一. CAN協(xié)議概念

1.1 CAN 協(xié)議簡介

CAN 是控制器局域網(wǎng)絡(luò) (Controller Area Network) 的簡稱，它是由研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國 BOSCH 公司開發(fā)的，并最終成為國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO11519以及ISO11898)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。差異點(diǎn)如下： ? 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。 ? 我們來貼圖一個車載網(wǎng)絡(luò)構(gòu)想圖 ?

1.2 CAN 物理層

與 I2C、SPI 等具有時鐘信號的同步通訊方式不同，CAN 通訊并不是以時鐘信號來進(jìn)行同步的，它是一種異步通訊，只具有 CAN_High 和 CAN_Low 兩條信號線，共同構(gòu)成一組差分信號線，以差分信號的形式進(jìn)行通訊。 ? 我們來看一個示意圖 ?

1.2.1 閉環(huán)總線網(wǎng)絡(luò)

CAN 物理層的形式主要有兩種，圖中的 CAN 通訊網(wǎng)絡(luò)是一種遵循 ISO11898 標(biāo)準(zhǔn)的高速、短距離“閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)”，它的總線最大長度為 40m，通信速度最高為 1Mbps，總線的兩端各要求有一個“120 歐”的電阻。 ?

1.2.2 開環(huán)總線網(wǎng)絡(luò)

圖中的是遵循 ISO11519-2 標(biāo)準(zhǔn)的低速、遠(yuǎn)距離“開環(huán)網(wǎng)絡(luò)”，它的最大傳輸距離為 1km，最高通訊速率為 125kbps，兩根總線是獨(dú)立的、不形成閉環(huán)，要求每根總線上各串聯(lián)有一個“2.2千歐”的電阻。 ?

1.2.3 通訊節(jié)點(diǎn)

從 CAN 通訊網(wǎng)絡(luò)圖可了解到，CAN 總線上可以掛載多個通訊節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間的信號經(jīng)過總線傳輸，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間通訊。由于 CAN 通訊協(xié)議不對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行地址編碼，而是對數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行編碼的，所以網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)個數(shù)理論上不受限制，只要總線的負(fù)載足夠即可，可以通過中繼器增強(qiáng)負(fù)載。

? CAN 通訊節(jié)點(diǎn)由一個 CAN 控制器及 CAN 收發(fā)器組成，控制器與收發(fā)器之間通過 CAN_Tx 及CAN_Rx 信號線相連，收發(fā)器與 CAN 總線之間使用 CAN_High 及 CAN_Low 信號線相連。其中CAN_Tx 及 CAN_Rx 使用普通的類似 TTL 邏輯信號，而 CAN_High 及 CAN_Low 是一對差分信號線，使用比較特別的差分信號，下一小節(jié)再詳細(xì)說明。 ? 當(dāng) CAN 節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，控制器把要發(fā)送的二進(jìn)制編碼通過 CAN_Tx 線發(fā)送到收發(fā)器，然后由收發(fā)器把這個普通的邏輯電平信號轉(zhuǎn)化成差分信號，通過差分線 CAN_High 和 CAN_Low 線輸出到 CAN 總線網(wǎng)絡(luò)。 ? 而通過收發(fā)器接收總線上的數(shù)據(jù)到控制器時，則是相反的過程，收發(fā)器把總線上收到的 CAN_High 及 CAN_Low 信號轉(zhuǎn)化成普通的邏輯電平信號，通過 CAN_Rx 輸出到控制器中。 ? 例如，STM32 的 CAN 片上外設(shè)就是通訊節(jié)點(diǎn)中的控制器，為了構(gòu)成完整的節(jié)點(diǎn)，還要給它外接一個收發(fā)器，在我們實(shí)驗(yàn)板中使用型號為 TJA1050 的芯片作為 CAN 收發(fā)器。CAN 控制器與 CAN收發(fā)器的關(guān)系如同 TTL 串口與 MAX3232 電平轉(zhuǎn)換芯片的關(guān)系， MAX3232 芯片把 TTL 電平的串口信號轉(zhuǎn)換成 RS-232 電平的串口信號，CAN 收發(fā)器的作用則是把 CAN 控制器的 TTL 電平信號轉(zhuǎn)換成差分信號 (或者相反) 。 ? 目前有以下CAN電平轉(zhuǎn)換芯片（不全） ? ? 我們來用TJA1050來看下原理圖： ?

1.2.4 差分信號

差分信號又稱差模信號，與傳統(tǒng)使用單根信號線電壓表示邏輯的方式有區(qū)別，使用差分信號傳輸時，需要兩根信號線，這兩個信號線的振幅相等，相位相反，通過兩根信號線的電壓差值來表示 ? 邏輯 0 和邏輯 1。見圖，它使用了 V+ 與 V-信號的差值表達(dá)出了圖下方的信號。 ? ? 相對于單信號線傳輸?shù)姆绞?，使用差分信號傳輸具有如下?yōu)點(diǎn)： ? ? 抗干擾能力強(qiáng)，當(dāng)外界存在噪聲干擾時，幾乎會同時耦合到兩條信號線上，而接收端只關(guān)心兩個信號的差值，所以外界的共模噪聲可以被完全抵消。 ? 舉一個例子，正常的單線假設(shè)邏輯1是3.3V，邏輯0假設(shè)是0V，但是如果有噪聲，把3.3V弄成了0V(極端)，把0V弄成了-3.3V，此時就邏輯錯誤，但是有Can高/Can低一般都作用于兩根線，所以兩個雖然都有噪聲影響，但是差值還是不變的。

? ? 能有效抑制它對外部的電磁干擾，同樣的道理，由于兩根信號的極性相反，他們對外輻射的電磁場可以相互抵消，耦合的越緊密，泄放到外界的電磁能量越少。 ? 舉一個例子，假設(shè)一根是10V，一根是-10V，單跟都會對外部造成電磁干擾，但是CAN可以把線擰在一起，跟編麻花一樣，可以互相抵消電子干擾 ? ? 時序定位精確，由于差分信號的開關(guān)變化是位于兩個信號的交點(diǎn)，而不像普通單端信號依靠高低兩個閾值電壓判斷，因而受工藝，溫度的影響小，能降低時序上的誤差，同時也更適合于低幅度信號的電路。 ? 由于差分信號線具有這些優(yōu)點(diǎn)，所以在 USB 協(xié)議、485 協(xié)議、以太網(wǎng)協(xié)議及 CAN 協(xié)議的物理層中，都使用了差分信號傳輸。 ?

