FreeRTOS + CAN

关键概念

ISR → 队列 → 任务 数据流

核心架构：中断只负责“搬运”，队列负责“缓冲”，任务负责“干活”。收发彻底解耦：

完整代码：双任务 + ISR 投递队列

下面是一套可直接套用的骨架：接收中断投递到 RX 队列，RX 任务解析后按需生成回复投到 TX 队列，TX 任务独占句柄发送。

/* can_rtos.c — FreeRTOS + bxCAN 工程化收发 */
#include "FreeRTOS.h"
#include "queue.h"
#include "task.h"
#include "stm32f4xx_hal.h"

extern CAN_HandleTypeDef hcan1;

/* 队列里传递的报文结构 */
typedef struct {
  uint32_t id;
  uint8_t  dlc;
  uint8_t  data[8];
} CanFrame_t;

static QueueHandle_t s_rxQueue;   /* 接收队列 */
static QueueHandle_t s_txQueue;   /* 发送队列 */

/* ── 中断回调：只取报文 + 投递，绝不做重活 ── */
void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan) {
  CAN_RxHeaderTypeDef h;
  CanFrame_t f;
  BaseType_t woken = pdFALSE;

  if (HAL_CAN_GetRxMessage(hcan, CAN_RX_FIFO0, &h, f.data) == HAL_OK) {
    f.id  = h.StdId;
    f.dlc = h.DLC;
    /* FromISR 版本：非阻塞、中断安全 */
    xQueueSendFromISR(s_rxQueue, &f, &woken);
  }
  /* 若唤醒了更高优先级任务，请求一次切换 */
  portYIELD_FROM_ISR(woken);
}

/* ── RX 任务：从容解析，需要时生成回复 ── */
void CAN_Rx_Task(void *arg) {
  CanFrame_t rx;
  for (;;) {
    /* 阻塞等待，队列空时任务让出 CPU，零轮询开销 */
    if (xQueueReceive(s_rxQueue, &rx, portMAX_DELAY) == pdTRUE) {
      if (rx.id == 0x100) {
        /* 收到查询帧 → 组回复帧投到 TX 队列 */
        CanFrame_t tx = { .id = 0x101, .dlc = 2 };
        tx.data[0] = 0x5A; tx.data[1] = 0xA5;
        xQueueSend(s_txQueue, &tx, 0);
      }
    }
  }
}

/* ── TX 任务：独占句柄，串行发送，无竞态 ── */
void CAN_Tx_Task(void *arg) {
  CanFrame_t tx;
  CAN_TxHeaderTypeDef hdr = {0};
  uint32_t mbox;
  hdr.IDE = CAN_ID_STD; hdr.RTR = CAN_RTR_DATA;

  for (;;) {
    if (xQueueReceive(s_txQueue, &tx, portMAX_DELAY) == pdTRUE) {
      hdr.StdId = tx.id;
      hdr.DLC   = tx.dlc;
      /* 邮箱满则等待，直到有空闲（简单退避）*/
      while (HAL_CAN_GetTxMailboxesFreeLevel(&hcan1) == 0)
        vTaskDelay(1);
      HAL_CAN_AddTxMessage(&hcan1, &hdr, tx.data, &mbox);
    }
  }
}

/* ── 初始化：建队列、建任务 ── */
void CAN_RTOS_Init(void) {
  s_rxQueue = xQueueCreate(16, sizeof(CanFrame_t));
  s_txQueue = xQueueCreate(16, sizeof(CanFrame_t));

  HAL_CAN_Start(&hcan1);
  HAL_CAN_ActivateNotification(&hcan1, CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING);

  /* TX 任务优先级略高于 RX，保证回复及时发出 */
  xTaskCreate(CAN_Rx_Task, "canrx", 256, NULL, 3, NULL);
  xTaskCreate(CAN_Tx_Task, "cantx", 256, NULL, 4, NULL);
}

总线负载率计算与监控

估算并周期性上报总线负载，是判断网络是否健康的重要指标。下面用一个统计任务累加收发帧数，按秒换算负载率：

/* 标准数据帧位数估算：SOF+ID+控制+CRC+ACK+EOF ≈ 44 位固定
   + 8*DLC 数据位，再留 ~15% 位填充裕量 */
static inline uint32_t FrameBits(uint8_t dlc) {
  uint32_t bits = 44 + 8 * dlc;
  return bits + bits / 6;   /* 约 +16% 填充位裕量 */
}

volatile uint32_t g_bits_this_sec = 0;   /* 每收发一帧累加 */

void BusLoad_Task(void *arg) {
  const uint32_t baud = 500000;   /* 500 kbps */
  for (;;) {
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    uint32_t bits;
    taskENTER_CRITICAL();      /* 短临界区读清计数 */
    bits = g_bits_this_sec;
    g_bits_this_sec = 0;
    taskEXIT_CRITICAL();
    uint32_t load = bits * 100 / baud;  /* 百分比 */
    printf("总线负载: %lu%%\n", load);
    if (load > 70)
      printf("警告：负载过高，低优先级报文可能被饿死\n");
  }
}