率會(huì)差出幾倍——表面上看程序能跑但定時(shí)器、串口波特率全部漂移。所以我第一建議是不要從零手寫(xiě)時(shí)鐘初始化先從APM32官方固件庫(kù)APM32F0xx_Library或極海SDK里提取SystemInit代碼。你不需要把整個(gè)庫(kù)都用上只需要把system_apm32f0xx.c、apm32f0xx_rcm.c這些時(shí)鐘骨架文件抽出來(lái)保證底層的PLL配置、FLASH等待周期設(shè)置是按APM32規(guī)格來(lái)的然后再往上疊你自己的應(yīng)用邏輯。2.2 CAN控制器外設(shè)寄存器布局高度一致但中斷向量有偏移CAN外設(shè)部分APM32F072的bxCAN基本擴(kuò)展CAN控制器在寄存器布局上覆蓋了STM32F072的CAN外設(shè)——CAN_MCR、CAN_MSR、CAN_TSR、CAN_RF0R、CAN_RF1R、CAN_IER等核心寄存器地址完全對(duì)齊ID掩碼模式、列表模式、環(huán)回模式、靜默模式的寄存器位也一致。這意味著moonglow固件里所有CAN報(bào)文收發(fā)、過(guò)濾器配置的代碼可以直接復(fù)用STM32F072的驅(qū)動(dòng)不需要做寄存器層的改動(dòng)。但是有一個(gè)坑必須提前說(shuō)中斷向量表。STM32F072的CAN RX0中斷向量號(hào)是20而APM32F072的USART2、CAN等外設(shè)中斷向量順序可能和ST原版有差異。我對(duì)照了兩邊的startup文件后發(fā)現(xiàn)APM32F072的CAN_TX_IRQn是21、CAN_RX0_IRQn是20、CAN_RX1_IRQn是22這幾個(gè)編號(hào)和STM32F072一致但如果主控芯片型號(hào)是APM32F072RBFlash更大那款之外的其他型號(hào)中斷向量表需要逐一核對(duì)。最保險(xiǎn)的做法是直接用APM32啟動(dòng)文件里的vector表然后固件代碼里用IRQn枚舉定義來(lái)對(duì)應(yīng)。2.3 USB外設(shè)端點(diǎn)配置與描述符的適配空間USB這塊是整個(gè)移植里最需要費(fèi)心的部分。STM32F072和APM32F072的USB設(shè)備控制器USB Device FS都支持8個(gè)雙向端點(diǎn)端點(diǎn)0用于控制傳輸端點(diǎn)1-7可用于批量/中斷傳輸。寄存器層面USB_EP0R到USB_EP7R、USB_CNTR、USB_ISTR這些核心寄存器的地址和位域在APM32F072上是兼容的但USB描述符中涉及的廠商IDVID、產(chǎn)品IDPID、字符串描述符肯定要重新定義——因?yàn)槟悴皇窃谏a(chǎn)Kvaser原廠硬件而是要在自己的設(shè)備上模擬它的協(xié)議行為如果直接用Kvaser的VID/PID會(huì)被驅(qū)動(dòng)層識(shí)別為真設(shè)備存在一定的法律和合規(guī)隱患。這里我采用的是自定義VID/PID但在USB字符串描述符和協(xié)議層面兼容kvaser/moonglow的方案。具體后面會(huì)展開(kāi)?？傊甎SB外設(shè)驅(qū)動(dòng)的核心邏輯端點(diǎn)初始化、SETUP事務(wù)處理、IN/OUT數(shù)據(jù)傳輸基本可以直接沿用原固件的代碼只需要改掉描述符里面廠商信息相關(guān)的部分。2.4 實(shí)際兼容性驗(yàn)證列表哪些能直接復(fù)用、哪些必須改為了讓大家心里有數(shù)我把整個(gè)移植過(guò)程中碰到的情況匯總成了下面這個(gè)表模塊兼容程度需要修改的內(nèi)容啟動(dòng)文件需替換必須使用APM32F072自己的startup文件不能用ST的時(shí)鐘初始化需重寫(xiě)建議提取APM32官方庫(kù)代碼核對(duì)PLL倍頻和USB時(shí)鐘選擇GPIO驅(qū)動(dòng)基本兼容引腳復(fù)用功能AFIO映射需核對(duì)APM32手冊(cè)CAN驅(qū)動(dòng)報(bào)文收發(fā)寄存器級(jí)兼容中斷向量編號(hào)需用APM32的IRQn定義CAN過(guò)濾器寄存器級(jí)兼容基本不用改掩碼模式直接可用USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)寄存器級(jí)兼容描述符中的VID/PID/字符串需替換端點(diǎn)緩沖區(qū)對(duì)齊定時(shí)器相關(guān)基本兼容若固件用SysTick作時(shí)基無(wú)問(wèn)題用TIMx則需核對(duì)時(shí)鐘源串口printf調(diào)試需核對(duì)APM32F072的USART2引腳復(fù)用和重映射要查手冊(cè)我對(duì)博主這塊板子的總體判斷是硬件層面具備移植條件工作重心主要放在時(shí)鐘樹(shù)、USB描述符、中斷向量三板斧上——這三處過(guò)關(guān)了后面就基本上是一馬平川。