1.2.5 CAN 協(xié)議中的差分信號

CAN 協(xié)議中對它使用的 CAN_High 及 CAN_Low 表示的差分信號做了規(guī)定，見表及圖。以高速 CAN 協(xié)議為例，當(dāng)表示邏輯 1 時 (隱性電平) ，CAN_High 和 CAN_Low 線上的電壓均為 2.5v，即它們的電壓差 VH-VL=0V；而表示邏輯 0 時 (顯性電平) ，CAN_High 的電平為 3.5V，CAN_Low 線的電平為 1.5V，即它們的電壓差為 VH-VL=2V。 ? 例如，當(dāng) CAN收發(fā)器從 CAN_Tx 線接收到來自 CAN 控制器的低電平信號時 (邏輯 0)，它會使 CAN_High 輸出3.5V，同時 CAN_Low 輸出 1.5V，從而輸出顯性電平表示邏輯 0 。 ? 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(diǎn)，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。 ? 由于 CAN 總線協(xié)議的物理層只有 1 對差分線，在一個時刻只能表示一個信號，所以對通訊節(jié)點(diǎn)來說，CAN 通訊是半雙工的，收發(fā)數(shù)據(jù)需要分時進(jìn)行。在 CAN 的通訊網(wǎng)絡(luò)中，因?yàn)楣灿每偩€，在整個網(wǎng)絡(luò)中同一時刻只能有一個通訊節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號，其余的節(jié)點(diǎn)在該時刻都只能接收。 ?

1.3 CAN 協(xié)議層

1.3.1 CAN 的波特率及位同步

由于 CAN 屬于異步通訊，沒有時鐘信號線，連接在同一個總線網(wǎng)絡(luò)中的各個節(jié)點(diǎn)會像串口異步通訊那樣，節(jié)點(diǎn)間使用約定好的波特率進(jìn)行通訊。 ? 特別地，CAN 還會使用“位同步”的方式來抗干擾、吸收誤差，實(shí)現(xiàn)對總線電平信號進(jìn)行正確的采樣，確保通訊正常。

1.3.2 位時序分解

為了實(shí)現(xiàn)位同步，CAN 協(xié)議把每一個數(shù)據(jù)位的時序分解成如圖 所示的 SS 段、PTS 段、PBS1 段、PBS2 段，這四段的長度加起來即為一個 CAN 數(shù)據(jù)位的長度。分解后最小的時間單位是 Tq，而一個完整的位由 8~25 個 Tq 組成。為方便表示，圖 中的高低電平直接代表信號邏輯 0 或邏輯 1(不是差分信號)。 ? ? 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(diǎn)位于 PBS1 段與 PBS2 段之間，通過控制各段的長度，可以對采樣點(diǎn)的位置進(jìn)行偏移，以便準(zhǔn)確地采樣。 ? 各段的作用如介紹下： ? ? SS 段 (SYNC SEG) ? SS 譯為同步段，若通訊節(jié)點(diǎn)檢測到總線上信號的跳變沿被包含在 SS 段的范圍之內(nèi)，則表示節(jié)點(diǎn)與總線的時序是同步的，當(dāng)節(jié)點(diǎn)與總線同步時，采樣點(diǎn)采集到的總線電平即可被確定為該位的電平。SS 段的大小固定為 1Tq。 ? ? PTS 段 (PROP SEG) ? PTS 譯為傳播時間段，這個時間段是用于補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的物理延時時間。是總線上輸入比較器延時和輸出驅(qū)動器延時總和的兩倍。PTS 段的大小可以為 1~8Tq。 ? ? PBS1 段 (PHASE SEG1)， ? PBS1 譯為相位緩沖段，主要用來補(bǔ)償邊沿階段的誤差，它的時間長度在重新同步的時候可以加長。PBS1 段的初始大小可以為 1~8Tq。 ? ? PBS2 段 (PHASE SEG2) ? PBS2 這是另一個相位緩沖段，也是用來補(bǔ)償邊沿階段誤差的，它的時間長度在重新同步時可以縮短。PBS2 段的初始大小可以為 2~8Tq。 ?

1.3.3 通訊的波特率

總線上的各個通訊節(jié)點(diǎn)只要約定好 1 個 Tq 的時間長度以及每一個數(shù)據(jù)位占據(jù)多少個 Tq，就可以確定 CAN 通訊的波特率。 ? 例如，假設(shè)上圖中的 1Tq=1us，而每個數(shù)據(jù)位由 19 個 Tq 組成，則傳輸一位數(shù)據(jù)需要時間 T1bit=19us，從而每秒可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位個數(shù)為：1x10次方/19 = 52631.6 (bps) ? 這個每秒可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位的個數(shù)即為通訊中的波特率。

