细说STM32F407单片机中断方式CAN通信

目录

一、工程配置

1、时钟、DEBUG、USART6、GPIO、CodeGenerator

2、CAN1 

3、NVIC

二、软件设计

1、KEYLED

2、can.h

3、can.c

（1）CAN1中断初始化

（2）RNG初始化和随机数产生

（3） 筛选器组设置

（4）发送消息

（5）中断方式接收消息

4、main.c

三、下载与运行

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        在实际的CAN通信中，使用轮询方式发送消息，使用中断方式接收消息更加实用和普遍。本实例设计一个CAN通信，使用中断方式接收消息，并且测试在两个FIFO上使用不同的筛选器。

        本实例仍然使用使用旺宝红龙开发板STM32F407ZGT6 KIT V1.0。需要参考本文作者的其他文章：

        参考文章1： 细说STM32F407单片机轮询方式CAN通信_stm32f407can波特率配置表-CSDN博客  https://wenchm.blog.csdn.net/article/details/144852504

        参考文章2：细说STM32F407单片机CAN基础知识及其HAL驱动程序-CSDN博客  https://wenchm.blog.csdn.net/article/details/144769950

        示例仍然引用KEYLED文件夹中的文件。

        示例的功能和使用流程如下：

        示例工程中，使用开发板上的S2键，按下S2键后，发送一个随机数的数据帧。并用LED1显示工作状态，输出到串口助手上。按下S6键，开发板复位。示例的功能还包括：

• 使用CAN1的回环模式自发自收。
• 开启FIFO0的接收中断，开启FIFO1的接收中断。
• 为FIFO0设置筛选器，只接收标识符ID为奇数的消息；为FIFO1设置筛选器，接收所有消息。
• 使用随机数生成器(Random Number Generator,RNG)，在发送消息时，用随机数作为帧的数据。

[S2]KeyUp  = Send a Data Frame    LED1 ON

一、工程配置

        CAN接口原理图同参考文件1。 

1、时钟、DEBUG、USART6、GPIO、CodeGenerator

        与参考 文件1的设置相同或近似。

        这里，设置HCLK=168MHz，PCLK1=42MHz，PCLK2=84MHz。

2、CAN1 

         CAN1模块的参数设置与参考文件1相似。

 

3、NVIC

        使用CAN1模块的接收中断，打开CAN1 RX0中断和CAN1 RX1中断，两个中断的抢占优先级都设置为1，一个CAN模块有4个中断，RX0中断是FIFO0的中断，RX1中断是FIFO1的中断，每个中断有几个中断事件和对应的回调函数，详见参考文章2。

 

二、软件设计

1、KEYLED

        本例的项目中要使用KEYLED，其中的keyled.c和keyled.h的使用方法与参考文章1相同。

2、can.h

/* USER CODE BEGIN Prototypes */
HAL_StatusTypeDef CAN_SetFilters();
void CAN_TestPoll(uint8_t msgID,uint8_t frameType);
/* USER CODE END Prototypes */

3、can.c

/* USER CODE BEGIN 0 */
#include "rng.h"
#include <stdio.h>
/* USER CODE END 0 */

