STM的CAN通信学习

 显性电平：0    隐性电平：1

一、帧结构

1.帧类型

1）数据帧：发送设备主动发送数据（广播式）

2）请求帧：接收设备主动请求数据（请求式）

2.帧结构

1）标准帧

1位SOF+11位ID+1位RTR+1位IDE+1位r0+4位DLC+0~64位Data+15位CRC效验码+1位CRC界定符+1位ACK槽+1位ACK界定符+7位结束符

• 1位  SOF：帧起始，表示后面一段波形为传输的数据位，显性0
• 11位  ID：标识符，区分功能，同时决定优先级
• 1位  RTR：远程请求位，区分数据帧（显性0）和遥控帧（隐性1）
• 1位  IDE：扩展标志位，区分标准格式（0）和扩展格式（1）
• 1位  r0/r1：保留位，为后续协议升级留下空间（显性0）
• 4位  DLC：数据长度，指示数据段Data有几个字节
• 0~64位  Data：数据段的1~8个字节有效数据
• 15位 CRC：循环冗余校验，校验数据是否正确
• 1位 CRC界定符：隐性1
• 1位 ACK：应答位，判断数据有没有被接收方接收（显性0收到数据，隐形1没收到数据）
• 1位 ACK界定符：为应答位前后发送方和接收方释放总线留下时间（隐性1）
• 7位 EOF：帧结束，表示数据位已经传输完毕（隐性电平1）

2）扩展帧

11位ID结束后，加1位SRR和1位IDE。其中SRR是代替RTR，协议升级时留下的无意义位。IDE是隐性电平1，表示这是扩展帧。其余与标准帧设定一致。

4.关于位填充

位填充规则：发送方每发送5个相同电平后，自动追加一个相反电平的填充位，接收方检测到填充位时，会自动移除填充位，恢复原始数据

位填充例子：

二、仲裁

1.先占先得

2.非破坏性仲裁

仲裁段就是ID号+RTR位，ID号越小，仲裁的优先级越高，填充位不会影响仲裁，如果ID号一致，数据帧的优先级高于遥控桢

如下图所示，单元一和单元二同时开始波形， 根据线与特性到标红的位置，总线呈现显性0，单元二回读为0，与发出0一致，单元一回读为0，与发出的1不一致。此时，单元一仲裁失败，转为接收状态。

三、STM32的CAN外设

1.STM32的默认CAN复用端口：

PA11——CAN_RX

PA12——CAN_TX

2.CAN收发报文

• CAN_RX写入指令到控制器，接收过滤器过滤所接收到的指令，再放入指定的FIFO队列（队列遵循先进先出），接收的队列一共有两个，可以指定两个队列的优先级。每一个队列共有三个邮箱，邮箱如果满了，接收的数据就会溢出。接收流程：接收到一个报文→匹配过滤器后进入FIFO 0或FIFO 1→CPU读取

• CAN_TX发送指令时，也有三个发送邮箱，三个发送邮箱可以按照指定顺序进行发送，如先进先出或者ID优先级发送。ID优先级一般是ID号小的先发送。发送流程：选择一个空置邮箱——写入报文——请求发送
• NART：置1，关闭自动重传，CAN报文只被发送1次；置0，自动重传，直到发送成功
• TXFP：置1，优先级由发送请求的顺序来决定，先请求的先发送；置0，优先级由报文标识符（报文ID）来决定，标识符值小的先发送（标识符值相等时，邮箱号小的报文先发送）
• RFLM：置1，接收FIFO锁定，FIFO溢出时，新收到的报文会被丢弃；置0，禁用FIFO锁定，FIFO溢出时，FIFO中最后收到的报文被新报文覆盖

