基于STM32的CAN總線通信學(xué)習(xí)筆記

本文主要簡(jiǎn)單介紹CAN總線的相關(guān)概念，以及通信協(xié)議等知識(shí)，和使用STM32自帶的bxCAN外設(shè)進(jìn)行CAN總線編程實(shí)驗(yàn)，以及編程心得。

概念：CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network, CAN)的簡(jiǎn)稱，是由以研發(fā)和生產(chǎn)汽車(chē)電子產(chǎn)品著稱的德國(guó)BOSCH公司開(kāi)發(fā)的，并最終成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO 11898），是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。

—-源于百科
http://baike.baidu.com/link?url=yFY-S4Nsmiiacm3VTFN7P_q59sdPua0fJ8f9lKzyOeJz_1_smgqLJKoPXHtlYqZ0u9Zl2N5-bykZUs5N3EXAcNJvnQGyErZOYU9tOplfSC7

因此，其在分布式控制中有很大用途，尤其在局域網(wǎng)絡(luò)。

特點(diǎn)

多主控制

柔軟性

速度快，距離遠(yuǎn)（最快1Mbps 可達(dá)10KM，當(dāng)1Mbps時(shí)小于40m，速度越高，距離越遠(yuǎn)）

檢測(cè)錯(cuò)誤

故障封閉

連接節(jié)點(diǎn)多，可分布式控制

總線電平

采用差分信號(hào)通信，由CAN_H和CAN_L組成，電平分顯性電平和隱形電平。

1顯性電平：CAN_H-CAN_L=2V左右，對(duì)應(yīng)邏輯0。

2隱性電平：CAN_H-CAN_L=0V左右（看不見(jiàn)差別，故認(rèn)為隱性），對(duì)應(yīng)邏輯1。

通信協(xié)議

1. 常用的幀類(lèi)型：數(shù)據(jù)幀，遙控幀，過(guò)載幀，間隔幀。（數(shù)據(jù)幀和遙控幀常用，重點(diǎn)介紹數(shù)據(jù)幀的通信協(xié)議）

2. 數(shù)據(jù)幀：

數(shù)據(jù)幀協(xié)議格式需了解清楚下面這張圖：

數(shù)據(jù)幀主要分兩種格式：標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式。區(qū)別在于，擴(kuò)展格式比標(biāo)準(zhǔn)格式多18位的ID（ID見(jiàn)下講解），但實(shí)現(xiàn)的效果一樣。

每個(gè)段的解釋見(jiàn)下：（加粗的段為重點(diǎn)了解的段）

1）幀起始段：產(chǎn)生一個(gè)位的顯性電平，表示該幀開(kāi)始。

2）仲裁段（ID段）：ID的設(shè)置是為了區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)幀的優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)越高的數(shù)據(jù)幀，會(huì)被優(yōu)先接收處理。判斷優(yōu)先級(jí)的高低通過(guò)識(shí)別：從ID的最高位（MSB）開(kāi)始判斷，若連續(xù)出現(xiàn)顯性電平（邏輯0）個(gè)數(shù)最多的，優(yōu)先級(jí)越高。

3）控制段：表數(shù)據(jù)幀里數(shù)據(jù)段的字節(jié)數(shù)

4）數(shù)據(jù)段：用戶需要發(fā)送的數(shù)據(jù)內(nèi)容，可一次性發(fā)送0–8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。（每個(gè)數(shù)據(jù)占用一個(gè)字節(jié)）

