CAN

发布于 2023-08-11  746 次阅读


内容纲要

CAN协议

CAN 协议简介

​ CAN 是控制器局域网络 (Controller Area Network) 的简称,它是由研发和生产汽车电子产品著称的德国 BOSCH 公司开发的,并最终成为国际标准(ISO11519),是国际上应用最广泛的现场总 线之一。CAN 总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线,并且拥有以 CAN 为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的 J1939 协议。近年来,它具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视,被广泛应用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强及振动大的工业环境。

CAN 物理层

与 I2C、SPI 等具有时钟信号的同步通讯方式不同,CAN 通讯并不是以时钟信号来进行同步的, 它是一种异步通讯,只具有 CAN_High 和 CAN_Low 两条信号线,共同构成一组差分信号线,以差分信号的形式进行通讯。

闭环总线网络

​ CAN 物理层的形式主要有两种,下图中的 CAN 通讯网络是一种遵循 ISO11898 标准的高速、短距离“闭环网络”,它的总线最大长度为 40m,通信速度最高为 1Mbps, 总线的两端各要求有一个“120 欧”的电阻。

开环总线网络

​ 下图中的是遵循 ISO11519-2 标准的低速、远距离“开环网络”,它的最大 传输距离为 1km,最高通讯速率为 125kbps,两根总线是独立的、不形成闭环,要求每根总线上各串联有一个“2.2 千欧”的电阻。

通讯节点

​ 从 CAN 通讯网络图可了解到,CAN 总线上可以挂载多个通讯节点,节点之间的信号经过总线传输,实现节点间通讯。由于 CAN 通讯协议不对节点进行地址编码,而是对数据内容进行编码的, 所以网络中的节点个数理论上不受限制,只要总线的负载足够即可,可以通过中继器增强负载。

​ CAN 通讯节点由一个 CAN 控制器及 CAN 收发器组成,控制器与收发器之间通过 CAN_Tx 及 CAN_Rx 信号线相连,收发器与 CAN 总线之间使用 CAN_High 及 CAN_Low 信号线相连。其中 CAN_Tx 及 CAN_Rx 使用普通的类似 TTL 逻辑信号,而 CAN_High 及 CAN_Low 是一对差分信 号线,使用比较特别的差分信号。

​ 当 CAN 节点需要发送数据时,控制器把要发送的二进制编码通过 CAN_Tx 线发送到收发器,然 后由收发器把这个普通的逻辑电平信号转化成差分信号,通过差分线 CAN_High 和 CAN_Low 线 输出到 CAN 总线网络。而通过收发器接收总线上的数据到控制器时,则是相反的过程,收发器 把总线上收到的 CAN_High 及 CAN_Low 信号转化成普通的逻辑电平信号,通过 CAN_Rx 输出到 控制器中。

​ 例如,STM32 的 CAN 片上外设就是通讯节点中的控制器,为了构成完整的节点,还要给它外接一个收发器,如将 TJA1050 的芯片作为 CAN 收发器。CAN 控制器与 CAN 收发器的关系如同 TTL 串口与 MAX3232 电平转换芯片的关系,MAX3232 芯片把 TTL 电平的串 口信号转换成 RS-232 电平的串口信号,CAN 收发器的作用则是把 CAN 控制器的 TTL 电平信号 转换成差分信号 (或者相反)

差分信号

​ 差分信号又称差模信号,与传统使用单根信号线电压表示逻辑的方式有区别,使用差分信号传输 时,需要两根信号线,这两个信号线的振幅相等,相位相反,通过两根信号线的电压差值来表示 逻辑 0 和逻辑 1。见图差分信号 ,它使用了 V+ 与 V-信号的差值表达出了图下方的信号。

相对于单信号线传输的方式,使用差分信号传输具有如下优点:

