🚀 提升CAN网关效率：区间白名单配置到硬件过滤器

网关只关心八个 CAN ID，其余报文应该在哪里被丢掉？

在收到数据之后写一句 if，功能上很直接。但如果判断发生在 4G 模组里，不相关报文已经经过 CAN 接收 FIFO、中断、环形缓冲和板内串口。过滤结果相同，前面几层付出的代价却不同。

这次把区间白名单往前移一层，放到 AT32F425 的硬件过滤器里。重点是把任意起止 ID 精确翻译成掩码，并处理帧格式混淆、过滤组耗尽和旧配置残留。静态工具、启动补丁和验证记录已经完成，整机烧录及总线实测不在本次结论内。

原链路与改进后的静态过滤路径

图1　原路径先由 MCU 接收，再由模组检查区间；改动把固定接收边界放到 FIFO 之前，软件区间过滤仍可保留。

先找到真正负责接收的芯片

这块板上有 LTE 模组，也有一颗负责 CAN 转 UART 的 AT32F425F8P7。今天动的是后者的接收过滤配置，不需要改 PCB。

AT32F425的实际EDA引脚局部

图2　从对应 V1 工程的嘉立创 EDA 编辑器重新导出的原理图局部。U5 的 PA2 接 CAN1_RX，PA3 接 CAN1_TX。

原驱动把 PA2、PA3 配成 MUX4，与图中的收发方向对应。PA4 则接 CAN_120_CTRL，控制终端电阻继电器。它不是过滤器的使能脚。

CAN收发器和接口电路

图3　实际器件是 U6 SIT65HVD230DR，供电为 3V3；CN1 的 1、2、3 脚分别为 CANL、CANH、GND。不要因型号后缀相似，就把它写成另一家的器件。

同版PCB顶面与底面

图4　V1 PCB 顶、底面由实际编辑器重新导出。图用于定位板内 CAN 接收链路；本次修改保留原硬件版本，未宣称完成整板电源、射频或车辆接入验证。

源码里的关键线索很短。drv_can_filter_init() 启用第0组、32位掩码模式、FIFO0，但标识字和掩码全部为0。

掩码位为0，意思是这一位不用比较。因此这组过滤器既不比较 ID，也不比较 IDT 和 RTR，没有建立接收白名单。随后 ML307R 侧的 can_filter_check(ff, id) 才按帧格式和闭区间筛选。这里不是软件区间比较算错了，而是可以把固定边界前移，让无关报文不再进入这条接收搬运路径。

区间为什么不能直接写进掩码

假设要接收标准帧 0x123～0x12A，首尾都包含，一共八个 ID。

掩码不是大小比较器。它表达的是“哪些位必须相同”，天然适合按二次幂对齐的块。用一个过粗的掩码去罩住这八个 ID，往往会连附近不需要的 ID 一起放进来。

区间精确拆为四个掩码块

图5　8个 ID 的数量虽然是2的幂，起点却不按8对齐，因此仍需拆成4块。

拆分时，每次从区间左端拿走一个“起点对齐、长度不过界”的最大二次幂块。以第一步为例，0x123 最低位是1，只能先拿走一个 ID；移动到 0x124 后，可以拿4个。

核心计算如下，完整的输入检查、区间合并和输出代码在附件中。

while lo <= hi:
    remaining = hi - lo + 1
    fit = 1 << (remaining.bit_length() - 1)
    aligned = (lo & -lo) if lo else (1 << bits)
    size = min(aligned, fit)
    mask = ((1 << bits) - 1) ^ (size - 1)
    # 当前块为 [lo, lo + size - 1]
    lo += size

bits 对标准帧为11，对扩展帧为29。起点为0时要单独处理，否则 lo & -lo 也是0，循环就无法前进。

在拆分之前，同一种帧格式里的重叠和相邻区间先合并，避免重复占用过滤组。标准帧与扩展帧分开合并，即使数值相同也不混在一起。

别漏掉帧格式位

AT32F425 技术手册 V2.05 的32位掩码模式中，标准 ID 位于寄存器的 [31:21]；扩展 ID 使用 [31:3]。bit2 是 IDT，即标准/扩展格式标志，bit1 是 RTR。

标识符与格式位的寄存器布局

图6　位段依据手册第341～342页重绘；代码中的 0x4 用于比较 IDT，不能省略。

生成标识字与掩码字时，使用以下变换。

shift = 3 if ff else 21
id_word = (lo << shift) | (ff << 2)
mask_word = (mask << shift) | 0x4

为什么掩码要加 0x4？如果只比较 ID 高位，扩展帧可能共享相同的标准 ID 前缀。显式比较 IDT 后，标准白名单只接收标准帧，扩展白名单只接收扩展帧。

RTR 这次保持不比较，因为原软件过滤器依据的是帧格式与 ID 区间，没有把数据帧和远程帧分成两套规则。如果应用只接收数据帧，应另外增加明确的 RTR 策略和测试，不能悄悄改变原有语义。

示例生成的前四组寄存器值如下，可以逐行对照图5。

ID word     Mask word    标准帧范围
24600000    FFE00004     123～123
24800000    FF800004     124～127
25000000    FFC00004     128～129
25400000    FFE00004     12A～12A

附件还配置了扩展帧 0x18F00100～0x18F0010F。这一段按16对齐，只增加一组，标识字为 0xC7800804，掩码为 0xFFFFFF84；合计使用5组。

