2018年09月02日 | STM32的CAN总线学习总结

1、首先通读手册中关于CAN的文档，必须精读。

STM32F10xxx 参考手册Rev7V3.pdf

需要精读的部分为 RCC 和 CAN 两个章节。

为什么需要精读 RCC 呢？因为我们将学习 CAN 的波特率的设置，将要使用到 RCC 部分的设置，因此推荐大家先复习下这部分中的几个时钟。

关于STM32的can总线简单介绍

bxCAN是基本扩展CAN(Basic Extended CAN)的缩写，它支持CAN协议2.0A和2.0B。它的设计目标是，以最小的CPU负荷来高效处理大量收到的报文。它也支持报文发送的优先级要求（优先级特性可软件配置）。

对于安全紧要的应用，bxCAN提供所有支持时间触发通信模式所需的硬件功能。

主要特点

·支持CAN协议2.0A和2.0B主动模式

· 波特率最高可达1兆位/秒

·支持时间触发通信功能

发送

·3个发送邮箱

· 发送报文的优先级特性可软件配置

·记录发送SOF时刻的时间戳

接收

· 3级深度的2个接收FIFO

·14个位宽可变的过滤器组－由整个CAN共享

· 标识符列表

·FIFO溢出处理方式可配置

·记录接收SOF时刻的时间戳

可支持时间触发通信模式

·禁止自动重传模式

·16位自由运行定时器

·定时器分辨率可配置

·可在最后2个数据字节发送时间戳

管理

·中断可屏蔽

· 邮箱占用单独1块地址空间，便于提高软件效率

2、STM32FVBT6 的 can 的工作模式分为

#define CAN_Mode_Normal             ((u8)0x00) 

#define CAN_Mode_LoopBack           ((u8)0x01) 

#define CAN_Mode_Silent             ((u8)0x02) 

#define CAN_Mode_Silent_LoopBack    ((u8)0x03) 

在此章我们的豆皮教程中我们将使用到 CAN_Mode_LoopBack 和 CAN_Mode_Normal 两种模式。

我们第一步做的就是使用运行在CAN_Mode_LoopBack 下进行自测试。

在参考手册中CAN_Mode_LoopBack (环回模式) 的定义如下:

环回模式可用于自测试。为了避免外部的影响，在环回模式下CAN内核忽略确认错误(在数据/远程帧的确认位时刻，不检测是否有显性位)。在环回模式下，bxCAN在内部把Tx输出回馈到Rx输入上，而完全忽略CANRX引脚的实际状态。发送的报文可以在CANTX引脚上检测到。

因此比较适合我们只有一块板子的情况下面测试 STM32 的 CAN 部分 BSP 程序。

3、STM32FVBT6 中的 can 物理引脚脚位可以设置成三种：默认模式，重定义地址1模式，重定义地址2模式。

在我们的豆皮中我们使用的是重定义地址2模式，即CANRX,CANTX分别重定义到 PD0,PD1引脚上面。

因此我们软件中第一步要进行重定义的操作：

------------------------------------------------------------------------

 //GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;

 //GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

 //GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;

 //GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

 //GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;

 //GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

 //GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;

 //GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

 //GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap1_CAN, ENABLE);

------------------------------------------------------------------------- 

 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;

 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;

 GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);

 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;

 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;

 GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);

 GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap2_CAN, ENABLE); 

-------------------------------------------------------------------------

 //GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11;

 //GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

 //GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;

 //GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

 //GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;

 //GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

 //GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;

 //GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); 

-------------------------------------------------------------------------

设置完 CAN 的引脚之后还需要打开 CAN 的时钟：

 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN, ENABLE);

4、我们需要搞明白CAN波特率的设置，这个章节也是使用CAN的最重要的部分之一，因为这实际应用中我们需要根据我们实际的场合来选择 CAN 的波特率。

一般情况下面1M bps 的速率下可以最高可靠传输 40 米以内的距离。

在 50K 以下的波特率中一般可以可靠传输数公里远。

对于波特率的设置需要详细学习参考手册对应部分的解释。我们在调试软件的时候可以使用示波器来测试 CANTX 引脚上的波形的波特率，这样可以得到事半功倍的效果，大大的缩短调试学习的时间。

  //***************************************************************

 //         BaudRate = 1/NominalBitTime

 //         NominalBitTime = 1tq+tBS1+tBS2

 //         tq = (BRP[9:0] + 1) xtPCLK

 //         tPCLK = CAN's clock =APB1's clock

  //****************************************************************

也就是BaudRate =APB1/((BS1 + BS2 + 1)*Prescaler)

