STM32 CAN使用TJA1050时，HSE与HSI时钟源切换会导致通信异常吗？

Question

在STM32 CAN使用TJA1050时，HSE与HSI时钟源切换是否会导致通信异常？这是一个常见的技术问题。STM32的CAN外设依赖系统时钟进行波特率计算，当从高速外部晶振（HSE）切换到高速内部RC振荡器（HSI）时，由于两者频率差异较大（HSE通常为8MHz或更高，而HSI约为16MHz），可能会导致CAN波特率配置偏差。这种偏差可能超出TJA1050物理层的容忍范围，从而引发通信异常，例如丢帧、错误帧或完全无法通信。因此，在实际应用中，若需切换时钟源，必须重新配置CAN的波特率寄存器以匹配新的时钟频率，并确保总线上的其他节点也能适应此变化。此外，建议尽量避免动态切换时钟源，特别是在CAN通信活跃期间，以保证通信稳定性。

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1. 问题概述

在嵌入式开发中，STM32的CAN外设依赖系统时钟（SYSCLK）进行波特率计算。当使用TJA1050作为CAN物理层收发器时，切换系统时钟源（如从HSE切换到HSI）可能会导致通信异常。这种现象的根本原因在于HSE和HSI的频率差异较大（通常HSE为8MHz或更高，而HSI约为16MHz），从而影响CAN波特率配置的准确性。

以下将从常见技术问题、分析过程及解决方案等方面逐步深入探讨：

• 什么是HSE与HSI？
• 为什么切换时钟会导致CAN通信异常？
• 如何解决这一问题？

2. 技术分析

HSE（High Speed External Oscillator）是外部晶振提供的精确时钟源，通常用于需要高精度的应用场景；HSI（High Speed Internal RC Oscillator）则是内部RC振荡器提供的时钟源，虽然启动速度快且无需外部元件，但其频率误差较大。

CAN外设的波特率由以下公式决定：

Baud Rate = (PCLK / (BTR[PRESC] * (1 + BTR[SJW + TS1 + TS2])))

其中，PCLK是从SYSCLK派生的时钟信号。如果SYSCLK发生变化（例如从HSE切换到HSI），则PCLK也会随之变化，进而导致波特率偏差。

TJA1050物理层对波特率容忍范围有限，超出范围可能导致丢帧、错误帧或完全无法通信。

3. 解决方案

以下是针对此问题的具体解决方案：

1. 重新配置CAN波特率寄存器：在切换时钟源后，必须根据新的SYSCLK重新计算并设置波特率寄存器值。
2. 确保总线上的其他节点兼容：所有CAN节点需能适应新的波特率设置。
3. 避免动态切换时钟源：特别是在CAN通信活跃期间，建议固定使用一种时钟源以保证稳定性。

以下是一个简单的代码示例，展示如何在切换时钟源后重新配置CAN波特率：

void Reconfigure_CAN_BaudRate(void) {
    CAN_InitTypeDef CAN_InitStruct;
    // 假设新时钟源为HSI
    uint32_t newSysClock = 16000000; // HSI频率
    uint32_t baudRate = 500000; // 目标波特率

    // 计算波特率分频值
    CAN_InitStruct.Baudrate = baudRate;
    CAN_InitStruct.Mode = CAN_MODE_NORMAL;
    CAN_InitStruct.SJW = CAN_SJW_1TQ;
    CAN_InitStruct.BS1 = CAN_BS1_6TQ;
    CAN_InitStruct.BS2 = CAN_BS2_7TQ;

    // 根据新的时钟重新初始化CAN
    HAL_CAN_DeInit(&hcan);
    HAL_CAN_Init(&hcan, &CAN_InitStruct);
}
    

4. 流程图

以下是处理该问题的流程图，帮助理解操作步骤：

graph TD;
            A[开始] --> B{是否切换时钟源};
            B -- 是 --> C[重新计算波特率];
            C --> D[更新CAN波特率寄存器];
            D --> E[检查总线节点兼容性];
            E --> F[结束];
            B -- 否 --> F;

5. 数据对比表

以下是HSE与HSI的关键参数对比：

参数	HSE	HSI
频率范围	4-26 MHz	约16 MHz
精度	±20 ppm（典型值）	±1%至±4%
启动时间	较慢	较快
适用场景	高精度需求	快速启动需求