2019年09月07日 | ​​​​​​​简述STM32 CAN总线的设置

简述CAN总线

最近公司开发CAN总线项目，以前也学习了，没有实际的用于项目制作，现在具体的总结一下，也是借鉴了很多大神的资料，站在巨人的肩膀之上写下来这篇文章

CAN 是 Controller Area Network 的缩写（以下称为 CAN），是 ISO 国际标准化的串行通信

协议。在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种

各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求

不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、

“通过多个 LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面

向汽车的 CAN 通信协议。此后，CAN 通过 ISO11898 及 ISO11519 进行了标准化，现在在欧

洲已是汽车网络的标准协议。

现在，CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设

备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的

计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有

力的技术支持。

CAN 控制器根据两根线上的电位差来判断总线电平。总线电平分为显性电平和隐性电平，

二者必居其一。发送方通过使总线电平发生变化，将消息发送给接收方。

CAN 协议具有一下特点：

1） 多主控制。在总线空闲时，所有单元都可以发送消息（多主控制），而两个以上的单元

同时开始发送消息时，根据标识符（Identifier 以下称为 ID）决定优先级。ID 并不是

表示发送的目的地址，而是表示访问总线的消息的优先级。两个以上的单元同时开始

发送消息时，对各消息 ID 的每个位进行逐个仲裁比较。仲裁获胜（被判定为优先级

最高）的单元可继续发送消息，仲裁失利的单元则立刻停止发送而进行接收工作。

2） 系统的柔软性。与总线相连的单元没有类似于“地址”的信息。因此在总线上增加单

元时，连接在总线上的其它单元的软硬件及应用层都不需要改变。

3） 通信速度较快，通信距离远。最高 1Mbps（距离小于 40M），最远可达 10KM（速率低

于 5Kbps）。

4） 具有错误检测、错误通知和错误恢复功能。所有单元都可以检测错误（错误检测功能），

检测出错误的单元会立即同时通知其他所有单元（错误通知功能），正在发送消息的单

元一旦检测出错误，会强制结束当前的发送。强制结束发送的单元会不断反复地重新

发送此消息直到成功发送为止（错误恢复功能）。

5） 故障封闭功能。CAN 可以判断出错误的类型是总线上暂时的数据错误（如外部噪声等）

还是持续的数据错误（如单元内部故障、驱动器故障、断线等）。由此功能，当总线上

发生持续数据错误时，可将引起此故障的单元从总线上隔离出去。

6） 连接节点多。CAN 总线是可同时连接多个单元的总线。可连接的单元总数理论上是没

有限制的。但实际上可连接的单元数受总线上的时间延迟及电气负载的限制。降低通

信速度，可连接的单元数增加；提高通信速度，则可连接的单元数减少。

正是因为 CAN 协议的这些特点，使得 CAN 特别适合工业过程监控设备的互连，因此，越

来越受到工业界的重视，并已公认为最有前途的现场总线之一。

CAN 协议经过 ISO 标准化后有两个标准：ISO11898标准和 ISO11519-2 标准。其中 ISO11898

是针对通信速率为 125Kbps~1Mbps 的高速通信标准，而 ISO11519-2 是针对通信速率为 125Kbps

以下的低速通信标准。

本章，我们使用的是 450Kbps 的通信速率，使用的是 ISO11898 标准，该标准的物理层特

征如图 30.1.1 所示：

们所要设置的寄存器CAN1->sFilterRegister[ x ].FR1便是如上图所说的标识符屏蔽模式中的 ID，

而CAN1->sFilterRegister[ x ].FR2， 就是屏蔽寄存器； 在标识符列表模式中，两者都是ID。

我们按上面的格式去设置寄存器：

标准ID / 拓展ID + IDE + RTR + x 。

已知 IDE = 0 代表标准ID，  IDE =1 代表拓展ID；  RTR = 0代表数据帧，RTR = 1代表远程帧； 

那么，我们给个例子：

　　标识符列表　ID = 0x09  拓展帧 ：

 CAN1->sFilterRegister[0].FR1=0x09<<3|0x04;     //id=0x01,拓展帧数据

 CAN1->sFilterRegister[0].FR2=0x09<<3|0x04;      //标识符列表，相同

过滤寄存器如此设置就能过滤拓展帧的id为0x09的数据了

         标识符屏蔽  ID = 0x11  标准帧 ：

CAN1->sFilterRegister[1].FR1=0x11<<21|0x04;  //标准id， 0x04为屏蔽模式，

CAN1->sFilterRegister[1].FR2=0xffc00004；    //id全部屏蔽，IDE屏蔽，RTR屏蔽    

过滤器如此设置就能过滤标准帧id为0x11的数据。