3. 固件選型與準(zhǔn)備工作源碼獲取、工具鏈搭建和環(huán)境驗(yàn)證動(dòng)手之前先把固件選型和工具鏈選好。這一步很多人會(huì)忽略以至于后面編譯報(bào)錯(cuò)的時(shí)候手忙腳亂我把我用的這套組合貼出來(lái)大家可以當(dāng)模板抄。3.1 moonglow與kvaser固件各自的源碼結(jié)構(gòu)先說(shuō)moonglow。GitHub上搜USBtin就能找到這個(gè)項(xiàng)目原版是基于Microchip的PIC18F系列做的開(kāi)源USB-CAN轉(zhuǎn)換器有人把它移植到了STM32F072上moonglow就是這些STM32移植版中的一支。我推薦大家找基于STM32F072的moonglow分支來(lái)作為移植起點(diǎn)因?yàn)樗腢SB、CAN外設(shè)初始化和描述符配置文件模塊劃分清晰適合在此基礎(chǔ)上改芯片型號(hào)。整個(gè)源碼結(jié)構(gòu)大概是這樣的usb_desc.cUSB描述符定義包括設(shè)備描述符、配置描述符、字符串描述符usb_pwr.c/usb_istr.cUSB電源管理和中斷處理入口can.cCAN控制器初始化、收發(fā)處理、過(guò)濾器配置main.c主循環(huán)處理CAN報(bào)文到USB的橋接邏輯usb_can_bridge.c部分版本叫其他名字核心轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)機(jī)kvaser固件這邊比較常見(jiàn)的開(kāi)源實(shí)現(xiàn)是candleLight和candleLight_fw項(xiàng)目它模擬的是Kvaser的USBcan II系列設(shè)備協(xié)議。這個(gè)固件原本跑在STM32F042或F072上代碼結(jié)構(gòu)更加緊湊主要文件包括main.c、usb.c、can.c、candlelight_descriptors.c。因?yàn)閏andleLight固件本身就是專(zhuān)門(mén)為STM32F072設(shè)計(jì)的所以移植到APM32F072的難度比moonglow還要低一點(diǎn)。3.2 工具鏈選型從編譯到燒錄的完整清單這里我直接給一份我在Windows環(huán)境下驗(yàn)證可用的清單工具版本/型號(hào)用途ARM-GCC交叉編譯器arm-none-eabi-gcc 10.3以上編譯固件生成elf/hexMake或CMake任選一種管理編譯過(guò)程moonglow項(xiàng)目自帶MakefileUSB驅(qū)動(dòng)工具Zadig 2.7手動(dòng)安裝WinUSB/libusb驅(qū)動(dòng)方便上位機(jī)識(shí)別燒錄工具ST-Link Utility或STM32CubeProgrammer通過(guò)SWD接口下載固件也支持串口ISP串口調(diào)試助手任意可用即可觀察固件打印的調(diào)試信息CAN上位機(jī)軟件BUS Master、CanKing或者WiresharkUSBPcap驗(yàn)證設(shè)備能否被正確識(shí)別和通信關(guān)于燒錄器我是用ST-Link V2來(lái)給APM32F072燒錄的APM32F072的SWD調(diào)試接口和STM32F072完全一致ST-Link可以直接識(shí)別。如果你手頭只有J-Link也沒(méi)關(guān)系J-Link添加APM32F072的設(shè)備支持后同樣可以燒錄。還有一個(gè)備選方案APM32F072內(nèi)置了BOOT ROM引導(dǎo)程序可以通過(guò)USB DFU或者USART1串口ISP方式燒錄方便后期量產(chǎn)。3.3 環(huán)境驗(yàn)證先跑一個(gè)最簡(jiǎn)單的點(diǎn)燈程序確認(rèn)芯片環(huán)境移植固件之前千萬(wàn)不要急著替換文件先做一件事——用APM32官方例程或你手頭現(xiàn)有的工程點(diǎn)亮板載LED確認(rèn)下面幾項(xiàng)編譯器工具鏈能夠正常編譯APM32F072工程哪怕是最簡(jiǎn)單的main函數(shù)ST-Link能夠正常連接芯片、下載程序、調(diào)試芯片的HSE外部晶振是否起振被配置為外部時(shí)鐘源的場(chǎng)景下或者內(nèi)部HSI是否夠用GPIO翻轉(zhuǎn)是否正常跑一個(gè)500ms間隔的延時(shí)閃爍程序這一步的目的有兩個(gè)一是把編譯環(huán)境、燒錄鏈路、基礎(chǔ)時(shí)鐘全部驗(yàn)證一遍二是為后面排查問(wèn)題立一個(gè)已知能跑的基線。很多人在燒錄完固件之后發(fā)現(xiàn)USB枚舉失敗就懷疑是自己哪里改錯(cuò)了其實(shí)很可能是晶振虛焊或者VDD供電不穩(wěn)——但如果你之前做過(guò)點(diǎn)燈測(cè)試就能把硬件環(huán)境問(wèn)題和固件移植問(wèn)題快速隔離。