• 抗干扰能力强,当外界存在噪声干扰时,几乎会同时耦合到两条信号线上,而接收端只关 心两个信号的差值,所以外界的共模噪声可以被完全抵消。

• 能有效抑制它对外部的电磁干扰,同样的道理,由于两根信号的极性相反,他们对外辐射 的电磁场可以相互抵消,耦合的越紧密,泄放到外界的电磁能量越少。

• 时序定位精确,由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点,而不像普通单端信号依 靠高低两个阈值电压判断,因而受工艺,温度的影响小,能降低时序上的误差,同时也更 适合于低幅度信号的电路。

​ 由于差分信号线具有这些优点,所以在 USB 协议、485 协议、以太网协议及 CAN 协议的物理层 中,都使用了差分信号传输。

CAN协议中的差分信号

​ CAN 协议中对它使用的 CAN_High 及 CAN_Low 表示的差分信号做了规定,见下表表示的信号逻辑及下图。以高速 CAN 协议为例,当表示逻辑 1 时 (隐性电平), CAN_High 和 CAN_Low 线上的电压均为 2.5v,即它们的电压差 VH-VL=0V;而表示逻辑 0 时 (显 性电平),CAN_High 的电平为 3.5V,CAN_Low 线的电平为 1.5V,即它们的电压差为 VH-VL=2V。 例如,当 CAN 收发器从 CAN_Tx 线接收到来自 CAN 控制器的低电平信号时 (逻辑 0),它会使 CAN_High 输出 3.5V,同时 CAN_Low 输出 1.5V,从而输出显性电平表示逻辑 0。

​ 在 CAN 总线中,必须使它处于隐性电平 (逻辑 1) 或显性电平 (逻辑 0) 中的其中一个状态。假如 有两个 CAN 通讯节点,在同一时间,一个输出隐性电平,另一个输出显性电平,类似 I2C 总线 的“线与”特性将使它处于显性电平状态,显性电平的名字就是这样来的,即可以认为显性具有 优先的意味。

​ 由于 CAN 总线协议的物理层只有 1 对差分线,在一个时刻只能表示一个信号,所以对通讯节点 来说,CAN 通讯是半双工的,收发数据需要分时进行。在 CAN 的通讯网络中,因为共用总线, 在整个网络中同一时刻只能有一个通讯节点发送信号,其余的节点在该时刻都只能接收。

协议层

CAN 的波特率及位同步

由于 CAN 属于异步通讯,没有时钟信号线,连接在同一个总线网络中的各个节点会像串口异步 通讯那样,节点间使用约定好的波特率进行通讯,特别地,CAN 还会使用“位同步”的方式来抗 干扰、吸收误差,实现对总线电平信号进行正确的采样,确保通讯正常。

位时序分解

​ 为了实现位同步,CAN 协议把每一个数据位的时序分解成如图所示的 SS 段、 PTS 段、PBS1 段、PBS2 段,这四段的长度加起来即为一个 CAN 数据位的长度。分解后最小的 时间单位是 Tq,而一个完整的位由 8~25 个 Tq 组成。为方便表示,图中的高低电平直接代表信号逻辑 0 或逻辑 1(不是差分信号)。

​ 该图中表示的 CAN 通讯信号每一个数据位的长度为 19Tq,其中 SS 段占 1Tq,PTS 段占 6Tq,PBS1 段占 5Tq,PBS2 段占 7Tq。信号的采样点位于 PBS1 段与 PBS2 段之间,通过控制各段的长度,可 以对采样点的位置进行偏移,以便准确地采样。

各段的作用如介绍下:

• SS 段 (SYNC SEG) SS

​ 译为同步段,若通讯节点检测到总线上信号的跳变沿被包含在 SS 段的范围之内, 则表示节点与总线的时序是同步的,当节点与总线同步时,采样点采集到的总线电平 即可被确定为该位的电平。SS 段的大小固定为 1Tq。

• PTS 段 (PROP SEG)

​ PTS 译为传播时间段,这个时间段是用于补偿网络的物理延时时间。是总线上输入比 较器延时和输出驱动器延时总和的两倍。PTS 段的大小可以为 1~8Tq。

• PBS1 段 (PHASE SEG1)