为了使工程更加有条理，我们把CAN控制器相关的代码独立分开存储，方便以后移植。在"串口实验"之上新建"bsp_can.c"及"bsp_can.h"文件，这些文件也可根据您的喜好命名，它们不属于STM32标准库的内容，是由我们自己根据应用需要编写的。

1.    编程要点

(1)    初始化CAN通讯使用的目标引脚及端口时钟；

(2)    使能CAN外设的时钟；

(3)    配置CAN外设的工作模式、位时序以及波特率；

(4)    配置筛选器的工作方式；

(5)    编写测试程序，收发报文并校验。

2.    代码分析

CAN硬件相关宏定义

我们把CAN硬件相关的配置都以宏的形式定义到"bsp_can.h"文件中，见代码清单 242。

代码清单 404 CAN硬件配置相关的宏(bsp_can.h文件)

1

2 /*CAN硬件相关的定义*/

3 #define CANx CAN1

4 #define CAN_CLK RCC_APB1Periph_CAN1

5 /*接收中断号*/

6 #define CAN_RX_IRQ CAN1_RX0_IRQn

7 /*接收中断服务函数*/

8 #define CAN_RX_IRQHandler CAN1_RX0_IRQHandler

9

10 /*引脚*/

11 #define CAN_RX_PIN GPIO_Pin_8

12 #define CAN_TX_PIN GPIO_Pin_9

13 #define CAN_TX_GPIO_PORT GPIOB

14 #define CAN_RX_GPIO_PORT GPIOB

15 #define CAN_TX_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOB

16 #define CAN_RX_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOB

17 #define CAN_AF_PORT GPIO_AF_CAN1

18 #define CAN_RX_SOURCE GPIO_PinSource8

19 #define CAN_TX_SOURCE GPIO_PinSource9

以上代码根据硬件连接，把与CAN通讯使用的CAN号、引脚号、引脚源以及复用功能映射都以宏封装起来，并且定义了接收中断的中断向量和中断服务函数，我们通过中断来获知接收FIFO的信息。

初始化CAN的 GPIO

利用上面的宏，编写CAN的初始化函数，见代码清单 243。

代码清单 405 CAN的GPIO初始化函数(bsp_can.c文件)

  1 /*

2 * 函数名：CAN_GPIO_Config

3 * 描述：CAN的GPIO 配置

4 * 输入：无

5 * 输出 : 无

6 * 调用：内部调用

7 */

8 static void CAN_GPIO_Config(void)

9 {

10 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

11

12 /* 使能GPIO时钟*/

13 RCC_AHB1PeriphClockCmd(CAN_TX_GPIO_CLK|CAN_RX_GPIO_CLK, ENABLE);

14

15 /* 引脚源*/

16 GPIO_PinAFConfig(CAN_TX_GPIO_PORT, CAN_RX_SOURCE, CAN_AF_PORT);

17 GPIO_PinAFConfig(CAN_RX_GPIO_PORT, CAN_TX_SOURCE, CAN_AF_PORT);

18

19 /* 配置 CAN TX 引脚 */

20 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = CAN_TX_PIN;

21 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;

22 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

23 GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;

24 GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;

25 GPIO_Init(CAN_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

26

27 /* 配置 CAN RX 引脚 */

28 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = CAN_RX_PIN ;

29 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;

30 GPIO_Init(CAN_RX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

31 }

与所有使用到GPIO的外设一样，都要先把使用到的GPIO引脚模式初始化，配置好复用功能。CAN的两个引脚都配置成通用推挽输出模式即可。

配置CAN的工作模式

接下来我们配置CAN的工作模式，由于我们是自己用的两个板子之间进行通讯，波特率之类的配置只要两个板子一致即可。如果您要使实验板与某个CAN总线网络的通讯的节点通讯，那么实验板的CAN配置必须要与该总线一致。我们实验中使用的配置见代码清单 244。