14组用完之后，必须承认放不下

这颗芯片提供14组过滤器，编号0～13。本实现统一使用32位掩码模式，每个拆分块占一组。它没有混排16位模式或列表模式，也不声称给出了所有硬件模式下的最少组数。

对于这套确定的表示方法，容量不足就应明确报错。不能截掉后面的块，也不能擅自放宽掩码“挤进去”。前者漏收，后者扩大接收集合，都会让白名单失去可解释性。

生成器先校验整数类型、ID宽度和区间方向，再统计拆分结果。超过14组时返回非零退出码，停止构建。JSON 中的 true、浮点数和字符串不会被当成合法 ID，重复键也会拒绝。

启动阶段还有一个容易留下的尾巴。配置从5组缩成2组时，只重写前2组并不够，原来的后3组可能仍在工作。因此适配器先关闭全部14组，再逐组启用新表；空白名单就保持全部关闭，不自动退回“全收”。

实际写入使用工程自带的厂商函数，以下是启用新表的部分。

for (unsigned bank = 0; bank < FILTER_COUNT; ++bank) {
    f.filter_number = (uint8_t)bank;
    f.filter_id_high = (uint16_t)(filter_table[bank].id_word >> 16);
    f.filter_id_low = (uint16_t)filter_table[bank].id_word;
    f.filter_mask_high = (uint16_t)(filter_table[bank].mask_word >> 16);
    f.filter_mask_low = (uint16_t)filter_table[bank].mask_word;
    f.filter_activate_enable = TRUE;
    can_filter_init(can, &f);
}

完整函数已经在前面设置好32位、掩码模式和FIFO0，并完成旧组关闭。集成时在 CAN 时钟及基础参数配置之后、接收中断打开之前调用，由这个模块独占14组。不要直接把它搬到正在接收报文的运行期，假定切换期间也能无损收包。

用集合比较去检验掩码，而不只看几个例子

“边界上两帧能通过”不足以证明中间没有洞、旁边没有漏进来的 ID。测试以最朴素的区间判断作为独立参照，再与生成寄存器字的掩码匹配结果比较。

本次真实验证结果摘要

图7　来自本次运行日志的验证范围。RAM寄存器检查没有模拟真实 CAN 控制器，也没有连接实体总线。

120个标准区间分别穷举全部2048个 ID，同时检查数据/远程帧，以及共享 SID 前缀的另一种帧格式。扩展 ID 空间不适合在这篇专题里全量穷举，使用固定随机种子生成300个区间；其中287个容量合格实例执行随机与起止边界比较，其余13个因超过14组而被明确拒绝。

随后把工程中的真实 can_filter_init() 原样提取出来，对 RAM 中的厂商寄存器结构执行配置，检查示例5组、空表和满14组时的激活位、位宽、模式、FIFO关联和旧组清除。适配器、厂商函数及修改后的 drv_can.c 也完成了 Cortex-M4 目标对象编译。

这些证据支持“生成的集合与预期一致、参数能按厂商接口写入、改动文件可以针对目标编译”。它们不支持宣称整机已经烧录成功，更不能换算成实测 CPU 占用、丢帧率或通信稳定性。

把静态边界和远程配置说清楚

保留 ML307R 软件过滤时，最终通过的集合是 硬件白名单 H 与软件白名单 S 的交集。

这给部署带来一个明确约束。远程把软件白名单扩大到硬件范围之外，新 ID 依然进不来。附件会从同一输入生成硬件表和模组侧区间 JSON，便于核对配置；但没有实现自动下发，也没有构建 ML307R 的专有 SDK。

固定采集范围适合使用这次的静态方案。需要随时扩大接收范围，则应另行设计版本号、容量预检、确认应答及失效恢复协议，并先做台架验证。CAN 接收过滤也不等于总线隔离、认证或攻击防护，它不会降低总线上已经存在的报文负载。

复核本文可先在电脑运行以下命令，附件没有提供未经整机验证的烧录二进制。

python interval_filters.py whitelist.json generated
python test_filters.py
python build_and_verify.py --zig C:/path/to/zig.exe

改动的价值在于把“起止 ID”变成一份可以审查、可以拒绝、可以复算的硬件配置。区间边界、帧格式和硬件容量都写进同一条生成流程，白名单才不会在换一组参数之后悄悄变味。

材料与验证说明

下载源码与复核包，包含完整主机工具、生成配置、启动适配器、原工程集成补丁、所需厂商头文件、许可证和真实验证日志。环境为 Python 3.12.14、Zig 0.13.0，工程自带 AT32 外设库2.1.3；无需板卡即可复核主机工具，目标部分完成对象编译，未做整机链接与实测。

取材项目为《车载4G CANDTU》，原作者 eda_kwazdnpkc，项目 V1，页面更新于2025年3月24日。完整来源 https://oshwhub.com/eda_kwazdnpkc/ml3074gcandtu 。项目标注 GPL 3.0；原理图及 PCB 图片从对应 V1 的嘉立创 EDA 编辑器重新导出，仅裁剪、保真缩放和适度锐化；本文示意图独立绘制，未使用生成式图像补画电路。

技术依据为原项目的 F425_UART2CAN.7z、ML307R-SRC.7z，以及雅特力《AT32F425系列技术手册》V2.05第341、342、359页。本文独立实现了区间编译器与静态配置适配，未修改硬件。独立工具和适配器采用MIT许可，集成派生文件遵守GPL-3.0，第三方BSP、CMSIS和CherryRB保留各自声明，完整文本随源码包提供。

DF页面许可仅适用于本文独立文字，第三方工程与电路图仍按GPL-3.0，代码依附件分项许可。

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