CAN概述

CAN是Controller Area Network的縮寫(xiě)（以下稱(chēng)為CAN），它的設(shè)計(jì)目標(biāo)是以最小的CPU負(fù)荷來(lái)高效處理大量的報(bào)文。1986年德國(guó)電氣商BOSCH公司開(kāi)發(fā)出面向汽車(chē)的CAN通信協(xié)議。此后，CAN通過(guò)ISO11898及ISO11519進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，現(xiàn)在在歐洲已是汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議?，F(xiàn)在，CAN的高性能和可靠性已被認(rèn)同，并被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面。CAN協(xié)議特點(diǎn)：

• 多主控制：在總線空閑時(shí)，所有節(jié)點(diǎn)均可發(fā)送信息。如果出現(xiàn)兩個(gè)及以上節(jié)點(diǎn)同時(shí)開(kāi)始發(fā)送信息時(shí)，總線會(huì)根據(jù)標(biāo)識(shí)符（Identifier以下稱(chēng)為ID）進(jìn)行仲裁，ID越小則優(yōu)先級(jí)高，則仲裁優(yōu)勝，仲裁優(yōu)勝的節(jié)點(diǎn)繼續(xù)發(fā)送，仲裁失利的節(jié)點(diǎn)立即轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)。需注意，ID并不是表示節(jié)點(diǎn)地址，而是指示所發(fā)送的報(bào)文的優(yōu)先級(jí)。
• 系統(tǒng)的靈活性：如上所述，與CAN總線的各節(jié)點(diǎn)沒(méi)有類(lèi)似于“地址”的信息。因此在總線上增減節(jié)點(diǎn)時(shí)，連接在總線上的其它節(jié)點(diǎn)的軟硬件設(shè)計(jì)均不受影響。
• 高可靠性：CAN協(xié)議具有錯(cuò)誤檢測(cè)、錯(cuò)誤通知、故障封閉和錯(cuò)誤恢復(fù)功能。CAN總線上的任意節(jié)點(diǎn)均可檢測(cè)錯(cuò)誤（錯(cuò)誤檢測(cè)）；檢測(cè)到錯(cuò)誤后向總線發(fā)送錯(cuò)誤幀以通知其他節(jié)點(diǎn)（錯(cuò)誤通知）；同時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部有一個(gè)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)功能，每次檢測(cè)到錯(cuò)誤之后，錯(cuò)誤計(jì)數(shù)值累加，當(dāng)某節(jié)點(diǎn)持續(xù)錯(cuò)誤導(dǎo)致計(jì)數(shù)連續(xù)累加，直到大于256后，此故障節(jié)點(diǎn)從總線上斷開(kāi)，避免影響其他節(jié)點(diǎn)（故障封閉）。且發(fā)送節(jié)點(diǎn)如果在發(fā)送信息的過(guò)程中檢測(cè)到錯(cuò)誤，待錯(cuò)誤結(jié)束后會(huì)自動(dòng)重發(fā)此信息直到成功發(fā)送（錯(cuò)誤恢復(fù)）。
• 通信速度較快，通信距離遠(yuǎn)：最高1Mbps（距離小于40m），最遠(yuǎn)可達(dá)10km（速率低于5Kbps）。
• 可連接節(jié)點(diǎn)多：CAN總線是可同時(shí)連接多個(gè)節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)數(shù)量理論上是沒(méi)有限制的。但實(shí)際上節(jié)點(diǎn)數(shù)量受總線時(shí)間延遲及電氣負(fù)載的限制。降低通信速度，可連接的節(jié)點(diǎn)數(shù)增加；提高通信速度，則可連接的節(jié)點(diǎn)數(shù)減少。

正是因?yàn)镃AN協(xié)議的這些特點(diǎn)，使得CAN特別適合工業(yè)過(guò)程監(jiān)控設(shè)備的互連，因此，越來(lái)越受到工業(yè)界的重視，并已公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。CAN協(xié)議經(jīng)過(guò)ISO標(biāo)準(zhǔn)化后有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：ISO11898標(biāo)準(zhǔn)和ISO11519-2標(biāo)準(zhǔn)。其中ISO11898是針對(duì)通信速率為125Kbps~1Mbps的高速通信標(biāo)準(zhǔn)，而ISO11519-2是針對(duì)通信速率為125Kbps以下的低速通信標(biāo)準(zhǔn)。本文例程使用的是1Mbps的通信速率，使用的是ISO11898標(biāo)準(zhǔn)。

CAN協(xié)議介紹

本章主要介紹CAN的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、總線物理層特性、幀類(lèi)型、幀結(jié)構(gòu)、位填充機(jī)制、位格式、同步機(jī)制、仲裁機(jī)制、錯(cuò)誤處理機(jī)制等。另外還有CAN協(xié)議的更多細(xì)節(jié)請(qǐng)參考BOSCH CAN協(xié)議，本文不再詳述。

CAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

如下圖1：CAN總線由兩條差分線CANH和CANL組成，各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)較短的支線接入CAN總線。各節(jié)點(diǎn)從通信協(xié)議而言是沒(méi)有主從和地址區(qū)分的，每個(gè)節(jié)點(diǎn)均可以平等的收發(fā)數(shù)據(jù)。另外，在CAN總線的兩端各有一個(gè)120Ω的終端電阻，來(lái)做阻抗匹配，以減少回波反射。圖1 CAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