代码清单 406 配置CAN的工作模式(bsp_can.c文件)

1 /*

2 * 函数名：CAN_Mode_Config

3 * 描述：CAN的模式配置

4 * 输入：无

5 * 输出 : 无

6 * 调用：内部调用

7 */

8 static void CAN_Mode_Config(void)

9 {

10 CAN_InitTypeDef CAN_InitStructure;

11 /************************CAN通信参数设置************************/

12 /* Enable CAN clock */

13 RCC_APB1PeriphClockCmd(CAN_CLK, ENABLE);

14

15 /*CAN寄存器初始化*/

16 CAN_DeInit(CAN1);

17 CAN_StructInit(&CAN_InitStructure);

18

19 /*CAN单元初始化*/

20 CAN_InitStructure.CAN_TTCM=DISABLE; //MCR-TTCM 关闭时间触发通信模式使能

21 CAN_InitStructure.CAN_ABOM=ENABLE; //MCR-ABOM 使能自动离线管理

22 CAN_InitStructure.CAN_AWUM=ENABLE; //MCR-AWUM 使用自动唤醒模式

23 CAN_InitStructure.CAN_NART=DISABLE; //MCR-NART 禁止报文自动重传

24 CAN_InitStructure.CAN_RFLM=DISABLE; //MCR-RFLM 接收FIFO 不锁定

25                         // 溢出时新报文会覆盖原有报文

26 CAN_InitStructure.CAN_TXFP=DISABLE; //MCR-TXFP 发送FIFO优先级取决于报文标示符

27 CAN_InitStructure.CAN_Mode = CAN_Mode_Normal; //正常工作模式

28 CAN_InitStructure.CAN_SJW=CAN_SJW_2tq; //BTR-SJW 重新同步跳跃宽度 2个时间单元

29

30 /* ss=1 bs1=5 bs2=3 位时间宽度为(1+5+3) 波特率即为时钟周期tq*(1+3+5) */

31 CAN_InitStructure.CAN_BS1=CAN_BS1_5tq; //BTR-TS1 时间段1 占用了5个时间单元

32 CAN_InitStructure.CAN_BS2=CAN_BS2_3tq; //BTR-TS1 时间段2 占用了3个时间单元

33

34 /* CAN Baudrate = 1 MBps (1MBps已为stm32的CAN最高速率) (CAN 时钟频率为 APB 1 = 45 MHz) */

35 ////BTR-BRP 波特率分频器定义了时间单元的时间长度 45/(1+5+3)/5=1 Mbps

36 CAN_InitStructure.CAN_Prescaler =5;

37 CAN_Init(CANx, &CAN_InitStructure);

38 }

这段代码主要是把CAN的模式设置成了正常工作模式，如果您阅读的是"CAN—回环测试"的工程，这里是被配置成回环模式的，除此之外，两个工程就没有其它差别了。

代码中还把位时序中的BS1和BS2段分别设置成了5Tq和3Tq，再加上SYNC_SEG段，一个CAN数据位就是9Tq了，加上CAN外设的分频配置为5分频，CAN所使用的总线时钟fAPB1 = 45MHz，于是我们可计算出它的波特率：

1Tq = 1/(45M/5)=1/9 us

T1bit=(5+3+1) x Tq =1us

波特率=1/T1bit =1Mbps

配置筛选器

以上是配置CAN的工作模式，为了方便管理接收报文，我们还要把筛选器用起来，见代码清单 245。

代码清单 407 配置CAN的筛选器(bsp_can.c文件)

1

2 /*IDE位的标志*/

3 #define CAN_ID_STD ((uint32_t)0x00000000) /*标准ID */

4 #define CAN_ID_EXT ((uint32_t)0x00000004) /*扩展ID */

5

6 /*RTR位的标志*/

7 #define CAN_RTR_Data ((uint32_t)0x00000000) /*数据帧 */

8 #define CAN_RTR_Remote ((uint32_t)0x00000002) /*远程帧*/

9

10 /************************************************************************/

11 /*

12 * 函数名：CAN_Filter_Config

13 * 描述：CAN的筛选器配置

14 * 输入：无

15 * 输出 : 无

16 * 调用：内部调用

17 */

18 static void CAN_Filter_Config(void)