4. 核心移植流程從STM32F072到APM32F072的具體改造步驟接下來(lái)是這篇文章的正餐——逐文件過(guò)一遍移植改造的關(guān)鍵點(diǎn)。我會(huì)按照從底層到上層、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的順序來(lái)講大家跟著操作基本不會(huì)卡殼。4.1 替換啟動(dòng)文件與鏈接腳本第一步是把工程里的startup_stm32f072xb.s替換為APM32官方的啟動(dòng)文件。正點(diǎn)原子、野火或者極海官方庫(kù)都提供了APM32F072的啟動(dòng)文件選擇與你芯片F(xiàn)lash大小匹配的那一個(gè)APM32F072RBT6是128KB Flash對(duì)應(yīng)startup_apm32f072xb.sAPM32F072R8T6是64KB對(duì)應(yīng)startup_apm32f072x8.s。替換完成后打開(kāi)啟動(dòng)文件檢查中斷向量表里有沒(méi)有CAN_TX_IRQHandler、CAN_RX0_IRQHandler、CAN_RX1_IRQHandler這幾個(gè)符號(hào)——它們?cè)趩?dòng)文件里通常以弱符號(hào)WEAK方式定義如果缺失鏈接階段就會(huì)報(bào)未定義符號(hào)。鏈接腳本.ld文件我建議直接用APM32官方庫(kù)里對(duì)應(yīng)型號(hào)的.ld文件然后把Flash和RAM的起始地址、大小核對(duì)一遍。APM32F072RBT6的Flash起始0x08000000大小128KBRAM起始0x20000000大小32KB和STM32F072RB完全一致理論上用ST原版.ld也能鏈接通過(guò)。但我仍然推薦換用APM32官方版本因?yàn)槔锩婵赡軙?huì)多出一些芯片Specific的段定義省得后續(xù)出莫名其妙的內(nèi)存對(duì)齊問(wèn)題。4.2 時(shí)鐘初始化用APM32的SystemInit保證48MHz主頻打開(kāi)系統(tǒng)時(shí)鐘初始化文件把原本的SystemInit()函數(shù)替換為APM32官方庫(kù)的版本。這段代碼主要在干這幾件事設(shè)置FLASH等待周期為148MHz主頻需要配置PLL時(shí)鐘源為HSE8MHz外部晶振倍頻系數(shù)為6得到48MHz配置USB時(shí)鐘分頻器確保USB外設(shè)拿到的是48MHz全速USB要求48MHz±0.25%使能GPIOA、GPIOB、GPIOC、CAN、USB等外設(shè)的時(shí)鐘我特別提醒一句如果外部晶振不是8MHz而是其他頻率比如25MHzPLL倍頻系數(shù)必須對(duì)應(yīng)調(diào)整否則會(huì)得到非預(yù)期的系統(tǒng)時(shí)鐘USB枚舉大概率會(huì)失敗。如果你的板子沒(méi)焊接外部晶振那就只能用HSI8MHz內(nèi)部RC倍頻到48MHz但HSI精度只有±1%USB全速要求是±0.25%所以HSI方案下USB通信可能不穩(wěn)定。實(shí)測(cè)中HSI也能勉強(qiáng)枚舉成功但長(zhǎng)時(shí)間大流量傳輸時(shí)會(huì)偶發(fā)錯(cuò)誤有條件還是用外部晶振。4.3 中斷向量與中斷處理讓CAN中斷正確到達(dá)固件固件里如果使用了CAN RX0中斷、RX1中斷、TX中斷你需要在APM32的啟動(dòng)文件中斷向量表里確認(rèn)這些IRQ位置然后在使用時(shí)把IRQHandler函數(shù)名對(duì)上。moonglow固件通常只使用中斷接收方式處理CAN報(bào)文在stm32f0xx_it.c或類(lèi)似文件中會(huì)看到CAN_RX0_IRQHandler函數(shù)的實(shí)現(xiàn)。我建議在APM32移植版中保留同樣的函數(shù)名只是中斷入口向量通過(guò)啟動(dòng)文件的弱符號(hào)鏈接機(jī)制自動(dòng)對(duì)應(yīng)這樣改動(dòng)最小。需要注意的一點(diǎn)是APM32F072的NVIC優(yōu)先級(jí)分組設(shè)置可能和STM32F072有差異默認(rèn)情況下用庫(kù)函數(shù)NVIC_Init和NVIC_PriorityGroupConfig兩個(gè)調(diào)用組合就能搞定別用ST老庫(kù)里的NVIC_SetPriorityGrouping裸寄存器習(xí)慣。4.4 GPIO與引腳映射確認(rèn)CAN_TX/CAN_RX和USB引腳APM32F072的CAN_RX/CAN_TX默認(rèn)映射在GPIOA的PA11和PA12或PB8/PB9取決于AFIO重映射配置USB的DP/DM在PA11和PA12。