5）CRC段：檢查幀傳輸錯(cuò)誤。（檢查范圍：起始端，仲裁段，控制段，數(shù)據(jù)段）

6）ACK段：確認(rèn)并響應(yīng)是否正常接收

7）幀結(jié)束：由7個(gè)隱形位（邏輯1）組成,因此ID仲裁斷禁止出現(xiàn)1111111****形式的格式。

3. 遙控幀：請(qǐng)求指定ID發(fā)送數(shù)據(jù)，跟數(shù)據(jù)幀格式相比少一個(gè)數(shù)據(jù)段。

位時(shí)序（波特率的設(shè)置）

波特率大和位時(shí)間有關(guān)，為位時(shí)間的倒數(shù)關(guān)系。

一個(gè)位分為4段：同步段，傳播時(shí)間段，相位緩沖段1，相位緩沖段2。每個(gè)段都是Tq的整數(shù)倍，通過(guò)設(shè)定每個(gè)段的Tq數(shù)可計(jì)算出：波特率=1/(n*Tq）。（可以不用詳細(xì)了解每個(gè)段，但需知道與波特率的關(guān)系）

STM32提供很好bxCAN外設(shè)，專門(mén)用于CAN總線編程。提供的很多的封裝函數(shù)，提供了極大的便利，編程上大大減少時(shí)間，并易于理解。一般的103系列都有帶有一個(gè)bxCAN外設(shè)，互聯(lián)型的有2個(gè)bxCAN外設(shè)。

特點(diǎn)

由CAN_TX和CAN_RX兩條收發(fā)線組成，外電路可通過(guò)芯片JT1050的CAN收發(fā)芯片，轉(zhuǎn)換成CAN_H和CAN_L。

bxCAN模式選擇（加粗部分為最常見(jiàn)的）

工作模式：初始化模式，正常模式，睡眠模式

測(cè)試模式：靜默模式，環(huán)回模式，環(huán)回靜默模式。

靜默模式：只接不發(fā)。

環(huán)回模式：不接收，但發(fā)的同時(shí)，不僅發(fā)給外設(shè)備還自發(fā)自接。

環(huán)回靜默模式：不接收，只能自發(fā)自接。

調(diào)試模式。

bxCAN的ID篩選器（關(guān)鍵）

使用篩選器，可以篩選出想要接收的指定ID數(shù)據(jù)，屏蔽不想要的數(shù)據(jù)，通過(guò)設(shè)置還篩選器，接收到的信息ID符合篩選器要求，那么消息將會(huì)被接收。一般STM32有14個(gè)篩選器，互聯(lián)型有28個(gè)篩選器。

篩選器的兩種工作模式：

1.屏蔽模式：即掩碼模式，通過(guò)設(shè)置寄存器：CAN_FxR1和CAN_FxR2（x指使用x號(hào)篩選器）。CAN_FxR1配置為期望收到的ID，CAN_FxR2為可選擇屏蔽不檢查不關(guān)心的ID位，即設(shè)置掩碼ID(0表不關(guān)心此位，1表關(guān)心此位)。

eg，舉例(使用篩選器0)：若CAN_F0R1=0xFFFF0000，CAN_F0R2=0xFF00FF00,表示最好期望能收到ID為0xFFFF0000的數(shù)據(jù)，但是設(shè)置了CAN_F0R2=0xFF00FF00，因此只關(guān)心[31：24][15：8]位的ID ,其他位不關(guān)心，因此只要傳進(jìn)來(lái)的ID為0xFFxx00xx，都可以接收。

2.列表模式：

列表模式?jīng)]有設(shè)置掩碼ID功能，因此CAN_F0R2充當(dāng)CAN_F0R1使用，只要接受的ID符合CAN_F0R1或者CAN_F0R2都可以。

bxCAN的發(fā)送和接收

1. 發(fā)送：bxCAN有3個(gè)發(fā)送郵箱，進(jìn)行消息的發(fā)送。

2. 接收：bxCAN有兩個(gè)FIFO，每個(gè)FIFO有3個(gè)郵箱，通過(guò)設(shè)置哪個(gè)FIFO進(jìn)行消息接收，當(dāng)有消息時(shí)會(huì)分別依次存進(jìn)每個(gè)郵箱，若郵箱的消息沒(méi)有及時(shí)讀出，會(huì)出現(xiàn)溢出。

bxCAN的位時(shí)序（波特率設(shè)置）

上面的CAN概念簡(jiǎn)單的介紹了波特率的設(shè)置，bxCAN將傳播時(shí)間段和相位緩沖時(shí)間段合并成一個(gè)段，因此只有3個(gè)段的位時(shí)間：tsjw，tb1，tb2。