19 {

20 CAN_FilterInitTypeDef CAN_FilterInitStructure;

21

22 /*CAN筛选器初始化*/

23 CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterNumber=0; //筛选器组0

24 //工作在掩码模式

25 CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMode=CAN_FilterMode_IdMask;

26 //筛选器位宽为单个32位。

27 CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterScale=CAN_FilterScale_32bit;

28

29 /* 使能筛选器，按照标志符的内容进行比对筛选，

30 扩展ID不是如下的就抛弃掉，是的话，会存入FIFO0。 */

31//要筛选的ID高位，第0位保留，第1位为RTR标志，第2位为IDE标志，从第3位开始是EXID

32CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdHigh= ((((u32)0x1314<<3)|CAN_ID_EXT|CAN_RTR_DATA)&0xFFFF0000)>>16;

33 //要筛选的ID低位

34 CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdLow= (((u32)0x1314<<3)|CAN_ID_EXT|CAN_RTR_DATA)&0xFFFF;

35 //筛选器高16位每位必须匹配

36 CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdHigh= 0xFFFF;

37 //筛选器低16位每位必须匹配

38 CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdLow= 0xFFFF;

39 //筛选器被关联到FIFO0

40 CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterFIFOAssignment=CAN_Filter_FIFO0 ;

41 //使能筛选器

42 CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterActivation=ENABLE;

43

44 CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStructure);

45 /*CAN通信中断使能*/

46 CAN_ITConfig(CANx, CAN_IT_FMP0, ENABLE);

47 }

这段代码把筛选器第0组配置成了32位的掩码模式，并且把它的输出连接到接收FIFO0，若通过了筛选器的匹配，报文会被存储到接收FIFO0。

筛选器配置的重点是配置ID和掩码，根据我们的配置，这个筛选器工作在图 4017中的模式。

图 4017 一个32位的掩码模式筛选器

在该配置中，结构体成员CAN_FilterIdHigh和CAN_FilterIdLow存储的是要筛选的ID，而CAN_FilterMaskIdHigh和CAN_FilterMaskIdLow存储的是相应的掩码。在赋值时，要注意寄存器位的映射，在32位的ID中，第0位是保留位，第1位是RTR标志，第2位是IDE标志，从第3位起才是报文的ID(扩展ID)。

因此在上述代码中我们先把扩展ID"0x1314"、IDE位标志"宏CAN_ID_EXT"以及RTR位标志"宏CAN_RTR_DATA"根据寄存器位映射组成一个32位的数据，然后再把它的高16位和低16位分别赋值给结构体成员CAN_FilterIdHigh和CAN_FilterIdLow。

而在掩码部分，为简单起见我们直接对所有位赋值为1，表示上述所有标志都完全一样的报文才能经过筛选，所以我们这个配置相当于单个ID列表的模式，只筛选了一个ID号，而不是筛选一组ID号。这里只是为了演示方便，实际使用中一般会对不要求相等的数据位赋值为0，从而过滤一组ID，如果有需要，还可以继续配置多个筛选器组，最多可以配置28个，代码中只是配置了筛选器组0。

对结构体赋值完毕后调用库函数CAN_FilterInit把个筛选器组的参数写入到寄存器中。

配置接收中断

在配置筛选器代码的最后部分我们还调用库函数CAN_ITConfig使能了CAN的中断，该函数使用的输入参数宏CAN_IT_FMP0表示当FIFO0接收到数据时会引起中断，该接收中断的优先级配置如下，见代码清单 246。

代码清单 408 配置CAN接收中断的优先级(bsp_can.c文件)

1 /*接收中断号*/

2 #define CAN_RX_IRQ CAN1_RX0_IRQn

3 /*

4 * 函数名：CAN_NVIC_Config

5 * 描述：CAN的NVIC 配置,第1优先级组，0，0优先级

6 * 输入：无

7 * 输出 : 无

8 * 调用：内部调用

9 */

10 static void CAN_NVIC_Config(void)

11 {

12 NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

13 /* Configure one bit for preemption priority */

14 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);

15 /*中断设置*/

16 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = CAN_RX_IRQ; //CAN RX中断

17 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;