​ PBS1 译为相位缓冲段,主要用来补偿边沿阶段的误差,它的时间长度在重新同步的 时候可以加长。PBS1 段的初始大小可以为 1~8Tq。

• PBS2 段 (PHASE SEG2)

​ PBS2 这是另一个相位缓冲段,也是用来补偿边沿阶段误差的,它的时间长度在重新同步时可以缩短。PBS2 段的初始大小可以为 2~8Tq。

通讯的波特率

​ 总线上的各个通讯节点只要约定好 1 个 Tq 的时间长度以及每一个数据位占据多少个 Tq,就可以 确定 CAN 通讯的波特率。

​ 例如,假设上图中的 1Tq=1us,而每个数据位由 19 个 Tq 组成,则传输一位数据需要时间 T1bit =19us,从而每秒可以传输的数据位个数为:

​ 1x106 /19 = 52631.6 (bps)

​ 这个每秒可传输的数据位的个数即为通讯中的波特率。

同步过程分析

CAN 的报文种类及结构

报文的种类

数据帧的结构

​ 数据帧以一个显性位 (逻辑 0) 开始,以 7 个连续的隐性位 (逻辑 1) 结束,在它们之间,分别有仲 裁段、控制段、数据段、CRC 段和 ACK 段。

帧起始

​ SOF 段 (Start Of Frame),译为帧起始,帧起始信号只有一个数据位,是一个显性电平,它用于通 知各个节点将有数据传输,其它节点通过帧起始信号的电平跳变沿来进行硬同步。

仲裁段

​ 仲裁段的内容主要为本数据帧的 ID 信息 (标识符),数据帧具有标准格式和扩展格式两种,区别 就在于 ID 信息的长度,标准格式的 ID 为 11 位,扩展格式的 ID 为 29 位,它在标准 ID 的基础上 多出 18 位。在 CAN 协议中,ID 起着重要的作用,它决定着数据帧发送的优先级,也决定着其它 节点是否会接收这个数据帧。CAN 协议不对挂载在它之上的节点分配优先级和地址,对总线的 占有权是由信息的重要性决定的,即对于重要的信息,我们会给它打包上一个优先级高的 ID,使 它能够及时地发送出去。也正因为它这样的优先级分配原则,使得 CAN 的扩展性大大加强,在 总线上增加或减少节点并不影响其它设备。

​ 报文的优先级,是通过对 ID 的仲裁来确定的。根据前面对物理层的分析我们知道如果总线上同 时出现显性电平和隐性电平,总线的状态会被置为显性电平,CAN 正是利用这个特性进行仲裁。

​ 若两个节点同时竞争 CAN 总线的占有权,当它们发送报文时,若首先出现隐性电平,则会失去对总线的占有权,进入接收状态。见图仲裁过程 ,在开始阶段,两个设备发送的电平一样,所以 它们一直继续发送数据。到了图中箭头所指的时序处,节点单元 1 发送的为隐性电平,而此时节 点单元 2 发送的为显性电平,由于总线的“线与”特性使它表达出显示电平,因此单元 2 竞争总 线成功,这个报文得以被继续发送出去。

​ 仲裁段 ID 的优先级也影响着接收设备对报文的反应。因为在 CAN 总线上数据是以广播的形式 发送的,所有连接在 CAN 总线的节点都会收到所有其它节点发出的有效数据,因而我们的 CAN 控制器大多具有根据 ID 过滤报文的功能,它可以控制自己只接收某些 ID 的报文。

到仲裁段除了报文 ID 外,还有 RTR、IDE 和 SRR 位

RTR

​ RTR 位 (Remote Transmission Request Bit),译作远程传输请求位,它是用于区分数据帧和遥控 帧的,当它为显性电平时表示数据帧,隐性电平时表示遥控帧。

IDE

​ IDE 位 (Identifier Extension Bit),译作标识符扩展位,它是用于区分标准格式与扩展格式,当它 为显性电平时表示标准格式,隐性电平时表示扩展格式。