CAN總線物理層特性

如下圖2：顯性電平對(duì)應(yīng)邏輯“0”，CANH和CANL壓差2.5V左右。而隱性電平對(duì)應(yīng)邏輯“1”，CANH和CANL壓差為0V。在總線上，顯性電平具有優(yōu)先權(quán)，只要有一個(gè)節(jié)點(diǎn)輸出顯性電平，總線上即為顯性電平。而隱形電平則具有包容的意味，只有所有的節(jié)點(diǎn)都輸出隱性電平，總線上才為隱性電平。圖2 CAN總線電平特性

幀類(lèi)型

如下表1，CAN包含了以下5種幀類(lèi)型。其中數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀由用戶(hù)控制收發(fā)；錯(cuò)誤幀、過(guò)載幀和間隔幀是CAN總線上各節(jié)點(diǎn)硬件根據(jù)對(duì)應(yīng)狀態(tài)發(fā)送，用戶(hù)不能也無(wú)需控制。表1 CAN幀類(lèi)型如下圖3，包含了各類(lèi)型幀結(jié)構(gòu)示意。圖3 CAN各幀類(lèi)型

幀結(jié)構(gòu)

本文僅對(duì)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行詳細(xì)介紹，其他幀類(lèi)型可參考圖3與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行對(duì)比理解。一幀標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀包含如下部分：幀起始：為1bit顯性位。由于CAN總線空閑時(shí)是隱性電平，幀起始的顯性位用于提示總線上的節(jié)點(diǎn)“一幀信息傳輸開(kāi)始了”。仲裁段：表示該幀優(yōu)先級(jí)的段，包含標(biāo)識(shí)符和幀類(lèi)型（數(shù)據(jù)/遠(yuǎn)程幀）。控制段：表示數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)、標(biāo)識(shí)符類(lèi)型（標(biāo)準(zhǔn)/擴(kuò)展標(biāo)識(shí)符）及保留位的段。數(shù)據(jù)段：數(shù)據(jù)，一幀可發(fā)送0~8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)長(zhǎng)度根據(jù)控制段的DLC決定）。CRC段：發(fā)送節(jié)點(diǎn)將CRC計(jì)算區(qū)域（不包含填充位）進(jìn)行CRC計(jì)算后放入CRC段發(fā)送。接收節(jié)點(diǎn)也對(duì)CRC計(jì)算區(qū)域進(jìn)行CRC計(jì)算，并與收到的CRC域進(jìn)行對(duì)比，若CRC對(duì)比結(jié)果有誤則向總線發(fā)送錯(cuò)誤幀，若對(duì)比結(jié)果正確則隨后發(fā)送應(yīng)答。ACK段：含應(yīng)答位（ACK SLOT）和應(yīng)答間隔符（ACK DELIMITER）。發(fā)送節(jié)點(diǎn)在ACK段均發(fā)送隱性電平；接收節(jié)點(diǎn)如果在接收過(guò)程中沒(méi)有檢測(cè)到錯(cuò)誤，則在應(yīng)答位輸出1bit顯性電平，以通知發(fā)送節(jié)點(diǎn)“這幀數(shù)據(jù)被正確的接收了”。幀結(jié)束：表示數(shù)據(jù)幀結(jié)束的段，為7bit隱性電平。圖4 CAN標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀

位填充

由于CAN總線只有CANH/CANL兩條差分線，沒(méi)有CLK線來(lái)做同步，所以CAN是直接通過(guò)數(shù)據(jù)流中間的跳變沿來(lái)做同步的（參考下文同步機(jī)制）。而為了避免數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)大段沒(méi)有跳變沿的情況，CAN加入了“位填充”機(jī)制。即發(fā)送器只要檢測(cè)到位流里有5個(gè)連續(xù)相同值的位，便自動(dòng)在位流里插入一相反電平的填充位。例如，原始數(shù)據(jù)流為“0000000111110001…”，經(jīng)過(guò)位填充后實(shí)際輸出到CAN總線的數(shù)據(jù)流為“000001001111100001…”，加下劃線的位即為填充位。位填充的范圍為幀起始（SOF）~CRC域（不含CRC間隔符），參考上圖4。

位格式

AT32的CAN一個(gè)bit可分為3段：

• 同步段（SYNC_SEG）
• 位段1（BIT SEGMENT 1），包括CAN標(biāo)準(zhǔn)里的PROP_SEG和PHASE_SEG1，記為BSEG1。
• 位段2（BIT SEGMENT 2），即CAN標(biāo)準(zhǔn)里的PHASE_SEG2，記為BSEG2。

這些段又由Time Quantum（以下稱(chēng)為T(mén)q）的最小時(shí)間單位構(gòu)成。1位分為3個(gè)段，每個(gè)段又由若干個(gè)Tq構(gòu)成，這稱(chēng)為位時(shí)序。1位由多少個(gè)Tq構(gòu)成、每個(gè)段又由多少個(gè)Tq構(gòu)成等，可以任意設(shè)定位時(shí)序。用戶(hù)通過(guò)設(shè)定位時(shí)序和Tq長(zhǎng)度來(lái)設(shè)定CAN的波特率和采樣點(diǎn)。關(guān)于波特率和采樣點(diǎn)設(shè)置，后文詳細(xì)介紹。各段作用及AT32的CAN可配置的Tq數(shù)見(jiàn)下表2：表2 位的各段的作用如下圖5，同步段、位段1和位段2組成一個(gè)bit。BSEG1和BSEG2段交界處為采樣點(diǎn)，即接收節(jié)點(diǎn)采樣的時(shí)間點(diǎn)。圖5 位時(shí)序