1.3.4 同步過程分析

波特率只是約定了每個數(shù)據(jù)位的長度，數(shù)據(jù)同步還涉及到相位的細(xì)節(jié)，這個時候就需要用到數(shù)據(jù)位內(nèi)的 SS、PTS、PBS1 及 PBS2 段了。根據(jù)對段的應(yīng)用方式差異， CAN 的數(shù)據(jù)同步分為硬同步和重新同步。其中硬同步只是當(dāng)存在“幀起始信號”時起作用，無法確保后續(xù)一連串的位時序都是同步的，而重新同步方式可解決該問題，這兩種方式具體介紹如下： ? (1) 硬同步 ? 若某個 CAN 節(jié)點(diǎn)通過總線發(fā)送數(shù)據(jù)時，它會發(fā)送一個表示通訊起始的信號 (即下一小節(jié)介紹的幀起始信號)，該信號是一個由高變低的下降沿。而掛載到 CAN 總線上的通訊節(jié)點(diǎn)在不發(fā)送數(shù)據(jù)時，會時刻檢測總線上的信號。 ? 見圖 ，可以看到當(dāng)總線出現(xiàn)幀起始信號時，某節(jié)點(diǎn)檢測到總線的幀起始信號不在節(jié)點(diǎn)內(nèi)部時序的 SS 段范圍，所以判斷它自己的內(nèi)部時序與總線不同步，因而這個狀態(tài)的采樣點(diǎn)采集得的數(shù)據(jù)是不正確的。所以節(jié)點(diǎn)以硬同步的方式調(diào)整，把自己的位時序中的 SS 段平移至總線出現(xiàn)下降沿的部分，獲得同步，同步后采樣點(diǎn)就可以采集得正確數(shù)據(jù)了。 ? ? (2) 重新同步 ? 前面的硬同步只是當(dāng)存在幀起始信號時才起作用，如果在一幀很長的數(shù)據(jù)內(nèi)，節(jié)點(diǎn)信號與總線信號相位有偏移時，這種同步方式就無能為力了。 ? 因而需要引入重新同步方式，它利用普通數(shù)據(jù)位的高至低電平的跳變沿來同步 (幀起始信號是特殊的跳變沿)。重新同步與硬同步方式相似的地方是它們都使用 SS 段來進(jìn)行檢測，同步的目的都是使節(jié)點(diǎn)內(nèi)的 SS 段把跳變沿包含起來。 重新同步的方式分為超前和滯后兩種情況，以總線跳變沿與 SS 段的相對位置進(jìn)行區(qū)分。 ? 第一種相位超前的情況如圖 ，節(jié)點(diǎn)從總線的邊沿跳變中，檢測到它內(nèi)部的時序比總線的時序相對超前 2Tq，這時控制器在下一個位時序中的 PBS1 段增加 2Tq 的時間長度，使得節(jié)點(diǎn)與總線時序重新同步。 ? ? 第二種相位滯后的情況如圖 ，節(jié)點(diǎn)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(shí)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)

在 SPI 通訊中，片選、時鐘信號、數(shù)據(jù)輸入及數(shù)據(jù)輸出這 4 個信號都有單獨(dú)的信號線，I2C 協(xié)議包含有時鐘信號及數(shù)據(jù)信號 2 條信號線，異步串口包含接收與發(fā)送 2 條信號線，這些協(xié)議包含的信號都比 CAN 協(xié)議要豐富，它們能輕易進(jìn)行數(shù)據(jù)同步或區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸方向。 ? 而 CAN 使用的是兩條差分信號線，只能表達(dá)一個信號，簡潔的物理層決定了 CAN 必然要配上一套更復(fù)雜的協(xié)議，如何用一個信號通道實(shí)現(xiàn)同樣、甚至更強(qiáng)大的功能呢？CAN 協(xié)議給出的解決方案是對數(shù)據(jù)、操作命令 (如讀/寫) 以及同步信號進(jìn)行打包，打包后的這些內(nèi)容稱為報文。 ?