另外波特率還跟bxCAN外設(shè)的時(shí)鐘總線頻率(fAPB1)以及分頻系數(shù)（brp）有關(guān)。波特率公式：Fpclk1/((tsjw+tbs1+tbs2)*brp)

eg，舉例:一般地，bxCAN外設(shè)的時(shí)鐘總線頻率fAPB1=36Mhz（F4系列為42M）。設(shè)置tsjw=1，tb1=7，tb2=8，brp=5。
則：波特率=Fpclk1/((tsjw+tbs1+tbs2)*brp) = 36M/(1+7+8)*5 = 450Kbps

bxCAN初始化流程

引腳配置以及使能時(shí)鐘（APB1），其中CAN_RX引腳為上拉輸入，CAN_TX為復(fù)用輸出。

設(shè)置bxCAN模式（見(jiàn)上有講解）。

設(shè)置波特率（tsjw，tb1，tb2，brp）

設(shè)置濾波器。

bxCAN設(shè)置濾波器流程

選擇篩選器組號(hào)。

使用哪個(gè)FIFO(FIFO0或FIFO1)關(guān)聯(lián)到篩選器號(hào)（即用哪個(gè)FIFO進(jìn)行接收消息

設(shè)置篩選器模式以及需要篩選的ID

bxCAN發(fā)送流程

選用哪種幀類(lèi)型（一般可選：標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀，擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀，遙控幀）

設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)幀（StdId），擴(kuò)展幀（ExtId）的ID，以及需要一次性發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（字節(jié)數(shù)）

將要發(fā)送的數(shù)據(jù)賦值給結(jié)構(gòu)體成員（最多只能賦值8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)1字節(jié)），并發(fā)送。

bxCAN接收流程

等待有消息到達(dá)。

將接收的消息（消息為結(jié)構(gòu)體類(lèi)型）存于指定FIFO（有2個(gè)FIFO，每個(gè)FIFO下有3個(gè)郵箱）。

把消息的數(shù)據(jù)提出。

將FIFO里的消息釋放，避免堆積。

程序例程

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：采用環(huán)回模式，過(guò)濾器采用掩碼模式，進(jìn)行擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀的bxCAN自發(fā)自接，并將接收的數(shù)據(jù)發(fā)送的電腦上位機(jī)顯示。（程序只粘貼主要的內(nèi)容）

intmain(void){uint8_tData[8]="AJU8iK9a";//要發(fā)送的數(shù)據(jù)，一次不能超過(guò)8字節(jié)CanRxMsgRecieveMess;//注意！不能定義為指針形否則會(huì)卡死在CAN接收函數(shù)！charRecievedata1[8]={0};char*Recievedata=Recievedata1;ALL_init();//時(shí)鐘，GPIO，串口，延時(shí)初始化（不粘貼）//can1環(huán)回模式（即發(fā)送數(shù)據(jù)同時(shí)還能給自己發(fā)，用于測(cè)試）450Kbps波特率CANInit(CAN1,CAN_Mode_LoopBack,CAN_SJW_1tq,CAN_BS1_7tq,CAN_BS2_8tq,5);printf("下面是CAN自測(cè)試（環(huán)回模式）rn");while(1){if(CAN_TX_data(Data,sizeof(Data)/sizeof(uint8_t)))//注意長(zhǎng)度獲取不能在形參內(nèi)去獲取，否則出錯(cuò){printf("發(fā)送成功rn");if(CAN_RX_data(RecieveMess,(u8*)Recievedata)){printf("接收到數(shù)據(jù):%srn",Recievedata);}else{printf("接收不到rn");}}else{printf("發(fā)送失敗rn");}delay_ms(100);}}1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041