同步機(jī)制

硬同步（HARD SYHCHRONIZATION）：硬同步后，內(nèi)部的位時(shí)間從同步段重新開(kāi)始。因此，硬同步強(qiáng)迫由硬同步引起的沿處于重新開(kāi)始的位時(shí)間同步段之內(nèi)。即下圖6的理想跳變沿情況。重新同步跳轉(zhuǎn)寬度（RESYHCHRONIZATION JUMP WIDTH）：重新同步的結(jié)果，使位段1增長(zhǎng)，或使位段2縮短。位段增長(zhǎng)或縮短的數(shù)量有一個(gè)上限，此上限由重新同步跳轉(zhuǎn)寬度給定。重新同步跳轉(zhuǎn)寬度應(yīng)設(shè)置于1~4Tq之間。如下圖6：當(dāng)在BSEG1段檢測(cè)到下降沿，則BSEG1段增長(zhǎng)Tdelay，當(dāng)前bit整體增長(zhǎng)Tdelay，其中Tdelay<=重新同步跳轉(zhuǎn)寬度。當(dāng)在BSEG2段檢測(cè)到下降沿，則BSEG2段縮短Tadvance，當(dāng)前bit整體縮短Tadvance，其中Tadvance<=重新同步跳轉(zhuǎn)寬度。圖6 重同步跳躍

仲裁機(jī)制

只要總線空閑，任何單元都可以開(kāi)始發(fā)送報(bào)文。如果2個(gè)或2個(gè)以上的單元同時(shí)開(kāi)始傳送報(bào)文，那么就會(huì)有總線訪問(wèn)沖突。通過(guò)對(duì)ID進(jìn)行逐位仲裁可以解決這個(gè)沖突。仲裁的機(jī)制確保了報(bào)文和時(shí)間均不損失。當(dāng)具有相同ID的數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀同時(shí)初始化時(shí)，數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于遠(yuǎn)程幀。仲裁期間，每一個(gè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)都對(duì)發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進(jìn)行比較。如果電平相同，則這個(gè)節(jié)點(diǎn)可以繼續(xù)發(fā)送。如果發(fā)送的是一“隱性”電平而監(jiān)測(cè)到是一“顯性”電平（見(jiàn)總線電平），那么該節(jié)點(diǎn)就失去了仲裁，必須立即退出發(fā)送狀態(tài)并轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)。例如下圖7，節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)2同時(shí)發(fā)送一幀數(shù)據(jù)，ID段前幾bit相同。直到紅色處，節(jié)點(diǎn)1發(fā)送隱性電平“1”，節(jié)點(diǎn)2發(fā)送顯性電平“0”。此時(shí)節(jié)點(diǎn)2仲裁優(yōu)勝，繼續(xù)發(fā)送，總線電平和節(jié)點(diǎn)2發(fā)送值一致；而節(jié)點(diǎn)1仲裁失利，在下一bit轉(zhuǎn)入接收，后續(xù)節(jié)點(diǎn)1的發(fā)送引腳保持隱性電平。圖7 仲裁機(jī)制

