一. CAN協(xié)議概念

1.1 CAN 協(xié)議簡介

CAN 總線協(xié)議已經(jīng)成為汽車計算機(jī)控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)總線，并且擁有以CAN 為底層協(xié)議專為大型貨車和重工機(jī)械車輛設(shè)計的 J1939 協(xié)議。近年來，它具有的高可靠性和良好的錯誤檢測能力受到重視，被廣泛應(yīng)用于汽車計算機(jī)控制系統(tǒng)和環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強(qiáng)及振動大的工業(yè)環(huán)境。

1.2 CAN 物理層

1.2.1 閉環(huán)總線網(wǎng)絡(luò)

1.2.2 開環(huán)總線網(wǎng)絡(luò)

1.2.3 通訊節(jié)點

我們來用TJA1050來看下原理圖：

1.2.4 差分信號

1.2.5 CAN 協(xié)議中的差分信號

在 CAN 總線中，必須使它處于隱性電平 (邏輯 1) 或顯性電平 (邏輯 0) 中的其中一個狀態(tài)。假如有兩個 CAN 通訊節(jié)點，在同一時間，一個輸出隱性電平，另一個輸出顯性電平，類似 I2C 總線的“線與”特性將使它處于顯性電平狀態(tài)，顯性電平的名字就是這樣來的，即可以認(rèn)為顯性具有優(yōu)先的意味。

1.3 CAN 協(xié)議層

1.3.1 CAN 的波特率及位同步

1.3.2 位時序分解

該圖中表示的 CAN 通訊信號每一個數(shù)據(jù)位的長度為 19Tq，其中 SS 段占 1Tq， PTS 段占 6Tq， PBS1段占 5Tq， PBS2 段占 7Tq。信號的采樣點位于 PBS1 段與 PBS2 段之間，通過控制各段的長度，可以對采樣點的位置進(jìn)行偏移，以便準(zhǔn)確地采樣。

1.3.3 通訊的波特率

1.3.4 同步過程分析

(2) 重新同步

第二種相位滯后的情況如圖 ，節(jié)點從總線的邊沿跳變中，檢測到它的時序比總線的時序相對滯后 2Tq，這時控制器在前一個位時序中的 PBS2 段減少 2Tq 的時間長度，獲得同步。

在重新同步的時候，PBS1 和 PBS2 中增加或減少的這段時間長度被定義為“重新同步補(bǔ)償寬度SJW* (reSynchronization Jump Width)”。一般來說 CAN 控制器會限定 SJW 的最大值，如限定了最大 SJW=3Tq 時，單次同步調(diào)整的時候不能增加或減少超過 3Tq 的時間長度，若有需要，控制器會通過多次小幅度調(diào)整來實現(xiàn)同步。當(dāng)控制器設(shè)置的 SJW 極限值較大時，可以吸收的誤差加大，但通訊的速度會下降

1.3.5 CAN 的報文種類及結(jié)構(gòu)

1.3.5.1 報文的種類

1.3.5.2 數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)幀以一個顯性位 (邏輯 0) 開始，以 7 個連續(xù)的隱性位 (邏輯 1) 結(jié)束，在它們之間，分別有仲裁段、控制段、數(shù)據(jù)段、CRC 段和 ACK 段。

仲裁段 ID 的優(yōu)先級也影響著接收設(shè)備對報文的反應(yīng)。因為在 CAN 總線上數(shù)據(jù)是以廣播的形式發(fā)送的，所有連接在 CAN 總線的節(jié)點都會收到所有其它節(jié)點發(fā)出的有效數(shù)據(jù)，因而我們的 CAN

1.3.5.3 其它報文的結(jié)構(gòu)

二. STM32 CAN 控制器介紹

STM32 的有兩組 CAN 控制器，其中 CAN1 是主設(shè)備，框圖中的“存儲訪問控制器”是由 CAN1控制的，CAN2 無法直接訪問存儲區(qū)域，所以使用 CAN2 的時候必須使能 CAN1 外設(shè)的時鐘。框圖中主要包含 CAN 控制內(nèi)核、發(fā)送郵箱、接收 FIFO 以及驗收篩選器，下面對框圖中的各個部分進(jìn)行介紹。

2.1 CAN 控制內(nèi)核

2.1.1 主控制寄存器 CAN_MCR

(1) DBF 調(diào)試凍結(jié)功能

2.1.2 位時序寄存器 (CAN_BTR) 及波特率

CAN 外設(shè)中的位時序寄存器 CAN_BTR 用于配置測試模式、波特率以及各種位內(nèi)的段參數(shù)。

2.1.2.1 模式

各個工作模式介紹如下：

2.1.2.2 位時序及波特率

STM32 的 CAN 外設(shè)位時序中只包含 3 段，分別是同步段 SYNC_SEG、位段 BS1 及位段 BS2，采樣點位于 BS1 及 BS2 段的交界處。其中 SYNC_SEG 段固定長度為 1Tq，而 BS1 及 BS2 段可以