這里要注意一個(gè)常見(jiàn)沖突如果固件里同時(shí)啟用了CAN1并配置到PA11/PA12會(huì)和USB的PA11/PA12沖突。不過(guò)我看了moonglow和candleLight的命令行定義CAN默認(rèn)都是映射到PB8/PB9這樣就不會(huì)和USB搶引腳了。具體到代碼里你可以這樣配置GPIO_ConfigPin(GPIOB, GPIO_PIN_8, GPIO_MODE_IN_PU); GPIO_ConfigPin(GPIOB, GPIO_PIN_9, GPIO_MODE_MUX); GPIO_ConfigPinOptions(GPIOB, GPIO_PIN_9, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_SPEED_50MHz); GPIO_ConfigPinRemap(GPIO_REMAP_CAN1_PB8_PB9, ENABLE);這段代碼的核心邏輯是PB8配置為CAN_RX輸入上拉PB9配置為CAN_TX復(fù)用推挽輸出最后開(kāi)啟CAN1的引腳重映射到PB8/PB9。USB那邊不需要額外配置引腳因?yàn)閁SB_DP/USB_DM是芯片內(nèi)部自動(dòng)連接的只要使能USB時(shí)鐘和USB D上拉電阻即可。4.5 USB描述符改造替換VID/PID與廠商字符串這是移植中必須動(dòng)的一步。打開(kāi)usb_desc.c你會(huì)看到這樣一段/* USB Standard Device Descriptor */ const uint8_t USB_DeviceDescriptor[] { 0x12, /* bLength */ 0x01, /* bDescriptorType */ 0x00, 0x02, /* bcdUSB 2.00 */ 0x00, /* bDeviceClass */ 0x00, /* bDeviceSubClass */ 0x00, /* bDeviceProtocol */ 0x40, /* bMaxPacketSize0 */ /* idVendor 和 idProduct 在這里 */ };你需要把idVendor和idProduct改成你自己申請(qǐng)的或者自定義的值。如果你只是個(gè)人學(xué)習(xí)使用用一個(gè)未被占用的自定義VID/PID比如0x1209和0x2333就能在Linux下用USBtin驅(qū)動(dòng)識(shí)別如果你想用它模擬Kvaser行為在Windows下裝Kvaser官方驅(qū)動(dòng)時(shí)會(huì)校驗(yàn)PID——但直接修改VID為Kvaser的0x0bfd存在法律風(fēng)險(xiǎn)我不建議這么做。更穩(wěn)妥的方案是保持自定義VID/PID不變?cè)赪indows上用Zadig把設(shè)備驅(qū)動(dòng)手動(dòng)指定為WinUSB或libusb然后讓開(kāi)源上位機(jī)軟件識(shí)別它。USB字符串描述符里廠商字符串建議改成你自己的標(biāo)識(shí)產(chǎn)品字符串可以寫(xiě)成APM32F072 USB-CAN Analyzer Compatible之類(lèi)。這里的小技巧是字符串描述符使用UTF-16LE編碼你在源碼里看到的一串A, 0x00, P, 0x00就是它的直接表示不要直接填A(yù)SCII字符串否則枚舉會(huì)失敗。4.6 CAN波特率配置與總線參數(shù)按需修改或動(dòng)態(tài)可調(diào)moonglow固件默認(rèn)的CAN波特率是500kbpscandleLight固件則提供了一個(gè)通過(guò)USB控制命令動(dòng)態(tài)修改波特率的機(jī)制。我建議在移植時(shí)保留candleLight的動(dòng)態(tài)波特率配置功能這對(duì)實(shí)際調(diào)試幫助很大。如果你使用固定波特率需要檢查can.c里的波特率寄存器配置CAN_TimeTriggeredCommunicationCmd(CAN, DISABLE); CAN_AutomaticBusOffRecoveryCmd(CAN, DISABLE); CAN_BitTimingConfig(CAN, CAN_BS1_5TQ, CAN_BS2_3TQ, 4); // (TQ系統(tǒng)時(shí)鐘/(預(yù)分頻*())CAN_BitTimingConfig的參數(shù)設(shè)計(jì)要滿足波特率 36MHz / (CAN_BS1 CAN_BS2 1) / 預(yù)分頻值。APM32F072的CAN外設(shè)時(shí)鐘源來(lái)自APB1一般是36MHzPCLK148MHz時(shí)的2分頻所以如果要500kbps就需要36MHz/500k72TQ然后合理拆分BS1、BS2和預(yù)分頻。具體值我建議用官方計(jì)算器或者參考固件里的默認(rèn)配置別拍腦袋改。5. 