錯(cuò)誤處理機(jī)制

錯(cuò)誤類(lèi)型

CAN協(xié)議定義了以下5種不同的錯(cuò)誤類(lèi)型：

• 位錯(cuò)誤（Bit Error）單元在發(fā)送位的同時(shí)也對(duì)總線進(jìn)行監(jiān)視。如果所發(fā)送的位值與所監(jiān)視的位值不相符合，則在此位時(shí)間里檢測(cè)到一個(gè)位錯(cuò)誤。AT32將位錯(cuò)誤細(xì)分為顯性位錯(cuò)誤（發(fā)送顯性位但檢測(cè)到隱性位）和隱性位錯(cuò)誤（發(fā)送隱性位但檢測(cè)到顯性位）。CAN節(jié)點(diǎn)在發(fā)送狀態(tài)會(huì)出現(xiàn)此類(lèi)錯(cuò)誤。但是在仲裁場(chǎng)（ARBITRATION FIELD）的填充位流期間或應(yīng)答間隙（ACK SLOT）發(fā)送一“隱性”位的情況是例外的——此時(shí)，當(dāng)監(jiān)視到一“顯性”位時(shí)，不會(huì)發(fā)出位錯(cuò)誤。當(dāng)發(fā)送器發(fā)送一個(gè)被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志但檢測(cè)到“顯性”位時(shí)，也不視為位錯(cuò)誤。
• 位填充錯(cuò)誤（Stuff Error）如果在使用一幀報(bào)文的位填充區(qū)域（參考圖4的“位填充區(qū)域”）檢測(cè)到6個(gè)連續(xù)相同的位電平時(shí)，將檢測(cè)到一個(gè)位填充錯(cuò)誤。CAN節(jié)點(diǎn)在接收狀態(tài)會(huì)出現(xiàn)此類(lèi)錯(cuò)誤。
• CRC錯(cuò)誤（CRC Error）CRC序列包括發(fā)送器的CRC計(jì)算結(jié)果。接收器計(jì)算CRC的方法與發(fā)送器相同。如果計(jì)算結(jié)果與接收到CRC序列的結(jié)果不相符，則檢測(cè)到一個(gè)CRC錯(cuò)誤。CAN節(jié)點(diǎn)在接收狀態(tài)會(huì)出現(xiàn)此類(lèi)錯(cuò)誤。
• 格式錯(cuò)誤（Form Error）當(dāng)一個(gè)固定形式的位場(chǎng)含有1個(gè)或多個(gè)非法位，則檢測(cè)到一個(gè)格式錯(cuò)誤。例如在CRC間隔符/ACK間隔符的位場(chǎng)檢測(cè)到顯性位，則會(huì)檢測(cè)到格式錯(cuò)誤。例外：接收器的幀末尾最后一位期間的顯性位不被當(dāng)作幀錯(cuò)誤。CAN節(jié)點(diǎn)在接收狀態(tài)會(huì)出現(xiàn)此類(lèi)錯(cuò)誤。
• 應(yīng)答錯(cuò)誤（Acknowledgment Error）只要在應(yīng)答位（ACK SLOT）期間所監(jiān)測(cè)的位不為“顯性”，則發(fā)送器會(huì)檢測(cè)到一個(gè)應(yīng)答錯(cuò)誤。CAN節(jié)點(diǎn)在發(fā)送狀態(tài)會(huì)出現(xiàn)此類(lèi)錯(cuò)誤。

錯(cuò)誤狀態(tài)CAN節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到錯(cuò)誤之后，根據(jù)不同狀態(tài)和錯(cuò)誤類(lèi)型會(huì)對(duì)發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器（TEC[7:0]）/接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器（REC[7:0]）進(jìn)行加1或加8（具體增加規(guī)則請(qǐng)參考BOSCH CAN協(xié)議），每正確的發(fā)送/接收一幀數(shù)據(jù)后，發(fā)送/接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器減1。因此發(fā)送/接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器值表明了CAN節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定程度。根據(jù)發(fā)送/接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器值，一個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)會(huì)處于以下三種之一：

• 錯(cuò)誤主動(dòng)“錯(cuò)誤主動(dòng)”的節(jié)點(diǎn)可以正常地參與總線通訊并在錯(cuò)誤被檢測(cè)到時(shí)發(fā)出主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志（6個(gè)顯性位）。見(jiàn)下圖8，TEC<128且REC<128即為錯(cuò)誤主動(dòng)狀態(tài)。
• 錯(cuò)誤被動(dòng)“錯(cuò)誤被動(dòng)”的節(jié)點(diǎn)可參與總線接收和發(fā)送數(shù)據(jù)/遠(yuǎn)程幀。但檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)只能發(fā)送錯(cuò)誤被動(dòng)標(biāo)志（6個(gè)隱形位）。見(jiàn)下圖8，255≥TEC>128且255≥REC>128即為錯(cuò)誤被動(dòng)狀態(tài)。
• 離線“離線”的節(jié)點(diǎn)相當(dāng)于直接從CAN總線斷開(kāi)，不能收/發(fā)任何信息。見(jiàn)下圖8，TEC>255即為離線狀態(tài)。

AT32離線管理：AT32 CAN從離線狀態(tài)恢復(fù)分兩種情況：1）當(dāng)CAN主控制寄存器（CAN_MCTRL）AEBOEN位為‘0’時(shí)，需要軟件請(qǐng)求進(jìn)入凍結(jié)模式，再請(qǐng)求退出凍結(jié)模式，然后在通信模式下等待CAN節(jié)點(diǎn)RX檢測(cè)到128次11個(gè)連續(xù)隱性位，隨后該節(jié)點(diǎn)會(huì)從離線狀態(tài)恢復(fù)。2）當(dāng)AEBOEN位為‘1’時(shí)，通信模式下CAN節(jié)點(diǎn)RX檢測(cè)到128次11個(gè)連續(xù)隱性位，就自動(dòng)從離線狀態(tài)恢復(fù)。圖8 錯(cuò)誤狀態(tài)

AT32的CAN

AT32的CAN支持標(biāo)準(zhǔn)CAN協(xié)議2.0A和2.0B。且在兼容標(biāo)準(zhǔn)CAN協(xié)議的基礎(chǔ)上增加了一些功能和可配置選項(xiàng)。其中CAN2.0A和2.0B的主要差別在于：CAN 2.0A僅支持11bitID，即只支持標(biāo)準(zhǔn)幀；CAN2.0B支持11bit/29bitID，即支持標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀。本章節(jié)主要介紹AT32 CAN的主要設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和使用，介紹了AT32 CAN的正常通信流程，包括發(fā)送流程、接收流程、報(bào)文過(guò)濾、波特率及采樣點(diǎn)設(shè)置等。其他AT32 CAN相關(guān)設(shè)計(jì)，例如錯(cuò)誤管理、中斷管理等，請(qǐng)參考RM相關(guān)章節(jié)。