这里注意的是采用点的位置,也就时BS1,BS2的设置问题，这里我也找了一些资料，抄录下来给大家,是CANopen协议中推荐的设置。

 1Mbps速率下，采用点的位置在6tq位置处，BS1=5,BS2=2

 500kbps速率下，采用点的位置在8tq位置处，BS1=7,BS2=3

 250kbps速率下，采用点的位置在14tq位置处，BS1=13,BS2=2

 125k,100k,50k,20k,10k的采用点位置与250K相同。

因此我们需要重视的有软件中的这么几个部分：

   //设置 AHB 时钟（HCLK）

   //RCC_SYSCLK_Div1  AHB 时钟 = 系统时钟

   RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div8);

   //设置低速 AHB 时钟（PCLK1）

   //RCC_HCLK_Div2  APB1 时钟 = HCLK / 2

   RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);

   // PLLCLK = 8MHz * 8 = 64 MHz

   //设置 PLL 时钟源及倍频系数

   RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_8);

CAN 波特率设置中需要的就是PCLK1 的时钟。

 CAN_InitStructure.CAN_Mode=CAN_Mode_LoopBack;

 CAN_InitStructure.CAN_SJW=CAN_SJW_1tq;

 CAN_InitStructure.CAN_BS1=CAN_BS1_8tq;

 CAN_InitStructure.CAN_BS2=CAN_BS2_7tq;

 CAN_InitStructure.CAN_Prescaler=5;

通过上面部分的时钟设置我们已经可以算出我们的波特率了

CAN_bps = PCLK1 / ((1 + 7 + 8) * 5) = 25Kbps

大家也可以实际测试中修改时钟值来通过示波器测试我们需要的波特率是否正确例如将PLLCLK 设置降低一半：

   // PLLCLK = 8MHz * 4 = 32 MHz

   //设置 PLL 时钟源及倍频系数

   RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_4);

那么我们得到的CAN_bps也会降低一半。

接下来还可以修改 HCLK 和 PCLK1 ，其实最终这几个分频和倍频值最终影响的都是 PCLK1。

通过几次试验，相信大家应该很容易掌握波特率的设置了。

设置完波特率我们直接测试函数：TestStatus CAN_Polling(void)

       // CAN transmit at 25Kb/s and receive by polling in loopback mode

       TestRx = CAN_Polling();

       if (TestRx == FAILED)

       {

           // Turn on led connected to PC.08 pin (LED4)

           // For DP-STM32F use LED4 connected to PC.12

           GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_12);

       }

       else

       {

           // Turn on led connected to PC.06 pin (LED2)

           // For DP-STM32F use LED2 connected to PC.11

           GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_11);

       }

大家可以仿真程序，当程序中Test 等于 Passed 那么说明 Loopback 模式测试通过了。

到此时说明如果大家只有一块CAN模块的时候学习可以告一个段落了，不过这个并不代表大家就已经掌握了 CAN了，正真要掌握它，大家还是需要看大量的 CAN 部分的资料，参考手册部分的也是不够的，市面上有几本专门介绍现场总线和CAN总线的书，推荐大家买来经常翻翻看看，这样到需要实际应用的时候才可以做到如鱼得水。

5、完成了单板的 loopback 模式的测试之后接下来我们需要学习的就是多机通讯了，当然如果你只有一块豆皮开发板当然你就不能做这部分的试验了，只能先看看这部分的程序和教程了。

在这里我们需要准备两块豆皮板，使用三根线将 CANH,CANL,GND 三根线直连，当然需要把跳线 F 处的跳至终端电阻处，当两块板子都跳好后我们使用万用表测量下 CANH和CANL之间的电阻是否为 60 欧姆（豆皮上大约为  62欧姆）。

正常模式

在初始化完成后，软件应该让硬件进入正常模式，以便正常接收和发送报文。软件可以通过对CAN_MCR寄存器的INRQ位清’0’，来请求从初始化模式进入正常模式，然后要等待硬件对CAN_MSR寄存器的INAK位置’1’的确认。在跟CAN总线取得同步，即在CANRX引脚上监测到11个连续的隐性位(等效于总线空闲)后，bxCAN才能正常接收和发送报文。

不需要在初始化模式下进行过滤器初值的设置，但必须在它处在非激活状态下完成(相应的FACT位为0)。而过滤器的位宽和模式的设置，则必须在初始化模式中进入正常模式前完成。

准备工作做完我们需要设置软件，让一块豆皮板发送一块接收。

       / CAN transmit at 100Kb/s and receive by interrupt in normal mode

       TestRx = CAN_Interrupt();

       if (TestRx == FAILED)