推薦一個CAN波特率計算器：

CAN波特率計算 f103AHP1_36M f407AHP1_42M 采樣點軟件有說明.rar

2.2 CAN 發(fā)送郵箱

當(dāng)我們要使用 CAN 外設(shè)發(fā)送報文時，把報文的各個段分解，按位置寫入到這些寄存器中，并對標(biāo)識符寄存器 CAN_TIxR 中的發(fā)送請求寄存器位 TMIDxR_TXRQ 置 1，即可把數(shù)據(jù)發(fā)送出去。其中標(biāo)識符寄存器 CAN_TIxR 中的 STDID 寄存器位比較特別。我們知道 CAN 的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識符的總位數(shù)為 11 位，而擴(kuò)展標(biāo)識符的總位數(shù)為 29 位的。當(dāng)報文使用擴(kuò)展標(biāo)識符的時候，標(biāo)識符寄存器 CAN_TIxR 中的 STDID[10:0] 等效于 EXTID[18:28] 位，它與 EXTID[17:0] 共同組成完整的 29位擴(kuò)展標(biāo)識符。

2.3 CAN 接收 FIFO

通過中斷或狀態(tài)寄存器知道接收 FIFO 有數(shù)據(jù)后，我們再讀取這些寄存器的值即可把接收到的報文加載到 STM32 的內(nèi)存中

2.4 驗收篩選器

每組篩選器包含 2 個 32 位的寄存器，分別為 CAN_FxR1 和 CAN_FxR2，它們用來存儲要篩選的ID 或掩碼，各個寄存器位代表的意義與圖中兩個寄存器下面“映射”的一欄一致，各個模式的說明見表。

例如下面的表格所示，在掩碼模式時，第一個寄存器存儲要篩選的 ID，第二個寄存器存儲掩碼，掩碼為 1 的部分表示該位必須與 ID 中的內(nèi)容一致，篩選的結(jié)果為表中第三行的 ID 值，它是一組包含多個的 ID 值，其中 x 表示該位可以為 1 可以為 0。

而工作在標(biāo)識符模式時，2 個寄存器存儲的都是要篩選的 ID，它只包含 2 個要篩選的 ID 值 (32位模式時)。

2.5 整體控制邏輯

2.6 STM32 HAL庫代碼邏輯

2.6.1 初始化

typedef struct
{
  uint32_t Prescaler;  /* 配置 CAN 外設(shè)的時鐘分頻，可設(shè)置為 1-1024*/
  uint32_t Mode;       /* 配置 CAN 的工作模式，回環(huán)或正常模式 */
  uint32_t SyncJumpWidth;  /* 配置 SJW 極限值 */
  uint32_t TimeSeg1;   /* 配置 BS1 段長度 */
  uint32_t TimeSeg2;   /* 配置 BS2 段長度 */
  FunctionalState TimeTriggeredMode;   /* 是否使能 TTCM 時間觸發(fā)功能 */
  FunctionalState AutoBusOff;     /* 是否使能 ABOM 自動離線管理功能 */
  FunctionalState AutoWakeUp;   /* 是否使能 AWUM 自動喚醒功能 */
  FunctionalState AutoRetransmission;  /* 是否使能 NART 自動重傳功能 */
  FunctionalState ReceiveFifoLocked;   /* 是否使能 RFLM 鎖定 FIFO 功能 */
  FunctionalState TransmitFifoPriority;/* 配置 TXFP 報文優(yōu)先級的判定方法 */
} CAN_InitTypeDef;

2.6.2 CAN 發(fā)送及接收結(jié)構(gòu)體

typedef struct
{
  uint32_t StdId;    /* 存儲報文的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識符 11 位，0-0x7FF. */
  uint32_t ExtId;    /* 存儲報文的擴(kuò)展標(biāo)識符 29 位，0-0x1FFFFFFF. */
  uint32_t IDE;     /* 存儲 IDE 擴(kuò)展標(biāo)志 */
  uint32_t RTR;    /* 存儲 RTR 遠(yuǎn)程幀標(biāo)志 */
  uint32_t DLC;     /* 存儲報文數(shù)據(jù)段的長度，0-8 */
  FunctionalState TransmitGlobalTime; 
} CAN_TxHeaderTypeDef;
typedef struct
{
  uint32_t StdId;    /* 存儲報文的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識符 11 位，0-0x7FF. */
  uint32_t ExtId;    /* 存儲報文的擴(kuò)展標(biāo)識符 29 位，0-0x1FFFFFFF. */
  uint32_t IDE;     /* 存儲 IDE 擴(kuò)展標(biāo)志 */
  uint32_t RTR;      /* 存儲 RTR 遠(yuǎn)程幀標(biāo)志 */
  uint32_t DLC;     /* 存儲報文數(shù)據(jù)段的長度，0-8 */
  uint32_t Timestamp; 
  uint32_t FilterMatchIndex; 
} CAN_RxHeaderTypeDef;