整體功能介紹

隨著CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和報(bào)文數(shù)量的增加，需要一個(gè)增強(qiáng)的過(guò)濾機(jī)制處理各種類(lèi)型的報(bào)文，減少接收?qǐng)?bào)文的處理時(shí)間，采用FIFO的方案，使得CPU可以長(zhǎng)時(shí)間處理應(yīng)用層任務(wù)而不會(huì)丟失報(bào)文。同時(shí)發(fā)送報(bào)文由硬件控制發(fā)送優(yōu)先級(jí)順序。基于以上考慮，CAN控制器提供28組位寬可配置的標(biāo)識(shí)符過(guò)濾器組，2個(gè)接收FIFO，每個(gè)FIFO都可以存放3個(gè)完整的報(bào)文。共有3個(gè)發(fā)送郵箱，發(fā)送調(diào)度器決定發(fā)送優(yōu)先級(jí)順序。整個(gè)收發(fā)過(guò)程完全由硬件管理，無(wú)需占用CPU資源。圖9 AT32 CAN整體功能介紹

CAN發(fā)送流程

CAN發(fā)送流程見(jiàn)下圖10和以下的步驟：用戶(hù)使用時(shí)只需操作1）~3）。4）~7）由硬件自動(dòng)完成，無(wú)需用戶(hù)代碼參與，不占用CPU資源。1）程序選擇1個(gè)空置的郵箱（發(fā)送郵箱空標(biāo)志TMxEF=1）2）將需要發(fā)送的報(bào)文寫(xiě)入對(duì)應(yīng)的空郵箱。報(bào)文內(nèi)容包含：ID、幀類(lèi)型、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和發(fā)送數(shù)據(jù)等3）請(qǐng)求發(fā)送：將CAN_TMIx的TMSR位置14）郵箱掛號(hào)（等待成為最高優(yōu)先級(jí)）5）預(yù)定發(fā)送（等待總線空閑）6）發(fā)送7）郵箱空置注：以上步驟1）~7）只簡(jiǎn)單介紹正常發(fā)送流程，下圖10中還包含取消發(fā)送、發(fā)送失敗、自動(dòng)/不自動(dòng)重傳等情況，可參考RM文件報(bào)文發(fā)送一節(jié)，這里不再詳述。下圖10中標(biāo)志位和操作位說(shuō)明如下：TMxTCF：請(qǐng)求完成標(biāo)志位（發(fā)送/中止請(qǐng)求）TMxTSF：發(fā)送成功標(biāo)志位TMxEF：發(fā)送郵箱空標(biāo)志位TMSR：請(qǐng)求發(fā)送TMxCT：中止發(fā)送PRSFEN：禁止自動(dòng)重傳(PRSFEN=1時(shí)，禁止自動(dòng)重傳；PRSFEN=0時(shí)，自動(dòng)重傳直到發(fā)送成功)圖10 CAN發(fā)送流程

CAN接收流程

CAN常用接收流程如下，即下圖11的“空”和“掛號(hào)_1”兩個(gè)狀態(tài)間循環(huán)：1）FIFO空2）收到有效報(bào)文3）進(jìn)入“掛號(hào)_1”狀態(tài)（FIFO內(nèi)有1條有效報(bào)文的狀態(tài)）4）讀取有效報(bào)文：讀取接收郵箱寄存器（CAN_RFIx，CAN_RFCx，CAN_RFDTLx，CAN_RFDTHx）。5）釋放郵箱：CAN_RFx寄存器RFxR位置1。注：用戶(hù)使用時(shí)只需操作4）~5）。1）~3）由硬件自動(dòng)完成，無(wú)需用戶(hù)代碼參與，不占用CPU資源。

有效報(bào)文：

當(dāng)報(bào)文被正確接收（直到EOF域的最后一位都沒(méi)有錯(cuò)誤），且通過(guò)了標(biāo)識(shí)符過(guò)濾，那么該報(bào)文被認(rèn)為是有效報(bào)文。過(guò)濾器相關(guān)介紹見(jiàn)下一節(jié)。而如果接收過(guò)程中用戶(hù)不參與操作（即不去讀取有效報(bào)文和釋放郵箱），硬件流程如下：1）收到有效報(bào)文2）進(jìn)入“掛號(hào)_1”狀態(tài)（FIFO內(nèi)有1條有效報(bào)文的狀態(tài)）3）收到有效報(bào)文4）進(jìn)入“掛號(hào)_2”狀態(tài)（FIFO內(nèi)有2條有效報(bào)文的狀態(tài)）5）收到有效報(bào)文6）進(jìn)入“掛號(hào)_3”狀態(tài)（FIFO內(nèi)有3條有效報(bào)文的狀態(tài)）7）收到有效報(bào)文8）進(jìn)入“溢出”狀態(tài)（FIFO內(nèi)有3條有效報(bào)文，丟失了一條報(bào)文，溢出標(biāo)志置起）