1.3.5.1 報文的種類

在原始數(shù)據(jù)段的前面加上傳輸起始標(biāo)簽、片選 (識別) 標(biāo)簽和控制標(biāo)簽，在數(shù)據(jù)的尾段加上 CRC校驗(yàn)標(biāo)簽、應(yīng)答標(biāo)簽和傳輸結(jié)束標(biāo)簽，把這些內(nèi)容按特定的格式打包好，就可以用一個通道表達(dá)各種信號了。 ? 各種各樣的標(biāo)簽就如同 SPI 中各種通道上的信號，起到了協(xié)同傳輸?shù)淖饔谩．?dāng)整個數(shù)據(jù)包被傳輸?shù)狡渌O(shè)備時，只要這些設(shè)備按格式去解讀，就能還原出原始數(shù)據(jù)，這樣的報文就被稱為 CAN 的“數(shù)據(jù)幀”。 ? 為了更有效地控制通訊，CAN 一共規(guī)定了 5 種類型的幀，它們的類型及用途說明如表 ? ? 1.3.5.2 數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu) ? 數(shù)據(jù)幀是在 CAN 通訊中最主要、最復(fù)雜的報文，我們來了解它的結(jié)構(gòu)，見圖 ? ? 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。 ? ? 幀起始 ? SOF 段 (Start Of Frame)，譯為幀起始，幀起始信號只有一個數(shù)據(jù)位，是一個顯性電平，它用于通知各個節(jié)點(diǎn)將有數(shù)據(jù)傳輸，其它節(jié)點(diǎn)通過幀起始信號的電平跳變沿來進(jìn)行硬同步。 ? ? 仲裁段 ? 當(dāng)同時有兩個報文被發(fā)送時，總線會根據(jù)仲裁段的內(nèi)容決定哪個數(shù)據(jù)包能被傳輸，這也是它名稱的由來。 ? 仲裁段的內(nèi)容主要為本數(shù)據(jù)幀的 ID 信息 (標(biāo)識符)，數(shù)據(jù)幀具有標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式兩種，區(qū)別就在于 ID 信息的長度，標(biāo)準(zhǔn)格式的 ID 為 11 位，擴(kuò)展格式的 ID 為 29 位，它在標(biāo)準(zhǔn) ID 的基礎(chǔ)上多出 18 位。在 CAN 協(xié)議中， ID 起著重要的作用，它決定著數(shù)據(jù)幀發(fā)送的優(yōu)先級，也決定著其它節(jié)點(diǎn)是否會接收這個數(shù)據(jù)幀。 ? CAN 協(xié)議不對掛載在它之上的節(jié)點(diǎn)分配優(yōu)先級和地址，對總線的占有權(quán)是由信息的重要性決定的，即對于重要的信息，我們會給它打包上一個優(yōu)先級高的 ID，使它能夠及時地發(fā)送出去。也正因?yàn)樗@樣的優(yōu)先級分配原則，使得 CAN 的擴(kuò)展性大大加強(qiáng)，在總線上增加或減少節(jié)點(diǎn)并不影響其它設(shè)備。 ? 報文的優(yōu)先級，是通過對 ID 的仲裁來確定的。根據(jù)前面對物理層的分析我們知道如果總線上同時出現(xiàn)顯性電平和隱性電平，總線的狀態(tài)會被置為顯性電平，CAN 正是利用這個特性進(jìn)行仲裁。 ? 若兩個節(jié)點(diǎn)同時競爭 CAN 總線的占有權(quán)，當(dāng)它們發(fā)送報文時，若首先出現(xiàn)隱性電平，則會失去對總線的占有權(quán)，進(jìn)入接收狀態(tài)。 ? 見圖 ，在開始階段，兩個設(shè)備發(fā)送的電平一樣，所以它們一直繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。到了圖中箭頭所指的時序處，節(jié)點(diǎn)單元 1 發(fā)送的為隱性電平，而此時節(jié)點(diǎn)單元 2 發(fā)送的為顯性電平，由于總線的“線與”特性使它表達(dá)出顯示電平，因此單元 2 競爭總線成功，這個報文得以被繼續(xù)發(fā)送出去。 ? ? 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?yàn)樵?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(diǎn)都會收到所有其它節(jié)點(diǎn)發(fā)出的有效數(shù)據(jù)，因而我們的 CAN 控制器大多具有根據(jù) ID 過濾報文的功能，它可以控制自己只接收某些 ID 的報文。 ? 回看數(shù)據(jù)幀格式，可看到仲裁段除了報文 ID 外，還有 RTR、IDE 和 SRR 位。 ? (1) RTR 位 (Remote Transmission Request Bit)，譯作遠(yuǎn)程傳輸請求位，它是用于區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)幀和遙控幀的，當(dāng)它為顯性電平時表示數(shù)據(jù)幀，隱性電平時表示遙控幀。 ? (2) IDE 位 (Identifier ExtensionBit)，譯作標(biāo)識符擴(kuò)展位，它是用于區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)格式與擴(kuò)展格式，當(dāng)它為顯性電平時表示標(biāo)準(zhǔn)格式，隱性電平時表示擴(kuò)展格式。 ? (3) SRR 位 (Substitute Remote Request Bit)，只存在于擴(kuò)展格式，它用于替代標(biāo)準(zhǔn)格式中的 RTR位。由于擴(kuò)展幀中的 SRR 位為隱性位，RTR 在數(shù)據(jù)幀為顯性位，所以在兩個 ID 相同的標(biāo)準(zhǔn)格式報文與擴(kuò)展格式報文中，標(biāo)準(zhǔn)格式的優(yōu)先級較高。 ? ? 控制段 ? 在控制段中的 r1 和 r0 為保留位，默認(rèn)設(shè)置為顯性位。它最主要的是 DLC 段 (Data Length Code)，譯為數(shù)據(jù)長度碼，它由 4 個數(shù)據(jù)位組成，用于表示本報文中的數(shù)據(jù)段含有多少個字節(jié)， DLC 段表示的數(shù)字為 0~8。 ? ? 數(shù)據(jù)段 ? 數(shù)據(jù)段為數(shù)據(jù)幀的核心內(nèi)容，它是節(jié)點(diǎn)要發(fā)送的原始信息，由 0~8 個字節(jié)組成，MSB 先行。 ? ? CRC 段 ? 為了保證報文的正確傳輸，CAN 的報文包含了一段 15 位的 CRC 校驗(yàn)碼，一旦接收節(jié)點(diǎn)算出的CRC 碼跟接收到的 CRC 碼不同，則它會向發(fā)送節(jié)點(diǎn)反饋出錯信息，利用錯誤幀請求它重新發(fā)送。 ? CRC 部分的計算一般由 CAN 控制器硬件完成，出錯時的處理則由軟件控制最大重發(fā)數(shù)。在 CRC 校驗(yàn)碼之后，有一個 CRC 界定符，它為隱性位，主要作用是把 CRC 校驗(yàn)碼與后面的 ACK段間隔起來。 ? ? ACK 段 ? ACK 段包括一個 ACK 槽位，和 ACK 界定符位。類似 I2C 總線，在 ACK 槽位中，發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送的是隱性位，而接收節(jié)點(diǎn)則在這一位中發(fā)送顯性位以示應(yīng)答。在 ACK 槽和幀結(jié)束之間由 ACK 界定符間隔開。 ? ? 幀結(jié)束 ? EOF 段 (End Of Frame)，譯為幀結(jié)束，幀結(jié)束段由發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送的 7 個隱性位表示結(jié)束。 ?

1.3.5.3 其它報文的結(jié)構(gòu)

二. STM32 CAN 控制器介紹

STM32 的芯片中具有 bxCAN 控制器 (Basic Extended CAN)，它支持 CAN 協(xié)議 2.0A 和 2.0B 標(biāo)準(zhǔn)。 ? 該 CAN 控制器支持最高的通訊速率為 1Mb/s；可以自動地接收和發(fā)送 CAN 報文，支持使用標(biāo)準(zhǔn)ID 和擴(kuò)展 ID 的報文；外設(shè)中具有 3 個發(fā)送郵箱，發(fā)送報文的優(yōu)先級可以使用軟件控制，還可以記錄發(fā)送的時間；具有 2 個 3 級深度的接收 FIFO，可使用過濾功能只接收或不接收某些 ID 號的報文；可配置成自動重發(fā)；不支持使用 DMA 進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)?？蚣苁疽鈭D如下： ? ? 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?？驁D中主要包含 CAN 控制內(nèi)核、發(fā)送郵箱、接收 FIFO 以及驗(yàn)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

框圖中標(biāo)號處的 CAN 控制內(nèi)核包含了各種控制寄存器及狀態(tài)寄存器，我們主要講解其中的主控制寄存器 CAN_MCR 及位時序寄存器 CAN_BTR。 ?