       {

           // Turn on led connected to PC.09 pin (LED3)

           // For DP-STM32F use LED3 connected to PC.10

           GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_10);

       }

       else

       {

           // Turn on led connected to PC.07 pin (LED8)

           // For DP-STM32F use LED8 connected to PD.05

           GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_5);

       }

STM32 can总线传输数据

工作模式

bxCAN有3个主要的工作模式：初始化、正常和睡眠模式。

初始化模式

*软件通过对CAN_MCR寄存器的INRQ位置1，来请求bxCAN进入初始化模式，然后等待硬件对CAN_MSR寄存器的INAK位置1来进行确认。

*软件通过对CAN_MCR寄存器的INRQ位清0，来请求bxCAN退出初始化模式，当硬件对CAN_MSR寄存器的INAK位清0就确认了初始化模式的退出。

*当bxCAN处于初始化模式时，报文的接收和发送都被禁止，并且CANTX引脚输出隐性位（高电平）。初始化CAN控制器，软件必须设置CAN_BTR和CAN_MCR寄存器。

正常模式

在初始化完成后，软件应该让硬件进入正常模式，同步CAN总线，以便正常接收和发送报文。软件通过对INRQ位清0来请求从初始化模式进入正常模式，然后要等待硬件对INAK位清0来确认。在跟CAN总线取得同步，即在CANRX引脚上监测到11个连续的隐性位（等效于总线空闲）后，bxCAN才能正常接收和发送报文。

过滤器初值的设置不需要在初始化模式下进行，但必须在它处在非激活状态下完成（相应的FACT位为0）。而过滤器的位宽和模式的设置，则必须在进入正常模式之前，即初始化模式下完成。

睡眠模式（低功耗）

*软件通过对CAN_MCR寄存器的SLEEP位置1，来请求进入这一模式。在该模式下，bxCAN的时钟停止了，但软件仍然可以访问邮箱寄存器。

*当bxCAN处于睡眠模式，软件想通过对CAN_MCR寄存器的INRQ位置1，来进入初始化式，那么软件必须同时对SLEEP位清0才行。

*有2种方式可以唤醒（退出睡眠模式）bxCAN：通过软件对SLEEP位清0，或硬件检测CAN总线的活动。

工作流程

那么究竟can是怎样发送报文的呢？

发送报文的流程为：应用程序选择1个空发送邮箱；设置标识符、数据长度和待发送数据；然后CAN_TIxR寄存器的TXRQ位置1，来请求发送。TXRQ位置1后，邮箱就不再是空邮箱；而一旦邮箱不再为空，软件对邮箱寄存器就不再有写的权限。TXRQ位置1后，邮箱马上进入挂号状态，并等待成为最高优先级的邮箱，参见发送优先级。一旦邮箱成为最高优先级的邮箱，其状态就变为预定发送状态。当CAN总线进入空闲状态，预定发送邮箱中的报文就马上被发送（进入发送状态）。邮箱中的报文被成功发送后，它马上变为空邮箱，硬件相应地对CAN_TSR寄存器的RQCP和TXOK位置1，来表明一次成功发送。

如果发送失败，由于仲裁引起的就对CAN_TSR寄存器的ALST位置1，由于发送错误引起的就对TERR位置1。

发送的优先级可以由标识符或发送请求次序决定：

由标识符决定。当有超过1个发送邮箱在挂号时，发送顺序由邮箱中报文的标识符决定。根据CAN协议，标识符数值最低的报文具有最高的优先级。如果标识符的值相等，那么邮箱号小的报文先被发送。

由发送请求次序决定。通过对CAN_MCR寄存器的TXFP位置1，可以把发送邮箱配置为发送FIFO。在该模式下，发送的优先级由发送请求次序决定。该模式对分段发送很有用。

时间触发通信模式：

在该模式下，CAN硬件的内部定时器被激活，并且被用于产生时间戳，分别存储在CAN_RDTxR/CAN_TDTxR寄存器中。内部定时器在接收和发送的帧起始位的采样点位置被采样，并生成时间戳。

接着又是怎样接收报文的呢?