下圖11中標(biāo)志位和操作位說(shuō)明如下：

RFxMN：FIFO內(nèi)有效報(bào)文數(shù)量（取值0~3）RFxOF：溢出標(biāo)志位RFxR：釋放郵箱圖11 CAN接收流程

過(guò)濾器

在CAN協(xié)議里，報(bào)文的ID不代表節(jié)點(diǎn)的地址，而是跟報(bào)文的內(nèi)容相關(guān)的。因此，發(fā)送者以廣播的形式把報(bào)文發(fā)送給所有的接收者。節(jié)點(diǎn)在接收?qǐng)?bào)文時(shí)，根據(jù)ID的值決定軟件是否需要該報(bào)文；如果需要，就存到接收FIFO里，用戶(hù)可通過(guò)軟件讀取接收郵箱寄存器獲取該報(bào)文；如果不需要，報(bào)文就被丟棄且無(wú)需軟件的干預(yù)。為滿(mǎn)足這一需求，AT32CAN控制器為應(yīng)用程序提供了28個(gè)硬件過(guò)濾器組（AT32F435系列有28個(gè)過(guò)濾器組，0~27；但AT32F403A等系列只有14個(gè)過(guò)濾器組，0~13。具體請(qǐng)參考相應(yīng)型號(hào)的RM），以便只接收那些軟件需要的報(bào)文。用戶(hù)配置好需要的ID后，整個(gè)過(guò)濾過(guò)程無(wú)需軟件參與，不占用CPU資源。

過(guò)濾器的位寬

每個(gè)過(guò)濾器組由2個(gè)32bit的寄存器，CAN_FiFB1和CAN_FiFB2組成。通過(guò)配置CAN_FBWCFG寄存器的FBWSELx位，可以設(shè)置2個(gè)16位寬或者1個(gè)32位寬的過(guò)濾器。32位寬的過(guò)濾器寄存器CAN_FiFBx包括：一組SID[10：0]、EID[17：0]、IDT和RTR位。16位寬的過(guò)濾器寄存器CAN_FiFBx包括：兩組SID[10：0]、IDT、RTR和EID[17：15]位。

過(guò)濾器模式

通過(guò)設(shè)置CAN_FMCFG寄存器的FMSELx位可以設(shè)置過(guò)濾器寄存器工作在標(biāo)識(shí)符掩碼模式或者標(biāo)識(shí)符列表模式，掩碼模式用來(lái)指定ID的哪些位需要與預(yù)設(shè)ID相同，哪些位無(wú)需比較，列表模式表示ID的每個(gè)位都必須與預(yù)設(shè)ID一致。兩種模式與過(guò)濾器位寬配合使用，可以有以下四種過(guò)濾方式：圖12 32位寬標(biāo)識(shí)符掩碼模式圖13 32位寬標(biāo)識(shí)符列表模式圖14 16位寬標(biāo)識(shí)符掩碼模式

圖15 16位寬標(biāo)識(shí)符列表模式更多CAN過(guò)濾器說(shuō)明，例如CAN過(guò)濾器匹配序號(hào)，優(yōu)先級(jí)規(guī)則等可參考RM文件報(bào)文過(guò)濾一節(jié)，這里不再詳述。過(guò)濾器配置流程見(jiàn)后文案例介紹--CAN接收過(guò)濾器使用。

CAN波特率及采樣點(diǎn)計(jì)算

如前文CAN位格式一節(jié)所述，CAN的一個(gè)bit被分為幾段。其中第一段同步段（SYNC_SEG）固定為1Tq，1Tq的長(zhǎng)度由CAN位時(shí)序寄存器（CAN_BTMG）的分頻系數(shù)BRDIV[11：0]位定義；位段1（BSEG1）通過(guò)配置CAN位時(shí)序寄存器的BTS1[3：0]位，可設(shè)定為1~16Tq；位段2（BSEG2）通過(guò)配置CAN位時(shí)序寄存器的BTS2[2：0]位，可設(shè)定為1~8Tq。用戶(hù)通過(guò)配置CAN時(shí)序寄存器，可設(shè)置CAN波特率和采樣點(diǎn)，整個(gè)CAN總線上各節(jié)點(diǎn)的波特率和采樣點(diǎn)一致最佳，不過(guò)由于各節(jié)點(diǎn)主頻可能不一樣，所以比較難保證波特率和采樣點(diǎn)均一致。用戶(hù)使用時(shí)應(yīng)首先保證波特率一致，采樣點(diǎn)盡量保持在較小的偏差范圍內(nèi)，這樣CAN總線可以支持更多的節(jié)點(diǎn)和更長(zhǎng)的線路。波特率計(jì)算公式其中例如，bsp例程project\at_start_f437\examples\can\communication_mode：APB時(shí)鐘：APB1_CLK=144MHZCAN分頻系數(shù)：BRDIV=12此時(shí)1Tq=1/(144MHZ/12)=(1/12)us同步段：SYNC_SEG=1Tq（固定不變，無(wú)需用戶(hù)配置）位段1：BSEG1=8Tq（BTS1[3：0]=7）位段2：BSEG2=3Tq（BTS2[2：0]=2）此時(shí)Nomal Bit Timimg=1Tq*(SYNCSEG+BSEG1+BSEG12)=1us此時(shí)BaudRate=1/(Nomal Bit Timimg)=1/1us=1Mbps采樣點(diǎn)計(jì)算公式sample point=(SYNC_SEG+BSEG1)/(SYNC_SEG+BSEG1+BSEG12)舉例同上：此時(shí)sample point=(1+8)/(1+8+3)=75%關(guān)于采樣點(diǎn)設(shè)置，CAN協(xié)議并沒(méi)有明確規(guī)定，但根據(jù)各廠商CAN設(shè)備使用習(xí)慣，采樣點(diǎn)設(shè)置建議如下表3：表3 采樣點(diǎn)設(shè)置建議波特率計(jì)算工具為方便用戶(hù)波特率設(shè)定，本文介紹一個(gè)AT專(zhuān)用波特率計(jì)算工具：使用步驟如下：1） 波特率設(shè)定：高速CAN波特率最大為1M，各廠商CAN設(shè)備常用波特率為125K、250K、333K、500K、1M等。用戶(hù)可根據(jù)需要設(shè)定波特率。參考下圖16“波特率(Kbit/S)”。2） CAN時(shí)鐘源頻率設(shè)定：參考下圖16“PCLK1(MHZ)”。3） 采樣位置設(shè)置：設(shè)置完波特率后，計(jì)算工具會(huì)自動(dòng)填入一個(gè)推薦的采樣位置值。若實(shí)際項(xiàng)目中無(wú)具體限定，可保持默認(rèn)設(shè)定；若項(xiàng)目中有具體限定，根據(jù)需求更改即可。參考下圖16“采樣位置(%)”。4） 波特率偏差設(shè)定：建議在不勾選“允許波特率偏差”項(xiàng)，僅在沒(méi)有符合要求的計(jì)算結(jié)果時(shí)，再勾選此項(xiàng)。由于同一CAN網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)波特率有誤差會(huì)增大通信錯(cuò)誤幾率，建議“偏差”值設(shè)置盡量小。參考下圖16“允許波特率偏差”和“偏差”。5）波特率配置結(jié)果選擇：根據(jù)以上設(shè)定即可計(jì)算出多組結(jié)果。在頁(yè)面左下角選擇一項(xiàng)計(jì)算結(jié)果，即會(huì)在頁(yè)面右下角顯示對(duì)應(yīng)軟件代碼配置，點(diǎn)擊“復(fù)制全部”即可獲得對(duì)應(yīng)代碼。圖16 波特率配置工具