2.1.1 主控制寄存器 CAN_MCR

主控制寄存器 CAN_MCR 負(fù)責(zé)管理 CAN 的工作模式，它使用以下寄存器位實(shí)現(xiàn)控制。 ? ? (1) DBF 調(diào)試凍結(jié)功能 ? DBF(Debug freeze) 調(diào)試凍結(jié)，使用它可設(shè)置 CAN 處于工作狀態(tài)或禁止收發(fā)的狀態(tài)，禁止收發(fā)時仍可訪問接收 FIFO 中的數(shù)據(jù)。這兩種狀態(tài)是當(dāng) STM32 芯片處于程序調(diào)試模式時才使用的，平時使用并不影響。 ? (2) TTCM 時間觸發(fā)模式 ? TTCM(Time triggered communication mode) 時間觸發(fā)模式，它用于配置 CAN 的時間觸發(fā)通信模式，在此模式下，CAN 使用它內(nèi)部定時器產(chǎn)生時間戳，并把它保存在CAN_RDTxR、CAN_TDTxR 寄存器中。內(nèi)部定時器在每個 CAN 位時間累加，在接收和發(fā)送的幀起始位被采樣，并生成時間戳。利用它可以實(shí)現(xiàn) ISO 11898-4 CAN 標(biāo)準(zhǔn)的分時同步通信功能。 ? (3) ABOM 自動離線管理 ? ABOM (Automatic bus-off management) 自動離線管理，它用于設(shè)置是否使用自動離線管理功能。當(dāng)節(jié)點(diǎn)檢測到它發(fā)送錯誤或接收錯誤超過一定值時，會自動進(jìn)入離線狀態(tài)，在離線狀態(tài)中， CAN 不能接收或發(fā)送報文。處于離線狀態(tài)的時候，可以軟件控制恢復(fù)或者直接使用這個自動離線管理功能，它會在適當(dāng)?shù)臅r候自動恢復(fù)。 ? (4) AWUM 自動喚醒 ? AWUM (Automatic bus-off management)，自動喚醒功能，CAN 外設(shè)可以使用軟件進(jìn)入低功耗的睡眠模式，如果使能了這個自動喚醒功能，當(dāng) CAN 檢測到總線活動的時候，會自動喚醒。 ? (5) NART 自動重傳 ? NART(No automatic retransmission) 報文自動重傳功能，設(shè)置這個功能后，當(dāng)報文發(fā)送失敗時會自動重傳至成功為止。若不使用這個功能，無論發(fā)送結(jié)果如何，消息只發(fā)送一次。 ? (6) RFLM 鎖定模式 ? RFLM(Receive FIFO locked mode)FIFO 鎖定模式，該功能用于鎖定接收 FIFO 。鎖定后，當(dāng)接收 FIFO 溢出時，會丟棄下一個接收的報文。若不鎖定，則下一個接收到的報文會覆蓋原報文。 ? (7) TXFP 報文發(fā)送優(yōu)先級的判定方法 ? TXFP(Transmit FIFO priority) 報文發(fā)送優(yōu)先級的判定方法，當(dāng) CAN 外設(shè)的發(fā)送郵箱中有多個待發(fā)送報文時，本功能可以控制它是根據(jù)報文的 ID 優(yōu)先級還是報文存進(jìn)郵箱的順序來發(fā)送。 ?

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

位31 SILM：靜默模式（調(diào)試）(Silent mode (debug)) ? 0：正常工作 ? 1：靜默模式 ? 位30 LBKM：環(huán)回模式（調(diào)試）(Loop back mode (debug)) ? 0：禁止環(huán)回模式 ? 1：使能環(huán)回模式 ? 為方便調(diào)試，STM32 的 CAN 提供了測試模式，配置位時序寄存器 CAN_BTR 的 SILM 及 LBKM寄存器位可以控制使用正常模式、靜默模式、回環(huán)模式及靜默回環(huán)模式，見圖。 ? ? 各個工作模式介紹如下： ? ??正常模式 正常模式下就是一個正常的 CAN 節(jié)點(diǎn)，可以向總線發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)。 ? ??靜默模式 靜默模式下，它自己的輸出端的邏輯 0 數(shù)據(jù)會直接傳輸?shù)剿约旱妮斎攵耍壿?1 可以被發(fā)送到總線，所以它不能向總線發(fā)送顯性位 (邏輯 0)，只能發(fā)送隱性位 (邏輯 1)。輸入端可以從總線接收內(nèi)容。由于它只可發(fā)送的隱性位不會強(qiáng)制影響總線的狀態(tài)，所以把它稱為靜默模式。這種模式一般用于監(jiān)測，它可以用于分析總線上的流量，但又不會因?yàn)榘l(fā)送顯性位而影響總線。 ? ??回環(huán)模式 回環(huán)模式下，它自己的輸出端的所有內(nèi)容都直接傳輸?shù)阶约旱妮斎攵耍敵龆说膬?nèi)容同時也會被傳輸?shù)娇偩€上，即也可使用總線監(jiān)測它的發(fā)送內(nèi)容。輸入端只接收自己發(fā)送端的內(nèi)容，不接收來自總線上的內(nèi)容。使用回環(huán)模式可以進(jìn)行自檢。 ? ??回環(huán)靜默模式 回環(huán)靜默模式是以上兩種模式的結(jié)合，自己的輸出端的所有內(nèi)容都直接傳輸?shù)阶约旱妮斎攵?，并且不會向總線發(fā)送顯性位影響總線，不能通過總線監(jiān)測它的發(fā)送內(nèi)容。輸入端只接收自己發(fā)送端的內(nèi)容，不接收來自總線上的內(nèi)容。這種方式可以在“熱自檢”時使用，即自我檢查的時候，不會干擾總線。 ? 以上說的各個模式，是不需要修改硬件接線的，例如，當(dāng)輸出直接連輸入時，它是在 STM32 芯片內(nèi)部連接的，傳輸路徑不經(jīng)過 STM32 的 CAN_Tx/Rx 引腳，更不經(jīng)過外部連接的 CAN 收發(fā)器，只有輸出數(shù)據(jù)到總線或從總線接收的情況下才會經(jīng)過 CAN_Tx/Rx 引腳和收發(fā)器 ?