3.标识符过滤器

• FSCx：位宽设置，置0，16位；置1，32位

• FBMx：模式设置，置0，屏蔽模式；置1，列表模式

• FFAx：关联设置，置0，FIFO 0；置1，FIFO 1

• FACTx：激活设置，置0，禁用；置1，启用

• 

4.测试模式：（CAN_MODE）

静默模式、环回模式、静默环回模式

	/* CAN_Mode_Normal             ((uint8_t)0x00)  正常模式CAN_Mode_LoopBack           ((uint8_t)0x01)  环回模式CAN_Mode_Silent             ((uint8_t)0x02)  静默模式CAN_Mode_Silent_LoopBack    ((uint8_t)0x03)  环回静默模式*/

5.工作模式：

初始化模式、正常模式、睡眠模式、AWUM（置1自动唤醒，置0手动唤醒）

6.位时间特性

• 波特率 = APB1时钟频率 / 分频系数 / 一位的Tq数量

                   = 36MHz / (BRP[9:0]+1) / (1 + (TS1[3:0]+1) + (TS2[2:0]+1))

• 7.四个中断

  • 发送中断：发送邮箱空时产生
  • FIFO 0中断：收到一个报文/FIFO 0满/FIFO 0溢出时产生
  • FIFO 1中断：收到一个报文/FIFO 1满/FIFO 1溢出时产生
  • 状态改变错误中断：出错/唤醒/进入睡眠时产生

  • 8.时间触发通信

  • TTCM：置1，开启时间触发通信功能；置0，关闭时间触发通信功能（CAN外设内部有一个16位计数器，用于记录时间戳）
    

  • 9.离线恢复

  • ABOM：置1，开启离线自动恢复，进入离线状态后，就自动开启恢复过程；置0，关闭离线自动恢复，软件必须先请求进入然后再退出初始化模式，随后恢复过程才被开启

  • 四、具体代码使用

• 1.CAN初始化函数调用

• void MyCAN_Init(void)
  {RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);//启用GPIOA时钟RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1, ENABLE);//启用CAN1时钟//初始化GPIOA的12号引脚GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;//模式为复用推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;//12号引脚GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//引脚速度GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//引脚初始化//初始化GPIO的11号引脚GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;//上拉输入GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化CAN1控制器CAN_InitTypeDef CAN_InitStructure;//定义一个CAN的结构体/* CAN_Mode_Normal             ((uint8_t)0x00)  正常模式CAN_Mode_LoopBack           ((uint8_t)0x01)  环回模式CAN_Mode_Silent             ((uint8_t)0x02)  静默模式CAN_Mode_Silent_LoopBack    ((uint8_t)0x03)  环回静默模式*/CAN_InitStructure.CAN_Mode = CAN_Mode_LoopBack;//CAN工作模式为环回模式，用于自收自发测试用//波特率 = 36M（时钟频率） / 48 （预分频器的值）/ (1 + 2（BS1）+ 3（BS2）) = 125KCAN_InitStructure.CAN_Prescaler = 48;	//预分频器的值为48	CAN_InitStructure.CAN_BS1 = CAN_BS1_2tq;//BS1的时间长度，1-16tqCAN_InitStructure.CAN_BS2 = CAN_BS2_3tq;//BS2的时间长度CAN_InitStructure.CAN_SJW = CAN_SJW_2tq;//SJW的时间长度，1-4tqCAN_InitStructure.CAN_NART = DISABLE;//DISABLE，表示寄存器置0，自动重传CAN_InitStructure.CAN_TXFP = DISABLE;//发送邮箱优先级，DISABLE置零，ID小的先发送，如果是ENABLE置一，先进先出CAN_InitStructure.CAN_RFLM = DISABLE;//禁用FIOF锁定，溢出后，新报文覆盖最后一个报文CAN_InitStructure.CAN_AWUM = DISABLE;//DISABLE 手动唤醒，ENABLE 自动唤醒CAN_InitStructure.CAN_TTCM = DISABLE;//关闭时间触发通信CAN_InitStructure.CAN_ABOM = DISABLE;//DISABLE 手动恢复，ENABLE 自动恢复CAN_Init(CAN1, &CAN_InitStructure);//初始化CAN//初始化CAN过滤器CAN_FilterInitTypeDef CAN_FilterInitStructure;//定义CAN过滤器结构体CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterNumber = 0;//过滤器编号，0-13/*16位列表模式，四个参数分别存入一组ID即可，共四个16位ID列表屏蔽模式：IDHIGH存入第一组ID，MaskIDHIGH存入对应的屏蔽位，共两组16位ID和两组屏蔽位32位列表模式：IDHIGH和IDLOW组合成一个32位ID，MaskIDHIGH和MaskIDLOW组成第二组32位ID32位频闭模式：IDHIGH和IDLOW组合成一个32位ID，MaskIDHIGH和MaskIDLOW组成第二组32位屏蔽位*/CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdHigh = 0x0000;//高16位CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdLow = 0x0000;//低16位CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdHigh = 0x0000;CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdLow = 0x0000;//选则相应模式为32位屏蔽模式CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterScale = CAN_FilterScale_32bit;//过滤器位宽，32位或者16位，这里是32位CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMode = CAN_FilterMode_IdMask;//过滤器模式，CAN_FilterMode_IdMask 屏蔽模式 CAN_FilterMode_IdList  列表模式CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterFIFOAssignment = CAN_Filter_FIFO0;//配置过滤器关联，这里有两个CAN_Filter_FIFO0，CAN_Filter_FIFO1CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterActivation = ENABLE;//激活过滤器CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStructure);//初始化过滤器
  }
  