/* USER CODE BEGIN 1 */
//设置筛选器，需要在完成CAN初始化之后调用此函数
HAL_StatusTypeDef CAN_SetFilters()
{CAN_FilterTypeDef canFilter;//1. 设置FIFO0的筛选器canFilter.FilterBank = 0;						//筛选器组编号canFilter.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK;	//ID掩码模式canFilter.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_32BIT;	//32位长度//只接收stdID为奇数的帧canFilter.FilterIdHigh = 0x0020;				//CAN_FxR1寄存器的高16位canFilter.FilterIdLow = 0x0000;					//CAN_FxR1寄存器的低16位canFilter.FilterMaskIdHigh = 0x0020;			//CAN_FxR2寄存器的高16位canFilter.FilterMaskIdLow = 0x0000;				//CAN_FxR2寄存器的低16位canFilter.FilterFIFOAssignment = CAN_RX_FIFO0;	//应用于FIFO0canFilter.FilterActivation = ENABLE;			//使用筛选器canFilter.SlaveStartFilterBank = 14;			//从CAN控制器筛选器起始的BankHAL_StatusTypeDef result=HAL_CAN_ConfigFilter(&hcan1, &canFilter);//2. 设置FIFO1的筛选器canFilter.FilterBank = 1;						//筛选器组编号//接收所有帧canFilter.FilterIdHigh = 0x0000;				//CAN_FxR1寄存器的高16位canFilter.FilterIdLow = 0x0000;					//CAN_FxR1寄存器的低16位canFilter.FilterMaskIdHigh = 0x0000;			//CAN_FxR2寄存器的高16位，所有位任意canFilter.FilterMaskIdLow = 0x0000;				//CAN_FxR2寄存器的低16位，所有位任意canFilter.FilterFIFOAssignment = CAN_RX_FIFO1;	//应用于FIFO 1result=HAL_CAN_ConfigFilter(&hcan1, &canFilter);return result;
}void CAN_SendMsg(uint8_t msgID,uint8_t frameType)
{CAN_TxHeaderTypeDef TxHeader;TxHeader.StdId = msgID;			//stdIDTxHeader.RTR = frameType;		//数据帧,CAN_RTR_DATATxHeader.IDE = CAN_ID_STD;		//标准格式TxHeader.DLC =4;   				//数据长度TxHeader.TransmitGlobalTime = DISABLE;uint32_t rand;HAL_RNG_GenerateRandomNumber(&hrng, &rand);	//产生32位随机数uint8_t TxData[8];				//最多8个字节TxData[3] = rand & 0x000000FF;TxData[2] = (rand & 0x0000FF00)>>8;TxData[1] = (rand & 0x00FF0000)>>16;TxData[0] = (rand & 0xFF000000)>>24;while(HAL_CAN_GetTxMailboxesFreeLevel(&hcan1) < 1) {} //等待有可用的发送邮箱printf("Send MsgID= %X\r\n",msgID);uint32_t TxMailbox;		//临时变量,用于返回使用的邮箱编号/* 发送到邮箱，由CAN模块负责发送到CAN总线 */if(HAL_CAN_AddTxMessage(&hcan1,&TxHeader,TxData,&TxMailbox) != HAL_OK)printf("Send to mailbox error.\r\n");
}//读取和显示FIFO0或FIFO1的消息
//参数FIFO_num是FIFO编号，CAN_RX_FIFO0或CAN_RX_FIFO1
void CAN_ReadMsg(uint32_t FIFO_num)
{CAN_RxHeaderTypeDef RxHeader;uint8_t RxData[8];	//接收数据缓存区，8个字节if(FIFO_num==CAN_RX_FIFO0){printf("Msg received by FIFO0.\r\n");if(HAL_CAN_GetRxMessage(&hcan1,CAN_RX_FIFO0,&RxHeader,RxData) != HAL_OK){printf("Read FIFO0 error.\r\n");return;}}else{printf("Msg received by FIFO1.\r\n");if(HAL_CAN_GetRxMessage(&hcan1, CAN_RX_FIFO1, &RxHeader, RxData) != HAL_OK){printf("Read FIFO1 error.\r\n");return;}}//显示接收到的消息printf("StdID= %lX\r\n",RxHeader.StdId);printf("RTR(0=Data,2=Remote)= %lX\r\n",RxHeader.RTR);printf("IDE(0=Std,4=Ext)= %lX\r\n",RxHeader.IDE);printf("FilterMatchIndex= %lX\r\n",RxHeader.FilterMatchIndex);printf("DLC(Data length)= %lX\r\n",RxHeader.DLC);for (uint8_t i=0; i<4; i++){printf("Data[0]= %X\r\n",RxData[0]);printf("Data[1]= %X\r\n",RxData[1]);printf("Data[2]= %X\r\n",RxData[2]);printf("Data[3]= %X\r\n",RxData[3]);}printf("** Reselect menu or reset **\r\n");
}
//FIFO0接收到新消息事件中断回调函数
void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan)
{CAN_ReadMsg(CAN_RX_FIFO0);
}//FIFO1接收到新消息事件中断回调函数
void HAL_CAN_RxFifo1MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan)
{CAN_ReadMsg(CAN_RX_FIFO1);
}
/* USER CODE END 1 */