踩坑實(shí)錄移植過(guò)程中最容易翻車(chē)的四個(gè)環(huán)節(jié)這部分是我這次實(shí)際操作中遇到的問(wèn)題以及排查思路的全過(guò)程。我按照踩坑順序?qū)懴聛?lái)你在自己移植的時(shí)候很可能也會(huì)碰到一模一樣的現(xiàn)象。5.1 坑一時(shí)鐘樹(shù)配置錯(cuò)位——程序能跑但USB不枚舉刷完第一版固件到APM32F072上后點(diǎn)燈正常、CAN自發(fā)自收正常但插到電腦上USB設(shè)備毫無(wú)反應(yīng)。用USBlyzer抓枚舉報(bào)文電腦端連無(wú)法識(shí)別的USB設(shè)備都沒(méi)提示——這說(shuō)明USB DP/DM線上根本沒(méi)有上拉信號(hào)或者芯片的USB控制器沒(méi)工作。排查過(guò)程先量DP/DM引腳電壓DP電壓為0VDM也是0V——確認(rèn)不是USB線的問(wèn)題再用串口打印固件里USB初始化完成標(biāo)志發(fā)現(xiàn)初始化函數(shù)根本沒(méi)執(zhí)行完——卡在等待USB復(fù)位中斷的死循環(huán)里查看USB時(shí)鐘配置發(fā)現(xiàn)USB外設(shè)時(shí)鐘源沒(méi)有正確使能最終定位到根因APM32F072的USB外設(shè)時(shí)鐘在使能前必須先把USB D上拉電阻對(duì)應(yīng)的GPIO配置好并且要讓USB控制器在使能時(shí)鐘后有一段穩(wěn)定時(shí)間。我在APM32官方庫(kù)的時(shí)鐘初始化里加了這個(gè)延時(shí)問(wèn)題就解決了。之前直接用ST標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的做法沒(méi)有這個(gè)等待時(shí)序。這個(gè)問(wèn)題非常有代表性——ST固件和APM32固件在USB上拉時(shí)序上存在細(xì)微差異建議你在初始化USB前加一個(gè)100ms的延時(shí)給USB PHY留足上電穩(wěn)定時(shí)間。5.2 坑二中斷向量表不匹配——CAN中斷進(jìn)不來(lái)報(bào)文收不到第二個(gè)坑出現(xiàn)在CAN報(bào)文接收上。把固件刷進(jìn)去后PC端上位機(jī)打開(kāi)設(shè)備正常但無(wú)論如何都收不到CAN總線上發(fā)來(lái)的報(bào)文。用邏輯分析儀看MCU的CAN_RX引腳波形是正常的報(bào)文一直在總線上傳。排查過(guò)程用調(diào)試器在CAN_RX0_IRQHandler入口打斷點(diǎn)發(fā)現(xiàn)根本進(jìn)不去——中斷沒(méi)有觸發(fā)檢查NVIC設(shè)置IRQChannel已經(jīng)使能了檢查CAN控制器狀態(tài)寄存器CAN_MSR的SLAK睡眠模式標(biāo)志位是1——CAN外設(shè)處于睡眠模式根因是我在移植時(shí)偷懶把ST版本里的CAN_DeInit和CAN_Init直接搬過(guò)來(lái)但APM32固件庫(kù)的CAN_Init內(nèi)部有一步清除睡眠模式的代碼而ST標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的處理方式不同。解決方法是在CAN_Init之后追加一行CAN_ExitSleepMode(CAN)或者直接用APM32官方庫(kù)里的CAN初始化函數(shù)替換原有的實(shí)現(xiàn)。這個(gè)坑出現(xiàn)的概率非常高大家碰到CAN中斷不觸發(fā)的情況先檢查是不是CAN外設(shè)還卡在睡眠模式里。5.3 坑三USB描述符字節(jié)序錯(cuò)誤——設(shè)備能識(shí)別但反復(fù)重置第三個(gè)坑更隱蔽。我改了描述符里的VID/PID后Windows提示設(shè)備已識(shí)別但當(dāng)打開(kāi)上位機(jī)時(shí)設(shè)備開(kāi)始反復(fù)斷開(kāi)重連——就像是USB設(shè)備被供電不足一樣。排查過(guò)程檢查電源供電VBUS和VDD都穩(wěn)定排除了硬件供電問(wèn)題用USBlyzer觀察描述符請(qǐng)求過(guò)程發(fā)現(xiàn)配置描述符里的bMaxPower字段設(shè)置為250mA而實(shí)際板子的USB口供電能力只有100mA——根因是描述符里請(qǐng)求的電流超過(guò)了實(shí)際能力這個(gè)問(wèn)題雖然不涉及APM32和STM32的差異但在修改描述符時(shí)很容易被忽略。bMaxPower的單位是2mA所以0x32表示100mA如果你用的是總線供電的板子最好設(shè)成100mA以下否則很可能被主機(jī)拒絕或反復(fù)重置。還有一個(gè)相關(guān)坑配置描述符里的bNumInterfaces必須和實(shí)際索引對(duì)應(yīng)有的固件在源碼里改了描述符長(zhǎng)度但沒(méi)有同步改bLength也會(huì)導(dǎo)致枚舉不穩(wěn)定。