/*函數(shù)描述：can初始化配置（包括對(duì)時(shí)鐘和IO配置）參數(shù)：CANxCAN模式（環(huán)回模式和正常模式）波特率有關(guān)的參數(shù)(tsjw,tbs1,tbs2,brp)返回：初始化成功返回1，否則0流程：1：CAN初始化（環(huán)回模式和正常模式）2：過(guò)濾器初始化（掩碼模式和列表模式）CAN波特率計(jì)算方法：CAN1位于APB1線上，時(shí)鐘36M波特率=Fpclk1/((tsjw+tbs1+tbs2)*brp)=36M/(1+7+8)*5=450Kbps;*/charCANInit(CAN_TypeDef*CANx,u8CAN_Mode_xyz,u8tsjw,u8tbs1,u8tbs2,u8brp){charStateFlag=0;CAN_InitTypeDefCAN_InitStruct;CAN_FilterInitTypeDefCAN_FilterInitStruct;//時(shí)鐘和復(fù)用IO口配置if(CANx==CAN1){RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1,ENABLE);GPIOInit(GPIOA,GPIO_Pin_11,GPIO_Mode_IPU,1);//can_RXGPIO_Mode_IN_FLOATINGGPIOInit(GPIOA,GPIO_Pin_12,GPIO_Mode_AF_PP,2);//can_TX}if(CANx==CAN2){RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN2,ENABLE);GPIOInit(GPIOB,GPIO_Pin_12,GPIO_Mode_IN_FLOATING,1);//can_RXGPIOInit(GPIOB,GPIO_Pin_13,GPIO_Mode_AF_PP,1);//can_TX}CAN_DeInit(CANx);///////////////CAN參數(shù)初始化///////////////CAN_InitStruct.CAN_ABOM=DISABLE;CAN_InitStruct.CAN_AWUM=DISABLE;CAN_InitStruct.CAN_Mode=CAN_Mode_xyz;//can模式CAN_Mode_LoopBack;//CAN_Mode_NormalCAN_InitStruct.CAN_NART=DISABLE;CAN_InitStruct.CAN_RFLM=DISABLE;CAN_InitStruct.CAN_TTCM=DISABLE;CAN_InitStruct.CAN_TXFP=DISABLE;CAN_InitStruct.CAN_Prescaler=brp;//分頻CAN_InitStruct.CAN_SJW=tsjw;//CAN_SJW_1tq;//同步時(shí)間TqCAN_InitStruct.CAN_BS1=tbs1;//CAN_BS1_1tq;CAN_InitStruct.CAN_BS2=tbs2;//CAN_BS2_4tq;StateFlag=CAN_Init(CANx,&CAN_InitStruct);//初始化成功返回1///////////過(guò)濾器初始化（掩碼模式）////////////CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterActivation=ENABLE;//使能過(guò)濾器CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterNumber=0;//過(guò)濾器號(hào)，可選0--13（F103）CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterFIFOAssignment=CAN_FilterFIFO0;//使用FIFO0，過(guò)濾器0關(guān)聯(lián)到FIFO0（可選FIFO0和FIFO1）//能通過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)ID號(hào)CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterIdHigh=0xABCDEF98>>16;//0xABC<<4;//;//標(biāo)準(zhǔn)ID不能為：1111111xxxx類(lèi)型CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterIdLow=0xABCDEF98&0x0000FFF8;//0x00;//接收的ID號(hào)需要嚴(yán)格檢測(cè)的位，該位不符合標(biāo)準(zhǔn)ID號(hào)相應(yīng)的位，則不讓通過(guò)CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterMaskIdHigh=0xFFFF;//0x0000;//0表此位不關(guān)心CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterMaskIdLow=0xFFF8&0xFFF8;//擴(kuò)展幀下，掩碼模式只能關(guān)心前29位，后3位不能關(guān)心CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterMode=CAN_FilterMode_IdMask;//過(guò)濾器為掩碼模式//CAN_FilterMode_IdList為列表模式;CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterScale=CAN_FilterScale_32bit;//過(guò)濾器為32位CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStruct);returnStateFlag;}12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455565758596061626364656667686970717273747576777879808182