（1）CAN1中断初始化

        函数MX_CAN1_Init()的代码与参考文章1完全相同，函数HAL_CAN_MspInit()中与参考文章1比较，增加了两个中断的初始化设置，开启了CAN1_RX0和CAN1_RX1中断：

    /* CAN1 interrupt Init */HAL_NVIC_SetPriority(CAN1_RX0_IRQn, 1, 0);HAL_NVIC_EnableIRQ(CAN1_RX0_IRQn);HAL_NVIC_SetPriority(CAN1_RX1_IRQn, 1, 0);HAL_NVIC_EnableIRQ(CAN1_RX1_IRQn);

（2）RNG初始化和随机数产生

        RNG是MCU的一个内部单元，其初始化很简单，就是定义了RNG模块的外设对象变量，开启其时钟。相关代码如下：

#include "rng.h"
RNG_HandleTypeDef hrng;void MX_RNG_Init(void)
{hrng.Instance = RNG;if (HAL_RNG_Init(&hrng) != HAL_OK){Error_Handler();}
}void HAL_RNG_MspInit(RNG_HandleTypeDef* rngHandle)
{if(rngHandle->Instance==RNG){/* RNG clock enable */__HAL_RCC_RNG_CLK_ENABLE();}
}void HAL_RNG_MspDeInit(RNG_HandleTypeDef* rngHandle)
{if(rngHandle->Instance==RNG){/* Peripheral clock disable */__HAL_RCC_RNG_CLK_DISABLE();}
}

         可以使用轮询方式或中断方式产生32位的随机数，分别对应两个函数。

HAL_RNG_GenerateRandomNumber()    //轮询方式产生随机数。
HAL_RNG_GetRandomNumber_IT()      //中断方式产生随机数。

        HAL_RNG_GenerateRandomNumber()的函数原型如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_RNG_GenerateRandomNumber(RNG_HandleTypeDef *hrng,uint32_t*random32bit)

        RNG由时钟树中的时钟信号由PCLK1 42MHz驱动，典型值是42MHz，这个时钟频率不能太低，在本例中，这个时钟频率是42MHz。产生两个连续随机数的最小间隔是42个PLL42CLK周期。

（3） 筛选器组设置

        在文件can.h中，自定义的函数CAN_SetFilters()用于对FIFO0和FIFO1进行筛选器设置。详细代码在can.c中实现。

        为FIFO0设置的筛选器是只接收标识符ID为奇数的消息，为FIFO1设置的筛选器是可以接收任何消息。注意，可以为一个FIFO设置多个筛选器，但是一个筛选器只能用于一个FIFO，所以，这两个筛选器的FilterBank必须不同。结构体CAN_FilterTypeDef各成员变量的意义以及筛选器的设置原理详见参考文章1。

（4）发送消息

        在main.c中调用函数CAN_SendMsg()发送数据帧，这个自定义函数的实现代码与参考文章1不同，并在can.c中实现这个函数的代码。

        在其实现的程序中还调用函数HAL_RNG_GenerateRandomNumber()，产生一个32位随机数，然后分解为4字节存入发送数据缓冲区。程序仍然是用函数HAL_CAN_AddTxMessage()将需要发送的消息写入发送邮箱，由CAN模块自动将消息发送到CAN总线上。函数CAN_SendMsg()只管发送消息，接收消息由中断去处理。

（5）中断方式接收消息

        由于开启了CAN1的RX0中断和RX1中断，在文件stm32f4xx_it.c中自动生成了这两个中断的ISR框架。

        CAN1_RX0是FIFO0接收消息、满或上溢时产生的中断，接收消息中断事件对应的回调函数是HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback()。同样的，FIFO1接收消息中断事件对应的回调函数是HAL_CAN_RxFifo1MsgPendingCallback()。CAN1_RX0和CAN1_RX1中断事件与回调函数的对应关系详见参考文章1。所以，要使用中断方式处理FIFO0和FIFO1接收的消息，只需重新实现这两个回调函数即可。在文件can.c中重新实现这两个回调函数。