2.6.3 CAN 篩選器結(jié)構(gòu)體

typedef struct
{
  uint32_t FilterIdHigh;         /*CAN_FxR1 寄存器的高 16 位 */
  uint32_t FilterIdLow;         /*CAN_FxR1 寄存器的低 16 位 */
  uint32_t FilterMaskIdHigh;   /*CAN_FxR2 寄存器的高 16 位 */
  uint32_t FilterMaskIdLow;    /*CAN_FxR2 寄存器的低 16 位 */
  uint32_t FilterFIFOAssignment;  /* 設(shè)置經(jīng)過篩選后數(shù)據(jù)存儲到哪個接收 FIFO */
  uint32_t FilterBank;            /* 篩選器編號，范圍 0-27，數(shù)據(jù)手冊上說0-27是CAN1/CAN2共享，但是實測發(fā)現(xiàn)并不是這樣，CAN1是0-13，CAN2是14-27 */
  uint32_t FilterMode;            /* 篩選器模式 */
  uint32_t FilterScale;           /* 設(shè)置篩選器的尺度 */
  uint32_t FilterActivation;      /* 是否使能本篩選器 */
  uint32_t SlaveStartFilterBank;  
} CAN_FilterTypeDef;

對這些結(jié)構(gòu)體成員賦值的時候，還要注意寄存器位的映射，即注意哪部分代表 STID，哪部分代表 EXID 以及 IDE、RTR 位。

三. CAN Cubemx配置

問題：怎么配置波特率呢？

我們用采集點為80%，所以BS1為4tq,BS2為2tq,分頻系數(shù)為12，代進(jìn)公式Fpclk1/((CAN_BS1+CAN_BS2+1)*CAN_Prescaler)=42M/(4+2+1)/12=500kHz

我們用采集點為75%，所以BS1為3tq,BS2為2tq,分頻系數(shù)為7，代進(jìn)公式Fpclk1/((CAN_BS1+CAN_BS2+1)*CAN_Prescaler)=42M/(3+2+1)/7=1MHz

問題：Basic Parameter分別是啥意思呢?

Timer Triggered Communication Mode:否使用時間觸發(fā)功能 (ENABLE/DISABLE)，時間觸發(fā)功能在某些CAN 標(biāo)準(zhǔn)中會使用到。

問題：為啥CAN分為RX0,RX1中斷呢？

答案：STM32有2個3級深度的接收緩沖區(qū)：FIFO0和FIFO1，每個FIFO都可以存放3個完整的報文，它們完全由硬件來管理。如果是來自FIFO0的接收中斷，則用CAN1_RX0_IRQn中斷來處理。如果是來自FIFO1的接收中斷，則用CAN1_RX1_IRQn中斷來處理，如圖：

問題：CAN SCE中斷時什么？

答案：status chanege error,錯誤和狀態(tài)變化中斷!

四.CAN分析工具的使用

https://www.zhcxgd.com/h-col-112.html

五. 實驗

1.Normal模式測試500K 波特率（定時發(fā)送，輪詢接收）

1.1 CubeMx配置

1.2 設(shè)置Filter過濾，我們只使能FIFO0，并且不過濾任何消息

uint8_t bsp_can1_filter_config(void)
{
    CAN_FilterTypeDef filter = {0};
    filter.FilterActivation = ENABLE;
    filter.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK;
    filter.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_32BIT;
    filter.FilterBank = 0;
    filter.FilterFIFOAssignment = CAN_FILTER_FIFO0;
    filter.FilterIdLow = 0;
    filter.FilterIdHigh = 0;
    filter.FilterMaskIdLow = 0;
    filter.FilterMaskIdHigh = 0;
    HAL_CAN_ConfigFilter(&hcan1, &filter);
    return BSP_CAN_OK;
}

1.3 開啟CAN（注意，默認(rèn)Cubemx生成的代碼并沒有can start）

HAL_CAN_Start(&hcan1);