案例1 CAN正常通信-normal模式

注：所有project都是基于keil 5而建立，若用戶(hù)需要在其他編譯環(huán)境上使用，請(qǐng)參考AT32xxx_Firmware_Library_V2.x.x\project\at_start_xxx\templates中各種編譯環(huán)境（例如IAR6/7,keil 4/5）進(jìn)行簡(jiǎn)單修改即可。

功能簡(jiǎn)介

實(shí)現(xiàn)兩個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)之間收發(fā)通信。

資源準(zhǔn)備

1) 硬件環(huán)境：兩套對(duì)應(yīng)產(chǎn)品型號(hào)的AT-START BOARD+CAN電平轉(zhuǎn)化器程序設(shè)計(jì)以bsp demo為例：CAN1_TX(PB9)連接電平轉(zhuǎn)換器的TXD；CAN1_RX(PB8)連接電平轉(zhuǎn)換器的RXD；兩個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)的電平轉(zhuǎn)換器的CANH和CANL分別相連。CAN電平轉(zhuǎn)換器硬件設(shè)計(jì)可參考下圖：圖17 CAN電平轉(zhuǎn)換器硬件設(shè)計(jì)2) 軟件環(huán)境：project\at_start_f435\examples\can\communication_mode

軟件設(shè)計(jì)

1) 配置流程

• 配置CAN1 TX和RX pin對(duì)應(yīng)的GPIO引腳
• 配置CAN基礎(chǔ)選項(xiàng)
• 配置CAN波特率
• 配置CAN過(guò)濾器
• 配置CAN中斷

2) 代碼介紹

• main函數(shù)代碼描述

• CAN配置函數(shù)代碼描述

• CAN發(fā)送函數(shù)代碼描述

• CAN接收中斷函數(shù)代碼描述

• GPIO配置函數(shù)代碼描述

實(shí)驗(yàn)效果

• 如若數(shù)據(jù)傳輸無(wú)誤，兩塊AT-START BOARD的LED2均會(huì)閃爍以指示收到ID=0x400的標(biāo)準(zhǔn)幀數(shù)據(jù)；LED4會(huì)持續(xù)閃爍以指示程序正常運(yùn)行。

案例2 CAN接收過(guò)濾器使用

注：所有project都是基于keil 5而建立，若用戶(hù)需要在其他編譯環(huán)境上使用，請(qǐng)參考AT32xxx_Firmware_Library_V2.x.x\project\at_start_xxx\templates中各種編譯環(huán)境（例如IAR6/7,keil 4/5）進(jìn)行簡(jiǎn)單修改即可。

功能簡(jiǎn)介

實(shí)現(xiàn)報(bào)文過(guò)濾：接收需要的報(bào)文，丟棄不需要的報(bào)文。

資源準(zhǔn)備

1) 硬件環(huán)境：兩套對(duì)應(yīng)產(chǎn)品型號(hào)的AT-START BOARD+CAN電平轉(zhuǎn)化器程序設(shè)計(jì)以bsp demo為例：CAN1_TX(PB9)連接電平轉(zhuǎn)換器的TXD；CAN1_RX(PB8)連接電平轉(zhuǎn)換器的RXD；兩個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)的電平轉(zhuǎn)換器的CANH和CANL分別相連。CAN電平轉(zhuǎn)換器硬件設(shè)計(jì)可參考下圖：圖18 CAN電平轉(zhuǎn)換器硬件設(shè)計(jì)2) 軟件環(huán)境：project\at_start_f435\examples\can\filter