2.1.2.2 位時序及波特率

STM32 外設(shè)定義的位時序與我們前面解釋的 CAN 標(biāo)準(zhǔn)時序有一點(diǎn)區(qū)別，見圖 ? ? 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(diǎn)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 段可以在位時序寄存器 CAN_BTR 設(shè)置它們的時間長度，它們可以在重新同步期間增長或縮短，該長度SJW 也可在位時序寄存器中配置。 ? 理解 STM32 的 CAN 外設(shè)的位時序時，可以把它的 BS1 段理解為是由前面介紹的 CAN 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中 PTS 段與 PBS1 段合在一起的，而 BS2 段就相當(dāng)于 PBS2 段。 ? 了解位時序后，我們就可以配置波特率了。通過配置位時序寄存器 CAN_BTR 的 TS1[3:0] 及TS2[2:0] 寄存器位設(shè)定 BS1 及 BS2 段的長度后，我們就可以確定每個 CAN 數(shù)據(jù)位的時間： ? BS1 段時間：TS1=Tq x (TS1[3:0] + 1)， BS2 段時間：TS2= Tq x (TS2[2:0] + 1)， ? 一個數(shù)據(jù)位的時間：T1bit =1Tq+TS1+TS2=1+ (TS1[3:0] + 1)+ (TS2[2:0] + 1)= N Tq ? 其中單個時間片的長度 Tq 與 CAN 外設(shè)的所掛載的時鐘總線及分頻器配置有關(guān)，CAN1 和 CAN2外設(shè)都是掛載在 APB1 總線上的，而位時序寄存器 CAN_BTR 中的 BRP[9:0] 寄存器位可以設(shè)置 ? CAN波特率=Fpclk1/((CAN_BS1+CAN_BS2+1)*CAN_Prescaler) ? 其中clk為42M！ ? ? 推薦一個CAN波特率計算器 ?

2.2 CAN 發(fā)送郵箱

回到圖 中的 CAN 外設(shè)框圖，在標(biāo)號處的是 CAN 外設(shè)的發(fā)送郵箱，它一共有 3 個發(fā)送郵箱，即最多可以緩存 3 個待發(fā)送的報文。 ? 每個發(fā)送郵箱中包含有標(biāo)識符寄存器 CAN_TIxR、數(shù)據(jù)長度控制寄存器 CAN_TDTxR 及 2 個數(shù)據(jù)寄存器 CAN_TDLxR、CAN_TDHxR，它們的功能見表 ? 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

圖 中的 CAN 外設(shè)框圖，在標(biāo)號處的是 CAN 外設(shè)的接收 FIFO，它一共有 2 個接收 FIFO，每個 FIFO 中有 3 個郵箱，即最多可以緩存 6 個接收到的報文。 ? 當(dāng)接收到報文時，F(xiàn)IFO 的報文計數(shù)器會自增，而 STM32 內(nèi)部讀取 FIFO 數(shù)據(jù)之后，報文計數(shù)器會自減，我們通過狀態(tài)寄存器可獲知報文計數(shù)器的值，而通過前面主控制寄存器的 RFLM 位，可設(shè)置鎖定模式，鎖定模式下 FIFO溢出時會丟棄新報文，非鎖定模式下 FIFO 溢出時新報文會覆蓋舊報文。 ? 跟發(fā)送郵箱類似，每個接收 FIFO 中包含有標(biāo)識符寄存器 CAN_RIxR、數(shù)據(jù)長度控制寄存器CAN_RDTxR 及 2 個數(shù)據(jù)寄存器 CAN_RDLxR、CAN_RDHxR，它們的功能見表。 ? ? 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(yàn)收篩選器

圖 中的 CAN 外設(shè)框圖，在標(biāo)號處的是 CAN 外設(shè)的驗(yàn)收篩選器，一共有 28 個篩選器組，每個篩選器組有 2 個寄存器，CAN1 和 CAN2 共用的篩選器的。 ? 在 CAN 協(xié)議中，消息的標(biāo)識符與節(jié)點(diǎn)地址無關(guān)，但與消息內(nèi)容有關(guān)。因此，發(fā)送節(jié)點(diǎn)將報文廣播給所有接收器時，接收節(jié)點(diǎn)會根據(jù)報文標(biāo)識符的值來確定軟件是否需要該消息，為了簡化軟件的工作，STM32 的 CAN 外設(shè)接收報文前會先使用驗(yàn)收篩選器檢查，只接收需要的報文到 FIFO中。 ? 篩選器工作的時候，可以調(diào)整篩選 ID 的長度及過濾模式。根據(jù)篩選 ID 長度來分類有有以下兩種： ? (1) 檢查 STDID[10:0]、EXTID[17:0]、IDE 和 RTR 位，一共 31 位。 ? (2) 檢查 STDID[10:0]、RTR、IDE 和 EXTID[17:15]，一共 16 位。 ? 通過配置篩選尺度寄存器 CAN_FS1R 的 FSCx 位可以設(shè)置篩選器工作在哪個尺度。而根據(jù)過濾的方法分為以下兩種模式： ? (1) 標(biāo)識符列表模式，它把要接收報文的 ID 列成一個表，要求報文 ID 與列表中的某一個標(biāo)識符完全相同才可以接收，可以理解為白名單管理。 ? (2) 掩碼模式，它把可接收報文 ID 的某幾位作為列表，這幾位被稱為掩碼，可以把它理解成關(guān)鍵字搜索，只要掩碼 (關(guān)鍵字) 相同，就符合要求，報文就會被保存到接收 FIFO。 ? 通過配置篩選模式寄存器 CAN_FM1R 的 FBMx 位可以設(shè)置篩選器工作在哪個模式。不同的尺度和不同的過濾方法可使篩選器工作在圖 的 4 種狀態(tài)。 ? ? 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)。 ? 如果使能了篩選器，且報文的 ID 與所有篩選器的配置都不匹配，CAN 外設(shè)會丟棄該報文，不存入接收 FIFO。

2.5 整體控制邏輯

回到圖 結(jié)構(gòu)框圖，圖中的標(biāo)號處表示的是 CAN2 外設(shè)的結(jié)構(gòu)，它與 CAN1 外設(shè)是一樣的，他們共用篩選器且由于存儲訪問控制器由 CAN1 控制，所以要使用 CAN2 的時候必須要使能CAN1 的時鐘。其中 STM32F103 系列芯片不具有 CAN2 控制器。