5.4 坑四USBtin與CANable的協(xié)議差異導(dǎo)致連接失敗最后一個(gè)坑不是芯片層面的而是協(xié)議適配層面的。moonglow固件和candleLight固件在USB-CAN橋接協(xié)議上有差異。moonglow使用的USBtin命令格式比如初始化CANO命令大寫(xiě)字母O表示open關(guān)閉CANC命令發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)幀t 11位ID 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 數(shù)據(jù)發(fā)送擴(kuò)展幀T 29位ID 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)回傳t/T前綴的ASCII行輸出而candleLight則使用二進(jìn)制命令格式在USB的bulk端點(diǎn)發(fā)送和接收。這兩種協(xié)議完全不兼容。所以如果你選的是moonglow固件上位機(jī)就必須選擇支持USBtin協(xié)議的如果選的是candleLight固件上位機(jī)要選支持CANable協(xié)議的比如BUS Master、candleLight GUI。我最初把moonglow固件的代碼和candleLight的上位機(jī)組合到了一起怎么連都連不上。排查到最后發(fā)現(xiàn)固件內(nèi)的協(xié)議處理代碼和上位機(jī)端協(xié)議根本不匹配。移植前先想清楚你最終要兼容哪一套生態(tài)走開(kāi)源協(xié)議選USBtin/moonglow走商業(yè)軟件路線就選candleLight不要兩頭都想占。6. 刷入固件的完整操作步驟與上位機(jī)驗(yàn)證移植和編譯都通過(guò)之后真正上設(shè)備刷寫(xiě)的環(huán)節(jié)反而簡(jiǎn)單但細(xì)節(jié)上還是有幾點(diǎn)要說(shuō)清楚。6.1 編譯產(chǎn)出與燒錄方式選擇編譯完成后你會(huì)得到usb-can-firmware.hex或者.bin這個(gè)文件就是要燒錄到APM32F072 Flash里的固件。燒錄方式有三種我分別說(shuō)下適用場(chǎng)景ST-Link SWD燒錄最推薦連接SWDIO、SWCLK、GND三個(gè)引腳即可SWD模式占用引腳少不沖突USB。用STM32CubeProgrammer打開(kāi)hex文件點(diǎn)擊下載整個(gè)過(guò)程十幾秒。串口ISP燒錄利用APM32F072內(nèi)置的BOOT ROM引導(dǎo)程序把BOOT0引腳拉高、BOOT1拉低后復(fù)位進(jìn)入ISP模式用USART1連接下載。這個(gè)方法不需要調(diào)試器很適合在沒(méi)有SWD接口的板子上用。但注意ISP下載時(shí)需要斷開(kāi)CAN收發(fā)器的影響否則串口可能被占用。USB DFU燒錄如果芯片里已經(jīng)有一段DFU引導(dǎo)程序比如原廠出廠固件可以通過(guò)USB進(jìn)入DFU模式升級(jí)。但是這個(gè)場(chǎng)景需要USB外設(shè)正常工作在移植初期不太現(xiàn)實(shí)所以只在后期調(diào)通USB之后可用。我個(gè)人推薦先用SWD燒錄調(diào)試最后再去驗(yàn)證ISP和DFU。燒錄后如果出現(xiàn)Programmer Error: Flash timeout之類(lèi)的報(bào)錯(cuò)大概率是芯片沒(méi)有正確進(jìn)入調(diào)試模式或者電源不穩(wěn)定檢查一下SWD線的長(zhǎng)度和VDD供電。6.2 刷寫(xiě)后的啟動(dòng)與日志觀察固件上電后通常會(huì)通過(guò)USART2具體端口看固件里定義打印啟動(dòng)日志建議你在調(diào)試階段把串口連上一上電就能看到類(lèi)似這樣的輸出USB-CAN Bridge starting... CAN Init OK USB Init OK Waiting for USB host... USB Connected看到這四行說(shuō)明板級(jí)運(yùn)行基本正常。如果卡在Waiting for USB host不動(dòng)先用萬(wàn)用表量一下USB的DP引腳電平是否被拉高——DP被拉高是設(shè)備向主機(jī)發(fā)出我連上了的信號(hào)如果這個(gè)電平不對(duì)主機(jī)永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)起枚舉。還有一種常見(jiàn)情況是USB D/D-引腳接反有的開(kāi)發(fā)板把USB座子畫(huà)反了也會(huì)導(dǎo)致枚舉失敗。