軟件設(shè)計(jì)

1) 配置流程

• 配置CAN1 TX和RX pin對(duì)應(yīng)的GPIO引腳
• 配置CAN基礎(chǔ)選項(xiàng)
• 配置CAN波特率
• 配置CAN過(guò)濾器
• 配置CAN中斷

2) 代碼介紹

• 設(shè)定可通過(guò)過(guò)濾的ID

• main函數(shù)代碼描述

• CAN配置函數(shù)代碼描述

• CAN發(fā)送函數(shù)代碼描述

• CAN接收中斷函數(shù)代碼描述

• GPIO配置函數(shù)代碼描述

實(shí)驗(yàn)效果

• 如若數(shù)據(jù)傳輸無(wú)誤，AT-START BOARD的LED2/3/4會(huì)翻轉(zhuǎn)一次，以指示收到ID=FILTER_EXT_ID1，F(xiàn)ILTER_EXT_ID2，F(xiàn)ILTER_STD_ID1，F(xiàn)ILTER_STD_ID2的4幀數(shù)據(jù)。

案例3 CAN調(diào)試-loopback模式

注：所有project都是基于keil 5而建立，若用戶(hù)需要在其他編譯環(huán)境上使用，請(qǐng)參考AT32xxx_Firmware_Library_V2.x.x\project\at_start_xxx\templates中各種編譯環(huán)境（例如IAR6/7,keil 4/5）進(jìn)行簡(jiǎn)單修改即可。

功能簡(jiǎn)介

實(shí)現(xiàn)單板的環(huán)回模式通信。環(huán)回模式（loopback mode）：環(huán)回模式可用于自測(cè)試。在環(huán)回模式下，CAN在內(nèi)部把TX輸出回饋到RX輸入上，而完全忽略CAN_RX引腳的實(shí)際狀態(tài)。因此此模式下CAN對(duì)應(yīng)的GPIO引腳可以不配置，而如果對(duì)應(yīng)的GPIO引腳配置了，發(fā)送的報(bào)文可以在CAN_TX引腳上檢測(cè)到。見(jiàn)下圖19。另外，為了避免外部的影響，在環(huán)回模式下CAN內(nèi)核忽略確認(rèn)錯(cuò)誤（在數(shù)據(jù)/遠(yuǎn)程幀的確認(rèn)位時(shí)刻，不檢測(cè)是否有顯性位）。平轉(zhuǎn)換器硬件設(shè)計(jì)可參考下圖：圖19 CAN loopback模式

資源準(zhǔn)備

1) 硬件環(huán)境：一塊對(duì)應(yīng)產(chǎn)品型號(hào)的AT-START BOARD2) 軟件環(huán)境：project\at_start_f435\examples\can\loopback_mode

軟件設(shè)計(jì)

1) 配置流程

• 配置CAN1 TX和RX pin對(duì)應(yīng)GPIO（loopback模式下，此項(xiàng)可忽略不配置）
• 配置CAN基礎(chǔ)選項(xiàng)
• 配置CAN波特率
• 配置CAN過(guò)濾器
• 配置CAN中斷

2) 代碼介紹

• main函數(shù)代碼描述

• CAN配置函數(shù)代碼描述

• CAN發(fā)送函數(shù)代碼描述

• CAN接收中斷函數(shù)代碼描述

• GPIO配置函數(shù)代碼描述

實(shí)驗(yàn)效果

• AT-START BOARD的LED2會(huì)閃爍以指示收到自己發(fā)送的ID=0x400的標(biāo)準(zhǔn)幀數(shù)據(jù)；LED4會(huì)持續(xù)閃爍以指示程序正常運(yùn)行。

關(guān)于雅特力雅特力科技于2016年成立，是一家致力于推動(dòng)全球市場(chǎng)32位微控制器(MCU)創(chuàng)新趨勢(shì)的芯片設(shè)計(jì)公司，專(zhuān)注于ARM Cortex-M4/M0+的32位微控制器研發(fā)與創(chuàng)新，全系列采用55nm先進(jìn)工藝及ARM Cortex-M4高效能或M0+低功耗內(nèi)核，締造M4業(yè)界最高主頻288MHz運(yùn)算效能，并支持工業(yè)級(jí)別芯片工作溫度范圍（-40°~105°）。雅特力目前已累積相當(dāng)多元的終端產(chǎn)品成功案例：如微型打印機(jī)、掃地機(jī)、光流無(wú)人機(jī)、熱成像儀、激光雷達(dá)、工業(yè)縫紉機(jī)、伺服驅(qū)控、電競(jìng)周邊市場(chǎng)、斷路器、ADAS、T-BOX、數(shù)字電源、電動(dòng)工具等終端設(shè)備應(yīng)用，廣泛地覆蓋5G、物聯(lián)網(wǎng)、消費(fèi)、商務(wù)及工控等領(lǐng)域。