2.6 STM32 HAL庫代碼邏輯

2.6.1 初始化

注意：網(wǎng)絡(luò)上基本上用的很久的HAL庫，我們采用很新的1.25.2，最新的庫還是差異挺大的！ ? 從 STM32 的 CAN 外設(shè)我們了解到它的功能非常多，控制涉及的寄存器也非常豐富，而使用STM32 HAL 庫提供的各種結(jié)構(gòu)體及庫函數(shù)可以簡化這些控制過程。跟其它外設(shè)一樣，STM32 ? HAL 庫提供了 CAN 初始化結(jié)構(gòu)體及初始化函數(shù)來控制 CAN 的工作方式，提供了收發(fā)報文使用的結(jié)構(gòu)體及收發(fā)函數(shù)，還有配置控制篩選器模式及 ID 的結(jié)構(gòu)體。 ? 這些內(nèi)容都定義在庫文件“STM32F4xx_hal_can.h”及“STM32F4xx_hal_can.c”中，編程時我們可以結(jié)合這兩個文件內(nèi)的注釋使用或參考庫幫助文檔。首先我們來學(xué)習(xí)初始化結(jié)構(gòu)體的內(nèi)容，見代碼清單 1。代碼清單 CAN 初始化結(jié)構(gòu) ?

?

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; 體這些結(jié)構(gòu)體成員說明如下，其中括號內(nèi)的文字是對應(yīng)參數(shù)在 STM32 HAL 庫中定義的宏 ?
(1) Prescaler ? 本成員設(shè)置 CAN 外設(shè)的時鐘分頻，它可控制時間片 Tq 的時間長度，這里設(shè)置的值最終會減 1 后再寫入 BRP 寄存器位，即前面介紹的 Tq 計算公式： ? Tq = (BRP[9:0]+1) x TPCLK ? 等效于：Tq = CAN_Prescaler x TPCLK ?
(2) Mode ? 本成員設(shè)置 CAN 的工作模式，可設(shè)置為正常模式 (CAN_MODE_NORMAL)、回環(huán)模式 (CAN_MODE_LOOPBACK)、靜默模式 (CAN_MODE_SILENT) 以及回環(huán)靜默模式(CAN_MODE_SILENT_LOOPBACK)。
? (3) SyncJumpWidth ? 本成員可以配置 SJW 的極限長度，即 CAN 重新同步時單次可增加或縮短的最大長度，它可以被配置為 1-4Tq(CAN_SJW_1/2/3/4tq)。
? (4) TimeSeg1 ? 本成員用于設(shè)置 CAN 位時序中的 BS1 段的長度，它可以被配置為 1-16 個 Tq 長度(CAN_BS1_1/2/3…16tq)。 (6) TimeTriggeredMode ? 本成員用于設(shè)置是否使用時間觸發(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。
? (7) AutoBusOff ? 本成員用于設(shè)置是否使用自動離線管理 (ENABLE/DISABLE)，使用自動離線管理可以在節(jié)點(diǎn)出錯離線后適時自動恢復(fù)，不需要軟件干預(yù)。
? (8) AutoWakeUp ? 本成員用于設(shè)置是否使用自動喚醒功能 (ENABLE/DISABLE)，使能自動喚醒功能后它會在監(jiān)測到總線活動后自動喚醒。
? (9)?此處與AutoBusOff重復(fù)（筆誤） ? 本成員用于設(shè)置是否使用自動離線管理功能 (ENABLE/DISABLE)，使用自動離線管理可以在出錯時離線后適時自動恢復(fù)，不需要軟件干預(yù)。
? (10) AutoRetransmission ? 本成員用于設(shè)置是否使用自動重傳功能 (ENABLE/DISABLE)，使用自動重傳功能時，會一直發(fā)送報文直到成功為止。
? (11) ReceiveFifoLocked ? 本成員用于設(shè)置是否使用鎖定接收 FIFO(ENABLE/DISABLE)，鎖定接收 FIFO 后，若FIFO 溢出時會丟棄新數(shù)據(jù)，否則在 FIFO 溢出時以新數(shù)據(jù)覆蓋舊數(shù)據(jù)。
? (12) TransmitFifoPriority ? 本成員用于設(shè)置發(fā)送報文的優(yōu)先級判定方法 (ENABLE/DISABLE)，使能時，以報文存入發(fā)送郵箱的先后順序來發(fā)送，否則按照報文 ID 的優(yōu)先級來發(fā)送。配置完這些結(jié)構(gòu)體成員后，我們調(diào)用庫函數(shù) HAL_CAN_Init 即可把這些參數(shù)寫入到 CAN 控制寄存器中，實(shí)現(xiàn) CAN 的初始化

2.6.2 CAN 發(fā)送及接收結(jié)構(gòu)體

在發(fā)送或接收報文時，需要往發(fā)送郵箱中寫入報文信息或從接收 FIFO 中讀取報文信息，利用STM32HAL 庫的發(fā)送及接收結(jié)構(gòu)體可以方便地完成這樣的工作，它們的定義見代碼清單 。代碼清單 39?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; 這些結(jié)構(gòu)體成員, 說明如下：
? (1) StdId ? 本成員存儲的是報文的 11 位標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識符，范圍是 0-0x7FF。