2.发送报文

/*
Name：MyCAN_Transmit CAN 发送报文
Param： ID Length   数据长度*Data    数据指针
*/
void MyCAN_Transmit(uint32_t ID, uint8_t Length, uint8_t *Data)
{CanTxMsg TxMessage; //定义CanTxMsg结构体变量TxMessage.StdId = ID;//标准IDTxMessage.ExtId = ID;//扩展IDTxMessage.IDE = CAN_Id_Standard;		//扩展标志位，CAN_Id_Standard 标准ID ，CAN_Id_Extended扩展IDTxMessage.RTR = CAN_RTR_Data; //遥控标志位，CAN_RTR_Remote 遥控帧，	CAN_RTR_Data数据帧TxMessage.DLC = Length;//数据段长度，传入的参数//把形参DATA传过来的数组赋值给TxMessage.Datafor (uint8_t i = 0; i < Length; i ++){TxMessage.Data[i] = Data[i];//Data为8字节的数组}/*CAN_Transmit的原理：选择空发送邮箱——如果邮箱有空位，则将报文写入指定寄存器——TXRQ置1，请求发送*/uint8_t TransmitMailbox = CAN_Transmit(CAN1, &TxMessage);//请求发送结构体指向的报文，返回值是邮箱编号//uint32_t Timeout = 0;//等待函数返回OK，当CAN1的邮箱状态为CAN_TxStatus_Ok表示发送成功，如果不成功则进入循环while (CAN_TransmitStatus(CAN1, TransmitMailbox) != CAN_TxStatus_Ok){Timeout ++;//如果大于超时时间，则跳出循环if (Timeout > 100000){break;}}
}

3.接收报文 

/*
@brief: recieve CAN message
@param： *ID        the ID*Length    the length of DATA*DATA      the Data of CAN massage
*/
void MyCAN_Receive(uint32_t *ID, uint8_t *Length, uint8_t *Data)
{CanRxMsg RxMessage;//定义一个CanRxMsg结构体CAN_Receive(CAN1, CAN_FIFO0, &RxMessage);//判断接收的报文是标准ID还是扩展IDif (RxMessage.IDE == CAN_Id_Standard){*ID = RxMessage.StdId;//标准ID}else{*ID = RxMessage.ExtId; //扩展ID}if (RxMessage.RTR == CAN_RTR_Data)//是否为数据帧{*Length = RxMessage.DLC;//数据长度//数据内容for (uint8_t i = 0; i < *Length; i ++){Data[i] = RxMessage.Data[i];}}else{//遥控帧，暂时不做处理}
}