接收管理

接收到的报文，被存储在3级邮箱深度的FIFO中。FIFO完全由硬件来管理，从而节省了CPU的处理负荷，简化了软件并保证了数据的一致性。应用程序只能通过读取FIFO输出邮箱，来读取FIFO中最先收到的报文。根据CAN协议，当报文被正确接收（直到EOF域的最后1位都没有错误），且通过了标识符过滤，那么该报文被认为是有效报文。

接收相关的中断条件

* 一旦往FIFO存入1个报文，硬件就会更新FMP[1:0]位，并且如果CAN_IER寄存器的FMPIE位为1，那么就会产生一个中断请求。

* 当FIFO变满时（即第3个报文被存入），CAN_RFxR寄存器的FULL位就被置1，并且如果CAN_IER寄存器的FFIE位为1，那么就会产生一个满中断请求。

* 在溢出的情况下，FOVR位被置1，并且如果CAN_IER寄存器的FOVIE位为1，那么就会产生一个溢出中断请求。

标识符过滤

在CAN协议里，报文的标识符不代表节点的地址，而是跟报文的内容相关的。因此，发送者以广播的形式将报文发送给所有的接受者。节点在接收报文时根据标识符的值决定是否需要该报文；如果需要，就拷贝到SRAM里；如果不需要，报文就被丢弃且无需软件的干预。

为满足这一需求，bxCAN为应用程序提供了14个位宽可变的、可配置的过滤器组（13~0），以便只接收那些软件需要的报文。硬件过滤的做法节省了CPU开销，否则就必须由软件过滤从而占用一定的CPU开销。每个过滤器组x由2个32位寄存器CAN_FxR0和CAN_FxR1组成。

过滤器的模式的设置：

通过设置CAN_FM0R的FBMx位，可以配置过滤器组为标识符列表模式或屏蔽位模式。

为了过滤出一组标识符，应该设置过滤器组工作在屏蔽位模式。

为了过滤出一个标识符，应该设置过滤器组工作在标识符列表模式。

应用程序不用的过滤器组，应该保持在禁用状态。

过滤器优先级规则：

位宽为32位的过滤器，优先级高于位宽为16位的过滤器；

对于位宽相同的过滤器，标识符列表模式的优先级高于屏蔽位模式；

位宽和模式都相同的过滤器，优先级由过滤器号决定，过滤器号小的优先级高。

接收邮箱（FIFO）

在接收到一个报文后，软件就可以访问接收FIFO的输出邮箱来读取它。一旦软件处理了报文（如把它读出来），软件就应该对CAN_RFxR寄存器的RFOM位进行置1，来释放该报文，以便为后面收到的报文留出存储空间。

中断

bxCAN占用4个专用的中断向量。通过设置CAN中断允许寄存器CAN_IER ，每个中断源都可以单独允许和禁用。

(1) 发送中断可由下列事件产生：

─ 发送邮箱0变为空，CAN_TSR寄存器的RQCP0位被置1。

─ 发送邮箱1变为空，CAN_TSR寄存器的RQCP1位被置1。

─ 发送邮箱2变为空，CAN_TSR寄存器的RQCP2位被置1。

(2) FIFO0中断可由下列事件产生：

─ FIFO0接收到一个新报文，CAN_RF0R寄存器的FMP0位不再是‘00’。

─ FIFO0变为满的情况，CAN_RF0R寄存器的FULL0位被置1。

─ FIFO0发生溢出的情况，CAN_RF0R寄存器的FOVR0位被置1。

(3) FIFO1中断可由下列事件产生：

─ FIFO1接收到一个新报文，CAN_RF1R寄存器的FMP1位不再是‘00’。

─ FIFO1变为满的情况，CAN_RF1R寄存器的FULL1位被置1。

─ FIFO1发生溢出的情况，CAN_RF1R寄存器的FOVR1位被置1。

(4) 错误和状态变化中断可由下列事件产生：

─ 出错情况，关于出错情况的详细信息请参考CAN错误状态寄存器(CAN_ESR)。

─ 唤醒情况，在CAN接收引脚上监视到帧起始位(SOF)。

─ CAN进入睡眠模式。

工作流程大概就是这个样子，接着就是一大堆烦人的can寄存器，看了一遍总算有了大概的了解，况且这么多的寄存器要一下子把他们都记住是不可能的。根据以往的经验，只要用多几次，对寄存器的功能就能记住。

好了，到读具体实验程序的时候了，这时候当然要打开“STM32库函数”的资料,因为它里面有STM32打包好的库函数的解释，对读程序很有帮助。

下面是主程序：

int main(void)

{

// int press_count = 0;

char data = '0';

int sent = FALSE;

#ifdef DEBUG

debug();

#endif

RCC_Configuration();

NVIC_Configuration();

GPIO_Configuration();

USART_Configuration();

CAN_Configuration();

Serial_PutString("\r\n伟研科技http://www.gzweiyan.com\r\n");

