CAN学习记录

CAN(Controller Area Network),是ISO国际标准化的串行通信协议，为了满足汽车产业的“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需求

低速CAN（ISO11519)通信速率10~125kbps，总线长度可达1000米

高速CAN（ISO11898)通信速率125~1Mbps，总线长度<=40米

CAN FD通信速率可达5Mbps,并且兼容经典CAN，遵循ISO11898-1做数据收发

CAN总线由两根线CANL和CANH组成，运行挂载多个设备节点（低速CAN:20,高速CAN:30)

CAN总线特点

1.多主控制                 每个设备都可以主动发送数据

2.系统的柔软性          没有类似地址的信息，添加设备不改变原理总线的状态

3.通信速度                  速度快，距离远

4.错误检测、通知、恢复功能

5.故障封闭                 判断故障类型，并且进行隔离

6.连接节点多              速度与数量找个平衡

CAN总线协议已广泛应用在汽车电子、工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等

CAN物理层

CAN使用差分信号进行数据传输，根据CANH和CANL上的电位差来判断总线电平

总线电平分为显性电平（逻辑0）和隐性电平（逻辑1），二者必居其一

显性电平具有优先权。发送方通过是总线电平发送变化，将消息发送给接收方

CAN协议层

CAN总线以帧现实进行通信。CAN协议定义了5种类型的帧：数据帧、遥控帧、错误帧、过载帧、间隔帧，其中数据帧最为常用

数据帧：用于发送单元向接收单元传输数据的帧

遥控帧：用于接收单元向具有相同ID的发送单元请求数据的帧

错误帧：用于当检测出错误时向其他单元通知错误的帧

过载帧：用于接收单元通知其尚未做好接收准备的帧

间隔帧：用于将数据帧及遥控帧与前面帧分离开来的帧

数据帧

数据帧由7段组成。数据帧又分为标准帧（CAN2.0A）和扩展帧（CAN2.0B)，主要体现在仲裁段和控制段

帧起始：表示数据帧开始的段，显性信号

仲裁段：表示该帧优先级的段，优先级

控制段：表示数据的字节数及保留位的段

数据段：数据的内容，一帧可发送0~8字节

CRC段：检查帧的传输错误的段

ACK段：表示确认正常接收的段

帧结束：表示数据帧结束的段，7个隐性信号

CAN位时序介绍

CAN总线以“位同步”机制，实现对电平的正确采样。位数据都由4段组成：同步段（SS)、传播时间段（PTS)、相位缓冲段1（PBS1）和相位缓冲段2（PBS2)，每段又由多个位时序Tq组成

采样点是指读取总线的电平，并将读到的电平作为位值的点

根据位时序，就可以计算CAN通信的波特率

注意：节点检测到总线上信号的跳变在SS段范围内，表示节点与总线的时序是同步的，此时采样点的电平即该位的电平

数据同步过程

时钟频率误差、传输上的相位延迟引起偏差

CAN为了实现对总线电平信号的正确采样，数据同步分为硬件同步和再同步

硬件同步：节点通过CAN总线发送数据，一开始发送帧起始信号。总线上其他节点会检测帧起始信号在不在数据的SS段内，判断内部时许与总线是否同步

假如不在SS段内，这种情况下，采样点获得的电平状态时不正确的。所以节点会使用硬件同步方式调整，把自己的SS段平移到检测到边沿的地方，获得同步，同步情况下，采样点获得的电平状态才是正确的

再同步：再同步利用普通数据位的边沿信号（帧起始信号是特殊的边沿信号）进行同步

再同步的方式分为两种情况：超前和滞后，即边沿信号与SS段的相对位置

再同步时，PBS1和PBS2中增加或者减少的时间被称为“再同步补偿宽度（SJW)”，其范围：1~4Tq

限定了SJW值后，再同步时，不能增加限定长度的SJW值。SJQ值较大时，吸收误差能力更强，但是通讯速度会下降

CAN总线仲裁   优先级决定

CAN总线处于空闲状态，最先开始发送消息的单元获得发送权

多个单元同时开始发送时，从仲裁段（报文ID)的第一位开始进行仲裁。连续输出显性电平最多的单元可继续发送，即首先出现隐性电平的单元失去对总线的占有权变为接收

竞争失败单元，会自动检测总线空闲，在第一时间再次尝试发送

CAN控制器

CAN控制器的工作模式有三种：初始化模式、正常模式和睡眠模式

CAN控制器的测试模式有三种：静默模式、环回模式和环回静默模式（初始化模式下进行配置）

 CAN控制器框图

CAN内核：包含各种控制/状态/配置寄存器，可以配置模式、波特率等

发送邮箱：用来缓存待发送的报文，最多可以缓存3个报文

接收FIFO：缓存接收到的有效报文

接收过滤器：筛选有效报文

发送处理

发生优先级由邮箱中报文的标识符决定。标识符数值越低优先级越高。如果标识符值相同，邮箱小的先被发送

接收处理

有效报文指的是（数据帧直到EOF段的最后一位都没有错误），且通过过滤器组对标识符过滤

接收过滤器

当总线上报文数据量很大时，总线上的设备会频繁获取报文，占用CPU。过滤器的存在，选择性接收有效报文，减轻系统负担

每个过滤器组都有两个32位寄存器CAN_FxR1和CAN_FxR2。根据过滤器组的工作模式不同，寄存器的作用不尽相同

位宽可设置32位或16位，寄存器存储的内容就有所区别

选择模式可设置屏蔽位模式或标识符列表模式，寄存器内容的功能就有所区别

屏蔽位模式，可以选择出一组符合条件的报文，寄存器内容功能相对于是否符合条件

标识符列表模式，可以选择出几个特定ID的报文，寄存器内容功能就是标识符本身

REG中Bit值代表的是匹配与否：1必须匹配，0不用关心

CAN_FxR1作为标识符寄存器

CAN_FxR2作为屏蔽位寄存器

过滤出1组符合条件的报文

CAN_FxR1作为标识符寄存器

CAN_FxR2作为标识符寄存器

过滤出2个符合条件的报文

CAN_FxR1作为标识符寄存器和屏蔽位寄存器

CAN_FxR2作为标识符寄存器和屏蔽位寄存器

过滤出2组符合条件的报文

CAN_FxR1作为2个标识符寄存器

CAN_FxR2作为2个屏蔽位寄存器

过滤出4个符合条件的报文

CAN控制器位时许

CAN基本驱动步骤

1.CAN参数初始化        工作模式、波特率等HAL_CAN_Init

2.使能CAN时钟和初始化相关引脚     GPIO模式设为复用功能模式 HAL_CAN_MspInit

3.设置过滤器                      HAL_CAN_ConfigFilter完成过滤器的初始化

4.CAN数据接收和发送        HAL_CAN_AddTxMessage发送消息

                                             HAL_CAN_GetRxMessage接收消息

5.使能CAN相关中断/设置NVIC/编写中断服务函数   __HAL_CAN_ENABLE_IT可选