2.6.3 CAN 篩選器結(jié)構(gòu)體

CAN 的篩選器有多種工作模式，利用篩選器結(jié)構(gòu)體可方便配置，它的定義見代碼清單 。代碼清單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(shí)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; ? 這些結(jié)構(gòu)體成員都是“41.2.14 驗(yàn)收篩選器”小節(jié)介紹的內(nèi)容，可對比閱讀，各個結(jié)構(gòu)體成員的介紹如下： ? (1) FilterIdHigh ? FilterIdHigh 成員用于存儲要篩選的 ID，若篩選器工作在 32 位模式，它存儲的是所篩選 ID 的高 16 位；若篩選器工作在 16 位模式，它存儲的就是一個完整的要篩選的 ID。 ? (2) FilterIdLow ? 類似地，F(xiàn)ilterIdLow 成員也是用于存儲要篩選的 ID，若篩選器工作在 32 位模式，它存儲的是所篩選 ID 的低 16 位；若篩選器工作在 16 位模式，它存儲的就是一個完整的要篩選的 ID。 ? (3) FilterMaskIdHigh ? FilterMaskIdHigh 存儲的內(nèi)容分兩種情況，當(dāng)篩選器工作在標(biāo)識符列表模式時，它的功能與 FilterIdHigh 相同，都是存儲要篩選的 ID；而當(dāng)篩選器工作在掩碼模式時，它存儲的是 FilterIdHigh 成員對應(yīng)的掩碼，與 FilterIdLow 組成一組篩選器。 ? (4) FilterMaskIdLow ? 類似地， FilterMaskIdLow 存儲的內(nèi)容也分兩種情況，當(dāng)篩選器工作在標(biāo)識符列表模式時，它的功能與 FilterIdLow 相同，都是存儲要篩選的 ID；而當(dāng)篩選器工作在掩碼模式時，它存儲的是 FilterIdLow 成員對應(yīng)的掩碼，與 FilterIdLow 組成一組篩選器。上面四個結(jié)構(gòu)體的存儲的內(nèi)容很容易讓人糊涂，請結(jié)合前面的圖 39_0_15 和下面的表 39?7 理解，如果還搞不清楚，再結(jié)合庫函數(shù) FilterInit 的源碼來分析。 ?

?

?

表不同模式下各結(jié)構(gòu)體成員的內(nèi)容

? 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。 ? (5) FilterFIFOAssignment ? 本成員用于設(shè)置當(dāng)報文通過篩選器的匹配后，該報文會被存儲到哪一個接收 FIFO，它的可選值為 FIFO0 或 FIFO1(宏 CAN_FILTER_FIFO0/1)。 ? (6) FilterBank ? 本成員用于設(shè)置篩選器的編號，即本過濾器結(jié)構(gòu)體配置的是哪一組篩選器，CAN 一共有 28 個篩選器，所以它的可輸入?yún)?shù)范圍為 0-27。 ? (7) FilterMode ? 本 成 員 用 于 設(shè) 置 篩 選 器 的 工 作 模 式， 可 以 設(shè) 置 為 列 表 模 式 (宏CAN_FILTERMODE_IDLIST) 及掩碼模式 (宏 CAN_FILTERMODE_IDMASK)。 ? (8) FilterScale ? 本成員用于設(shè)置篩選器的尺度，可以設(shè)置為 32 位長 (宏 CAN_FILTERSCALE_32BIT)及 16 位長 (宏 CAN_FILTERSCALE_16BIT)。 ? (9) FilterActivation ? 本成員用于設(shè)置是否激活這個篩選器 (宏 ENABLE/DISABLE)。

三. CAN Cubemx配置

我們通過問題來熟悉下cubemx配置，你熟悉了這些問題基本就知道怎么配置了！ ? 問題：Parameter Settings分別都是設(shè)置什么的？答案：如圖 ? ? 問題：怎么配置波特率呢？ ? 答案：用我上面貼的工具(CAN波特率計算 f103AHP1_36M ?f407AHP1_42M ?采樣點(diǎn)軟件有說明.rar)直接配置,舉兩個個例子 ? 例子1：我們要配置成500KHz,那么我們這樣配置 ? ? 我們用采集點(diǎn)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 ? 例子2：我們要配置成1M Hz,那么我們這樣配置 ? ? 我們用采集點(diǎn)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。 ? Automatic Bus-Off Management:用于設(shè)置是否使用自動離線管理功能 (ENABLE/DISABLE)，使用自動離線管理可以在出錯時離線后適時自動恢復(fù)，不需要軟件干預(yù)。 ? Automatic Wake-Up Mode:用于設(shè)置是否使用自動喚醒功能 (ENABLE/DISABLE)，使能自動喚醒功能后它會在監(jiān)測到總線活動后自動喚醒。 ? Automatic Retransmission:用于設(shè)置是否使用自動重傳功能 (ENABLE/DISABLE)，使用自動重傳功能時，會一直發(fā)送報文直到成功為止。 ? Receive Fifo Locked Mode:用于設(shè)置是否使用鎖定接收 FIFO(ENABLE/DISABLE)，鎖定接收 FIFO 后，若FIFO 溢出時會丟棄新數(shù)據(jù)，否則在 FIFO 溢出時以新數(shù)據(jù)覆蓋舊數(shù)據(jù)。 ? Transmit Fifo Priority:用于設(shè)置發(fā)送報文的優(yōu)先級判定方法 (ENABLE/DISABLE)，使能時，以報文存入發(fā)送郵箱的先后順序來發(fā)送，否則按照報文 ID 的優(yōu)先級來發(fā)送。配置完這些結(jié)構(gòu)體成員后，我們調(diào)用庫函數(shù) HAL_CAN_Init 即可把這些參數(shù)寫入到 CAN 控制寄存器中，實(shí)現(xiàn) CAN 的初始化

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

下面我們會用到CAN分析工具，還是比較好用的，此部分使用作為自己使用

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

五. 實(shí)驗(yàn)

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)

我們開出了幾個參數(shù)，id_type是擴(kuò)展幀還是標(biāo)準(zhǔn)幀，basic_id標(biāo)準(zhǔn)幀ID(在標(biāo)準(zhǔn)幀中有效)，ex_id擴(kuò)展幀ID(在擴(kuò)展幀中有效)，data要發(fā)送的數(shù)據(jù)，data_len要發(fā)送的數(shù)據(jù)長度 ?

?

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? ?send_buf[index]?=?data[index]; ? ?
???HAL_CAN_AddTxMessage(&hcan1,&send_msg_hdr,send_buf,msg_box); ???
?return?BSP_CAN_OK; } ? 我們在main函數(shù)中1s發(fā)送一幀，標(biāo)準(zhǔn)幀跟擴(kuò)展幀交叉調(diào)用，代碼如下： ?

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); ? 我們通過CAN協(xié)議分析儀來抓下結(jié)果 ?

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? ????{ ?????????
???printf("0x%x?",recv_data[index]); ???
?????} ??????
??printf(" ");
????} } ? 實(shí)驗(yàn)一總結(jié)： ?

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?*/ } ? 下面我們來編寫下中斷函數(shù) ?

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? ???printf("0x%x?",recv_data[index]); ?} ?printf(" "); } ?

編輯：黃飛

?