Serial_PutString("CAN test\r\n");

while(1)

{

if(GPIO_Keypress(GPIO_KEY, BUT_RIGHT))

{

GPIO_SetBits(GPIO_LED, GPIO_LD1);   //检测到按键按下

if(sent == TRUE)

continue;

sent = TRUE;

data ++;

if(data > 'z')

data = '0';

CAN_TxData(data);

}

else                             //按键放开

{

GPIO_ResetBits(GPIO_LED, GPIO_LD1);

sent = FALSE;

}

}

}

前面的RCC、NVIC、GPIO、USART配置和之前的实验大同小异，关键是分析CAN_Configuration()

函数如下：

void CAN_Configuration(void)   //CAN配置函数

{

CAN_InitTypeDef        CAN_InitStructure;

CAN_FilterInitTypeDef  CAN_FilterInitStructure;

CAN_DeInit();

// CAN_StructInit(&CAN_InitStructure);

CAN_InitStructure.CAN_TTCM=DISABLE;//禁止时间触发通信模式

CAN_InitStructure.CAN_ABOM=DISABLE;//软件对CAN_MCR寄存器的INRQ位进行置1随后清0后，一旦硬件检测

//到128次11位连续的隐性位，就退出离线状态。

CAN_InitStructure.CAN_AWUM=DISABLE;//睡眠模式通过清除CAN_MCR寄存器的SLEEP位，由软件唤醒

CAN_InitStructure.CAN_NART=ENABLE;//DISABLE;CAN报文只被发送1次，不管发送的结果如何（成功、出错或仲裁丢失）

CAN_InitStructure.CAN_RFLM=DISABLE;//在接收溢出时FIFO未被锁定，当接收FIFO的报文未被读出，下一个收到的报文会覆盖原有的报文

CAN_InitStructure.CAN_TXFP=DISABLE;//发送FIFO优先级由报文的标识符来决定

// CAN_InitStructure.CAN_Mode=CAN_Mode_LoopBack;

CAN_InitStructure.CAN_Mode=CAN_Mode_Normal;//CAN硬件工作在正常模式

CAN_InitStructure.CAN_SJW=CAN_SJW_1tq;//重新同步跳跃宽度1个时间单位

CAN_InitStructure.CAN_BS1=CAN_BS1_8tq;//时间段1为8个时间单位

CAN_InitStructure.CAN_BS2=CAN_BS2_7tq;//时间段2为7个时间单位

CAN_InitStructure.CAN_Prescaler = 9;  //(pclk1/((1+8+7)*9)) = 36Mhz/16/9 = 250Kbits设定了一个时间单位的长度9

CAN_Init(&CAN_InitStructure);

CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterNumber=0;//指定了待初始化的过滤器0

CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMode=CAN_FilterMode_IdMask;//指定了过滤器将被初始化到的模式标识符屏蔽位模式

CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterScale=CAN_FilterScale_32bit;//给出了过滤器位宽1个32位过滤器

CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdHigh=0x0000;//用来设定过滤器标识符（32位位宽时为其高段位，16位位宽时为第一个）

CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdLow=0x0000;//用来设定过滤器标识符（32位位宽时为其低段位，16位位宽时为第二个

CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdHigh=0x0000;//用来设定过滤器屏蔽标识符或者过滤器标识符（32位位宽时为其高段位，16位位宽时为第一个)

CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdLow=0x0000;//用来设定过滤器屏蔽标识符或者过滤器标识符（32位位宽时为其低段位，16位位宽时为第二个

CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterFIFOAssignment=CAN_FIFO0;//设定了指向过滤器的FIFO0

CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterActivation=ENABLE;//使能过滤器

CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStructure);

CAN_ITConfig(CAN_IT_FMP0, ENABLE);//使能指定的CAN中断

}

再看看发送程序：

TestStatus CAN_TxData(char data)

{

CanTxMsg TxMessage;

u32 i = 0;

u8 TransmitMailbox = 0;

TxMessage.StdId=0x00;// 设定标准标识符

TxMessage.ExtId=0x1234;// 设定扩展标识符

TxMessage.IDE=CAN_ID_EXT;// 设定消息标识符的类型

TxMessage.RTR=CAN_RTR_DATA;// 设定待传输消息的帧类型

TxMessage.DLC= 1; //设定待传输消息的帧长度

TxMessage.Data[0] = data;// 包含了待传输数据

TransmitMailbox = CAN_Transmit(&TxMessage);//开始一个消息的传输

i = 0;

while((CAN_TransmitStatus(TransmitMailbox)!= STM32 CAN总线