/*函數(shù)描述：can數(shù)據(jù)發(fā)送參數(shù)：發(fā)送的數(shù)據(jù)返回：發(fā)送成功返回1說(shuō)明：發(fā)送數(shù)據(jù)得配置發(fā)送數(shù)據(jù)的參數(shù)，將數(shù)據(jù)和相關(guān)參數(shù)寫(xiě)入結(jié)構(gòu)體再發(fā)送發(fā)送參數(shù)配置流程：1：選擇幀類(lèi)型（標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀，擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀，遙控幀）（標(biāo)準(zhǔn)幀ID11位擴(kuò)展幀ID29位遙控幀：只有ID無(wú)數(shù)據(jù)，請(qǐng)求指定ID發(fā)數(shù)據(jù)）2：寫(xiě)入ID3：寫(xiě)入數(shù)據(jù)（幀數(shù)據(jù)總長(zhǎng)度64位，可最多一次性寫(xiě)入8個(gè)數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)只占1字節(jié)）4：通過(guò)結(jié)構(gòu)體把數(shù)據(jù)及ID參數(shù)發(fā)出去，并自動(dòng)返回發(fā)出的郵箱號(hào)（發(fā)送郵箱一共有3個(gè)）5：等待發(fā)送成功*/charCAN_TX_data(u8*TXdata,u8DataLen){inti=0;u8mailbox;CanTxMsgTxMessage;uint8_tTXdata1[8]={0};//設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀（還有擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀遙控幀）TxMessage.RTR=CAN_RTR_Data;//數(shù)據(jù)幀TxMessage.IDE=CAN_Id_Extended;//CAN_Id_Standard//CAN_Id_Standard;//使用標(biāo)準(zhǔn)幀idTxMessage.StdId=0xABC>>1;//0x12;//標(biāo)準(zhǔn)幀IDTxMessage.ExtId=0xABCDEF98>>3;//0x12;//擴(kuò)展幀IDTxMessage.DLC=DataLen;//sizeof(TXdata)/sizeof(uint8_t);//需要一次性發(fā)送的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)（不超過(guò)8個(gè)）for(i=0;i
/*函數(shù)描述：can數(shù)據(jù)接收參數(shù)：接收的數(shù)據(jù)和參數(shù)的結(jié)構(gòu)體接收的數(shù)據(jù)部分返回：接收成功返回1說(shuō)明：接收數(shù)據(jù)存于結(jié)構(gòu)體中，應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)體進(jìn)行解析讀取。接收流程：1：等待有消息到達(dá)2:將接收的消息（消息為結(jié)構(gòu)體類(lèi)型）存于指定FIFO（有2個(gè)FIFO，每個(gè)FIFO下有3個(gè)郵箱）3:把消息的數(shù)據(jù)提出4：將FIFO里的消息釋放，避免堆積。注意：函數(shù)定義形參：CanRxMsgRecieveData;應(yīng)該為非指針形。否則會(huì)出現(xiàn)多一個(gè)字符的亂碼現(xiàn)象。*/charCAN_RX_data(CanRxMsgRecieveData,uint8_t*RXdata){//CanRxMsgRecieveData1;inti=0xfff;if(!CAN_MessagePending(CAN1,CAN_FIFO0))//注意：CAN_FIFO0，不是CAN_FilterFIFO0{return0;//沒(méi)有數(shù)據(jù)接收，返回0}CAN_Receive(CAN1,CAN_FIFO0,&RecieveData);//接收FIOFO_0下的郵箱（CAN1有兩個(gè)FIFO，每個(gè)FIFO有3級(jí)郵箱）//把這次接收所有數(shù)據(jù)都提取并存起來(lái)for(i=0;i