//FIFO0接收到新消息事件中断回调函数
void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan)
{CAN_ReadMsg(CAN_RX_FIFO0);
}//FIFO1接收到新消息事件中断回调函数
void HAL_CAN_RxFifo1MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan)
{CAN_ReadMsg(CAN_RX_FIFO1);
}

        两个回调函数都调用了同一个函数CAN_ReadMsg()，只是传递了相应的FIFO编号。函数CAN_ReadMsg()负责读取FIFO0或FIFO1的消息并显示。读取FIFO里面收到的消息仍然使用函数HAL_CAN_GetRxMessage()，消息头结构体CAN_RxHeaderTypeDef的意义见参考文章1。这里显示了一个成员变量FilterMatchIndex的值，这是接收消息的FIFO内接收了消息的筛选器的序号，是在一个FIFO内的筛选器的序号，而不是筛选器的FilterBank属性值。

4、main.c

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "keyled.h"
#include <stdio.h>
/* USER CODE END Includes */

/* USER CODE BEGIN 2 */printf("Demo18_2_CAN:CAN Interrupt.\r\n");printf("Test mode:Loopback.\r\n");if (CAN_SetFilters() == HAL_OK)   	//设置筛选器printf("ID Filter: Only Odd IDs.\r\n");if (HAL_CAN_Start(&hcan1) == HAL_OK)  //启动CAN1模块printf("CAN is started.\r\n");printf("[S2]KeyUp  = Send a Data Frame.\r\n");//必须开启FIFO接收到消息中断事件，否则不会响应中断事件__HAL_CAN_ENABLE_IT(&hcan1, CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING);__HAL_CAN_ENABLE_IT(&hcan1, CAN_IT_RX_FIFO1_MSG_PENDING);//HAL_CAN_ActivateNotification(&hcan1, CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING);//HAL_CAN_ActivateNotification(&hcan1, CAN_IT_RX_FIFO1_MSG_PENDING);// MCU output low level LED light is onLED1_OFF();/* USER CODE END 2 */

        在外设初始化部分，函数MX_RNG_Init()用于RNG的初始化，函数MX_CAN1_Init()用于CAN1模块的初始化。

        函数CAN_SetFilters()用于设置FIFO0和FIFO1的筛选器组，与参考文章1的同名函数代码不同。这里要使用中断方式进行消息接收，还需要开启FIFO0和FIFO1的接收新消息的中断事件，即

__HAL_CAN_ENABLE_IT(&hcan1,CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING);
__HAL_CAN_ENABLE_IT(&hcan1,CAN_IT_RX_FIFO1_MSG_PENDING);

        其中的两个宏分别是FIFO0和FIFO1接收新消息的中断事件使能控制位的宏定义，也作为中断事件类型宏定义，详见参考文章2。

        主程序的while()循环中调用自定义函数CAN_SendMsg()以轮询方式发送一个数据帧，接收数据帧在中断里处理。

  /* USER CODE BEGIN WHILE */uint8_t msgID=1;while (1){/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */KEYS curKey = ScanPressedKey(KEY_WAIT_ALWAYS);if (curKey==KEY_UP){CAN_SendMsg(msgID++, CAN_RTR_DATA);LED1_ON();}elseLED1_OFF();HAL_Delay(500);	//延时，消除按键抖动}/* USER CODE END 3 */

/* USER CODE BEGIN 4 */
//串口打印
int __io_putchar(int ch)
{HAL_UART_Transmit(&huart6,(uint8_t*)&ch,1,0xFFFF);return ch;
}
/* USER CODE END 4 */

三、下载与运行

        下载后在串口助手上先显示菜单，或者按下S6复位键也显示菜单。

        每次按下KeyUp键可以发送一个标准格式数据帧，msgID加1，msgID作为数据帧的标识符ID。

        运行时会发现，msgID为奇数时，是由FIFO0接收消息，msgID为偶数时，是由FIFO1接收消息。因为在设置筛选器组时，设置FIFO0只能接收标识符ID为奇数的消息，FIFO1可以接收任意标识符ID的消息。当标识符ID为偶数时，只能由FIFO1接收，当标识符ID为奇数时，两个FIFO都可以接收，但是由FIFO0优先接收。

        不管是哪个FIFO接收的消息，显示的FilterMatchIndex的值都是0，因为它们都只有一个筛选器。