ESP-IDFを使ってみる

CAN通信(TWAI通信)

ESP32には、CAN2.0B仕様の標準フレームフォーマット（11ビットID）および拡張フレームフォーマット（29ビットID）をサポートするCANコントローラが含まれています。

こちらにCAN通信のサンプルが公開されています。
ESP-IDFのver4.1まではCAN Networkの名前でしたが、ESP32-S2の追加に伴い、
ver4.2-dev-2243(ぐらい)からTWAI(Two-Wire Automotive Interface) Networkに名前が変わりました。
ドライバーもdriver/can.hからdriver/twai.hに変わり、APIも全て変わっています。

こちらには3つのフォルダーが有りますが、2台のESP32を使って、masterとslave、またはmasterと listen_onlyを同時に動かさないとテストすることができません。
そこで、RaspberryやArduinoを送信元として、受信したデータを表示するだけのツール(candump)を作りました。
ソースはこちらで公開していますが、menuconfigでCANのBitrateを、送信元と一致させる必要が有ります。

esp32でCAN通信を行う場合、CAN Bus Transceiverが別途必要になります。
CAN Bus Transceiverには駆動電圧が5Vの製品と、3.3V以上で駆動できる製品が有りますが、
esp32で5Vの製品を使う場合は、受信側のデータラインのレベルシフトが必要になります。
私は、安価(US$1)に入手できて、3.3Vで駆動できるSN65HVD230を使いました。

裏側には2つのチップ抵抗が実装されています。
右側のチップ抵抗が終端抵抗(120Ω)、左側のチップ抵抗(10KΩ)でRsピンをPullDownしています。
Rsピンはモード切替用のピンですが、PullDownでHigh Speedモードになります。
同様の製品にSN65HVD231/232が有りますが、SN65HVD232にはモード切替の機能が無いのでRsのPullDownは不要です。

1つのCAN Bus上で、5V CAN Bus Transceiverと3.3V CAN Bus Transceiverは混在して使うことができますが
混在して使う場合、終端抵抗を120Ωから150Ωに変更しないと送信が動きませんでした。
モジュールから左側のチップ抵抗(終端抵抗)を外して、150Ωの抵抗をCAN-HとCAN-Lの間に挟んで使いました。
CAN Bus上に既に終端抵抗が２つ有る場合、終端抵抗は不要です。

5V CAN Bus Transceiverと3.3V CAN Bus Transceiverを混在して使う場合の注意点がこちらに公開されています。
終端抵抗を２つに分割して、+1V Ground Shiftする回路を使うと良さそうなことが書かれています。

CAN Bus TransceiverとESP32の接続は以下の様になります。
CANコントローラを使う場合、2つのGPIO(GPIO32/33)をCANの送受信で使いますが、使用するGPIOは変更することができます。
CAN通信で使用できるGPIOに特に制限は無い様です。

SN65HVD23x	ESP32	CAN Bus
D(CTX)	GPIO32
Vss	GND
Vdd	3.3V
R(CRX)	GPIO33
Vref	N/C
CANL		To CAN Bus
CANH		To CAN Bus
Rs	GND(*1)

(*1) SN65HVD232の時はN/C

Bitrateが正しいと、以下の様に受信したデータを表示します。
今回はこちらで紹介しているRaspberryPiを送信元として使い、Bitrateは500Kとしました。

こちらに受信フィルター(Acceptance Filter)に関する説明が公開されています。
Bit layout of single filter mode と Bit layout of dual filter mode の図が有りますが、Right side MSBit(図の右側が最上位ビット)で記載されています。
Right side MSBitの図を今まで見たことが無かったので、てっきりLeft side MSBit(図の左側が最上位ビット)だと思い込んで、
メチャクチャはまりました。

例えばsingle filter modeで、Standard FrameのID=0x100だけを許す場合、以下の設定となります。

f_config.acceptance_code = (0x100
              << 21);

              f_config.acceptance_mask = ~(0x1FF << 21);

              f_config.single_filter = true;

また、single filter modeで、Extended FrameのID=0x10000008だけを許す場合、以下の設定となります。

f_config.acceptance_code = (0x10000008
              << 3);

              f_config.acceptance_mask = ~(0x1FFFFFFF << 3);

              f_config.single_filter = true;

ESP-IDF V5.5でESP32C5のサポートが追加されました。
ESP32C5ではCANがFDCANに対応し、またCANが２系統に増強されました。
これに伴い、ESP-IDF V5.5からTWAIドライバーの仕様が大きく変わりました。
今までのドライバーとは全く互換性が有りません。
ESP-IDF 5.5でもレガシードライバーは使えますが、ESP-IDF 6.xでは以下のビルドエラーとなります。

error: #warning "The legacy TWAI driver
              is deprecated, please use esp_twai.h" [-Werror=cpp]

このエラーは以下のコンパイルオプションを設定することで回避することができます。

ESP-IDF V5.xの受信処理は関数呼び出しで、受信完了まで待たされましたが、
ESP-IDF V6.xの受信処理はコールバックとなっています。

受信フィルターがmaskフィルターとrangeフィルターの２種類となり、
今までは１組しか設定できなかった受信フィルターが、ESP32C5に限り３組まで設定できるようになりました。
ESP32C5では3組のフィルターを組み合わせることで、かなり柔軟な受信フィルターを構成することができます。
受信フィルターの数は、以下のコマンドで確認することができます。

$ cd esp-idf/components/soc

              $ grep -rn "SOC_TWAI_MASK_FILTER_NUM" *

              esp32/include/soc/soc_caps.h:343:#define
              SOC_TWAI_MASK_FILTER_NUM       
              1U

              esp32c3/include/soc/soc_caps.h:380:#define
              SOC_TWAI_MASK_FILTER_NUM       
              1U

              esp32c5/include/soc/soc_caps.h:527:#define
              SOC_TWAI_MASK_FILTER_NUM       
              3

              esp32c6/include/soc/soc_caps.h:471:#define
              SOC_TWAI_MASK_FILTER_NUM           
              1U

              esp32h2/include/soc/soc_caps.h:488:#define
              SOC_TWAI_MASK_FILTER_NUM           
              1U

              esp32p4/include/soc/soc_caps.h:676:#define
              SOC_TWAI_MASK_FILTER_NUM           
              1U

              esp32s2/include/soc/soc_caps.h:362:#define
              SOC_TWAI_MASK_FILTER_NUM       
              1U

              esp32s3/include/soc/soc_caps.h:415:#define
              SOC_TWAI_MASK_FILTER_NUM       
              1U

続く．．．