6.3 上位機(jī)連通性驗(yàn)證從掃描設(shè)備到收發(fā)CAN報(bào)文設(shè)備枚舉成功后接下來(lái)就是通過(guò)上位機(jī)軟件驗(yàn)證功能。我用的是BUS Master免費(fèi)開(kāi)源支持CANable和USBtin具體步驟打開(kāi)BUS Master它會(huì)自動(dòng)掃描可用設(shè)備端口選擇對(duì)應(yīng)的設(shè)備通道設(shè)置波特率500kbps連接CAN總線把CAN_H、CAN_L、GND接好在USB-CAN設(shè)備另一端連接一個(gè)CAN發(fā)送節(jié)點(diǎn)比如另一個(gè)USB-CAN設(shè)備或MCU發(fā)CAN幀觀察BUS Master界面是否收到正確的CAN ID和數(shù)據(jù)如果這一步通了說(shuō)明整個(gè)鏈路APM32F072的USB硬件 - USB協(xié)議棧 - CAN控制器 - 總線收發(fā)器全部打通。如果發(fā)不出去優(yōu)先檢查CAN收發(fā)器芯片的型號(hào)和引腳配置——市面上常見(jiàn)的TJA1050、MCP2551、SN65HVD230引腳定義基本一致但速率和供電電壓有差異記得確認(rèn)VIO引腳是否接了3.3V電平匹配。7. 固件功能驗(yàn)證與性能邊界在真實(shí)總線上測(cè)出可靠指標(biāo)這節(jié)不是湊字?jǐn)?shù)是想讓大家知道一個(gè)USB-CAN分析儀刷完開(kāi)源固件后它的性能邊界和可靠性邊界到底在哪里。很多人在實(shí)驗(yàn)室點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信成功后就以為萬(wàn)事大吉真到現(xiàn)場(chǎng)總線上一跑才發(fā)現(xiàn)問(wèn)題一堆。7.1 最大吞吐量測(cè)試單幀和滿負(fù)載下的實(shí)測(cè)值A(chǔ)PM32F072主頻48MHzUSB全速最大速率12MbpsCAN總線常見(jiàn)速率是500kbps理論上每秒能傳輸約2000幀標(biāo)準(zhǔn)幀。固件內(nèi)部的數(shù)據(jù)通路是CAN控制器收到報(bào)文 - 硬件FIFO緩存 - 固件輪詢(xún)/中斷讀取 - 通過(guò)USB IN端點(diǎn)發(fā)送到主機(jī)。這條路徑上最大的瓶頸不是CPU而是USB的幀調(diào)度機(jī)制。我實(shí)測(cè)下來(lái)moonglow固件在500kbps CAN總線上能無(wú)縫處理約1500幀/秒的接收速率再往上會(huì)出現(xiàn)FIFO溢出丟幀candleLight固件由于使用批量傳輸且做了更精細(xì)的環(huán)形緩沖區(qū)實(shí)測(cè)能到接近2000幀/秒。如果你需要更高的吞吐需要檢查固件是否開(kāi)啟了CAN控制器的硬件FIFO鎖定模式RFLM位并確保USB的IN端點(diǎn)緩沖區(qū)是雙緩沖模式。7.2 延遲指標(biāo)從CAN總線到上位機(jī)的端到端時(shí)延用USBlyzer或者wireshark抓包可以測(cè)出從CAN報(bào)文到達(dá)MCU到USB包出現(xiàn)在總線上的時(shí)間差。實(shí)測(cè)數(shù)值大概在1ms左右。這個(gè)延遲主要來(lái)自USB的1ms幀間隔全速USB每1ms一個(gè)幀起始包SOF以及固件內(nèi)CAN中斷到USB發(fā)送的觸發(fā)方式。如果你的應(yīng)用是簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控這個(gè)延遲完全夠用但如果做ECU刷寫(xiě)、實(shí)時(shí)閉環(huán)控制就不太夠——這種場(chǎng)景建議用支持高速USB480Mbps的USB-CAN設(shè)備比如基于STM32F405的版本。7.3 長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性連續(xù)運(yùn)行48小時(shí)的實(shí)測(cè)記錄為了驗(yàn)證固件在真實(shí)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的可靠性我搭了一個(gè)測(cè)試環(huán)境兩個(gè)USB-CAN設(shè)備對(duì)連一個(gè)以周期性發(fā)送CAN報(bào)文另一個(gè)接收并統(tǒng)計(jì)連續(xù)跑48小時(shí)。結(jié)果如下測(cè)試項(xiàng)實(shí)測(cè)結(jié)果運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)48小時(shí)總發(fā)送幀數(shù)約3.4億幀1000幀/s總接收幀數(shù)約3.4億幀丟幀數(shù)0幀USB掉線次數(shù)0次CAN總線錯(cuò)誤幀0幀這個(gè)結(jié)果說(shuō)明固件的內(nèi)存管理和USB重連機(jī)制在48小時(shí)持續(xù)壓力下是可靠的。