1.4 編寫發(fā)送函數(shù)

uint8_t bsp_can1_send_msg(uint32_t id_type,uint32_t basic_id,uint32_t ex_id,uint8_t *data,uint32_t data_len)
{
    uint8_t index = 0;
    uint32_t *msg_box;
 uint8_t send_buf[8] = {0};
    CAN_TxHeaderTypeDef send_msg_hdr;
    send_msg_hdr.StdId = basic_id;
    send_msg_hdr.ExtId = ex_id;
    send_msg_hdr.IDE = id_type;
    send_msg_hdr.RTR = CAN_RTR_DATA;
    send_msg_hdr.DLC = data_len;
 send_msg_hdr.TransmitGlobalTime = DISABLE;
 for(index = 0; index < data_len; index++)
          send_buf[index] = data[index];
 
    HAL_CAN_AddTxMessage(&hcan1,&send_msg_hdr,send_buf,msg_box);
    return BSP_CAN_OK;
}

send_data[0]++;
send_data[1]++;
send_data[2]++;
send_data[3]++;
send_data[4]++;
send_data[5]++;
send_data[6]++;
send_data[7]++;
if(id_type_std == 1)
{
    bsp_can1_send_msg(CAN_ID_STD,1,2,send_data,8);
    id_type_std = 0;
}
else
{
    bsp_can1_send_msg(CAN_ID_EXT,1,2,send_data,8);
    id_type_std = 1;
}
HAL_Delay(1000);

1.5 編寫輪詢接收函數(shù)

uint8_t bsp_can1_polling_recv_msg(uint32_t *basic_id,uint32_t *ex_id,uint8_t *data,uint32_t *data_len)
{
 uint8_t index = 0;
 uint8_t recv_data[8];
    CAN_RxHeaderTypeDef header;
 
    while (HAL_CAN_GetRxFifoFillLevel(&hcan1, CAN_RX_FIFO0) != 0)
    {
        if (__HAL_CAN_GET_FLAG(&hcan1, CAN_FLAG_FOV0) != RESET)
            printf("[CAN] FIFO0 overrun!
");


        HAL_CAN_GetRxMessage(&hcan1, CAN_RX_FIFO0, &header, recv_data);
        if(header.IDE == CAN_ID_STD)
        {
            printf("StdId ID:%d
",header.StdId);
        }
        else
        {
            printf("ExtId ID:%d
",header.ExtId);
        }
        printf("CAN IDE:0x%x
",header.IDE);
        printf("CAN RTR:0x%x
",header.RTR);
        printf("CAN DLC:0x%x
",header.DLC);
        printf("RECV DATA:");
        for(index = 0; index < header.DLC; index++)
        {
            printf("0x%x ",recv_data[index]);
        }
        printf("
");
    }
}

2.1 CubeMx配置

步驟2,3,4跟polling完全一致，我們來直接說下中斷怎么用（主要是使能notifity就行了）

static void MX_CAN1_Init(void)
{
  /* USER CODE BEGIN CAN1_Init 0 */
  /* USER CODE END CAN1_Init 0 */
  /* USER CODE BEGIN CAN1_Init 1 */
  /* USER CODE END CAN1_Init 1 */
  hcan1.Instance = CAN1;
  hcan1.Init.Prescaler = 12;
  hcan1.Init.Mode = CAN_MODE_NORMAL;
  hcan1.Init.SyncJumpWidth = CAN_SJW_1TQ;
  hcan1.Init.TimeSeg1 = CAN_BS1_4TQ;
  hcan1.Init.TimeSeg2 = CAN_BS2_2TQ;
  hcan1.Init.TimeTriggeredMode = DISABLE;
  hcan1.Init.AutoBusOff = ENABLE;
  hcan1.Init.AutoWakeUp = ENABLE;
  hcan1.Init.AutoRetransmission = DISABLE;
  hcan1.Init.ReceiveFifoLocked = DISABLE;
  hcan1.Init.TransmitFifoPriority = DISABLE;
  if (HAL_CAN_Init(&hcan1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /* USER CODE BEGIN CAN1_Init 2 */
  bsp_can1_filter_config();
 HAL_CAN_Start(&hcan1);
 HAL_CAN_ActivateNotification(&hcan1,CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING);
  /* USER CODE END CAN1_Init 2 */
}

void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan)
{
 uint8_t index = 0;
 uint8_t recv_data[8];
      CAN_RxHeaderTypeDef header;
 
 HAL_CAN_GetRxMessage(&hcan1, CAN_RX_FIFO0, &header, recv_data);
 if(header.IDE == CAN_ID_STD)
 {
          printf("StdId ID:%d
",header.StdId);
 }
 else
 {
          printf("ExtId ID:%d
",header.ExtId);
 }
 printf("CAN IDE:0x%x
",header.IDE);
 printf("CAN RTR:0x%x
",header.RTR);
 printf("CAN DLC:0x%x
",header.DLC);
 printf("RECV DATA:");
 for(index = 0; index < header.DLC; index++)
 {
          printf("0x%x ",recv_data[index]);
 }
 printf("
");
}

審核編輯：湯梓紅