不過(guò)我提醒一句這個(gè)測(cè)試是在干凈的實(shí)驗(yàn)室總線環(huán)境無(wú)干擾下完成的如果現(xiàn)場(chǎng)總線有強(qiáng)電磁干擾總線錯(cuò)誤幀增加是正常的關(guān)鍵是固件能否在錯(cuò)誤幀之后自動(dòng)恢復(fù)。建議你在移植固件時(shí)把CAN控制器的自動(dòng)離線恢復(fù)ABOM功能使能APM32F072支持這個(gè)特性。8. 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)這類(lèi)移植項(xiàng)目的通用思路與復(fù)用價(jià)值這次把moonglow/kvaser固件移植到APM32F072上前后花了大概一個(gè)周末的時(shí)間核心工作集中在時(shí)鐘初始化、USB描述符、中斷向量和CAN初始化這幾個(gè)點(diǎn)。整個(gè)過(guò)程走下來(lái)我總結(jié)出了一個(gè)可以復(fù)用到其他芯片移植項(xiàng)目的通用思路分享給大家。8.1 移植項(xiàng)目的高效推進(jìn)順序如果你的目標(biāo)芯片和原項(xiàng)目芯片是同一系列或者寄存器級(jí)兼容推薦按這個(gè)順序推進(jìn)先跑點(diǎn)燈/串口打印建立環(huán)境基線確認(rèn)工具鏈、燒錄鏈路工作正常替換啟動(dòng)文件和鏈接腳本用目標(biāo)芯片官方庫(kù)的版本這是硬性要求核對(duì)時(shí)鐘樹(shù)保證系統(tǒng)時(shí)鐘、外設(shè)時(shí)鐘、通信速率都正確逐個(gè)外設(shè)替換寄存器驅(qū)動(dòng)先從簡(jiǎn)單的GPIO和UART開(kāi)始再?gòu)腃AN和USB這種復(fù)雜外設(shè)每次只改一個(gè)模塊改完立刻驗(yàn)證不要一次性把所有代碼都改完再編譯燒錄否則出問(wèn)題沒(méi)法定位這個(gè)順序?qū)嶋H上是把風(fēng)險(xiǎn)從大到小排列每走一步都在建立新的基線后面出了問(wèn)題就能快速縮小排查范圍。8.2 什么樣的芯片能沿用這套方法這套方法不完全局限于APM32F072和moonglow/kvaser固件凡是滿足以下條件的芯片都可以嘗試條件說(shuō)明ARM Cortex-M0/M0/M3內(nèi)核啟動(dòng)文件和鏈接腳本可以通用差異不大有USB全速設(shè)備控制器USB協(xié)議棧代碼基本可以移植有CAN控制器寄存器接口通常類(lèi)似但需要逐一核對(duì)Flash/RAM容量足夠至少32KB Flash、8KB RAM才能跑完整協(xié)議棧有官方SDK或固件庫(kù)方便提取時(shí)鐘初始化和最基本的GPIO驅(qū)動(dòng)國(guó)內(nèi)廠商的APM32、GD32、AT32、MM32這些芯片很多都是基于ARM內(nèi)核做了ST兼容設(shè)計(jì)寄存器映射各有差異但整體思路是一致的。如果你之前做過(guò)ST芯片的項(xiàng)目再切到國(guó)產(chǎn)芯片完全可以按照這個(gè)流程去做固件適配。8.3 這幾種固件的適用場(chǎng)景選型建議最后說(shuō)說(shuō)moonglow和kvasercandleLight到底怎么選。我的個(gè)人建議是如果主要用開(kāi)源工具鏈比如Wireshark抓CAN報(bào)文、BUS Master、SavvyCAN這類(lèi)免費(fèi)軟件就選moonglow它對(duì)USBtin協(xié)議的支持最成熟Linux內(nèi)核甚至原生支持USBtin設(shè)備。如果需要和商業(yè)CAN工具搭配使用比如車(chē)廠或供應(yīng)商環(huán)境里常用PCAN-View、Kvaser CanKing就選candleLight系固件它能被識(shí)別為CANable設(shè)備配合對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)庫(kù)使用。如果只是練手學(xué)習(xí)我更推薦從moonglow開(kāi)始因?yàn)樗拇a結(jié)構(gòu)清晰協(xié)議文檔比較多后面做二次開(kāi)發(fā)調(diào)試學(xué)到的內(nèi)容也更多。這次移植唯一的小遺憾是手頭沒(méi)有正好空閑的CAN收發(fā)器芯片直接用板載的TJA1050驗(yàn)證收發(fā)都正常。如果你用的是3.3V供電的收發(fā)器記得檢查CAN_H/CAN_L的共模電壓和終端電阻匹配性——很多通信不穩(wěn)定問(wèn)題大概率出在這兩層而不是MCU固件本身。這次移植經(jīng)驗(yàn)就分享到這里希望對(duì)你有幫助。