SRR

​ SRR 位 (Substitute Remote Request Bit),只存在于扩展格式,它用于替代标准格式中的 RTR 位。 由于扩展帧中的 SRR 位为隐性位,RTR 在数据帧为显性位,所以在两个 ID 相同的标准格式报文 与扩展格式报文中,标准格式的优先级较高。

控制段

​ 在控制段中的 r1 和 r0 为保留位,默认设置为显性位。它最主要的是 DLC 段 (Data Length Code),译为数据长度码,它由 4 个数据位组成,用于表示本报文中的数据段含有多少个字节,DLC 段表 示的数字为 0~8。

数据段

​ 数据段为数据帧的核心内容,它是节点要发送的原始信息,由 0~8 个字节组成,MSB 先行。

CRC 段

​ 为了保证报文的正确传输,CAN 的报文包含了一段 15 位的 CRC 校验码,一旦接收节点算出的 CRC 码跟接收到的 CRC 码不同,则它会向发送节点反馈出错信息,利用错误帧请求它重新发送。 CRC 部分的计算一般由 CAN 控制器硬件完成,出错时的处理则由软件控制最大重发数。

​ 在 CRC 校验码之后,有一个 CRC 界定符,它为隐性位,主要作用是把 CRC 校验码与后面的 ACK 段间隔起来。

ACK 段

​ ACK 段包括一个 ACK 槽位,和 ACK 界定符位。类似 I2C 总线,在 ACK 槽位中,发送节点发送 的是隐性位,而接收节点则在这一位中发送显性位以示应答。在 ACK 槽和帧结束之间由 ACK 界 定符间隔开。

帧结束

​ EOF 段 (End Of Frame),译为帧结束,帧结束段由发送节点发送的 7 个隐性位表示结束

CAN 报文的结构图如下

CAN 外设

STM32CAN外设简介

​ STM32 的芯片中具有 bxCAN 控制器 (Basic Extended CAN),它支持 CAN 协议 2.0A 和 2.0B 标准。 该 CAN 控制器支持最高的通讯速率为 1Mb/s;可以自动地接收和发送 CAN 报文,支持使用标准 ID 和扩展 ID 的报文;外设中具有 3 个发送邮箱,发送报文的优先级可以使用软件控制,还可以 记录发送的时间;具有 2 个 3 级深度的接收 FIFO,可使用过滤功能只接收或不接收某些 ID 号的 报文;可配置成自动重发;不支持使用 DMA 进行数据收发。

STM32 的 CAN 架构剖析

CAN 控制内核

主控制寄存器 CAN_MC

主控制寄存器 CAN_MCR 负责管理 CAN 的工作模式,它使用以下寄存器位实现控制。

DBF 调试冻结功能

​ DBF(Debug freeze) 调试冻结,使用它可设置 CAN 处于工作状态或禁止收发的状态, 禁止收发时仍可访问接收 FIFO 中的数据。这两种状态是当 STM32 芯片处于程序调 试模式时才使用的,平时使用并不影响。

TTCM 时间触发模式

​ TTCM(Time triggered communication mode) 时间触发模式,它用于配置 CAN 的时间 触发通信模式,在此模式下,CAN 使用它内部定时器产生时间戳,并把它保存在 CAN_RDTxR、CAN_TDTxR 寄存器中。内部定时器在每个 CAN 位时间累加,在接 收和发送的帧起始位被采样,并生成时间戳。利用它可以实现 ISO 11898-4CAN 标准 的分时同步通信功能。

ABOM 自动离线管理

​ ABOM(Automatic bus-off management) 自动离线管理,它用于设置是否使用自动离线管理功能。当节点检测到它发送错误或接收错误超过一定值时,会自动进入离线状态,在离线状态中,CAN 不能接收或发送报文。处于离线状态的时候,可以软件控制 恢复或者直接使用这个自动离线管理功能,它会在适当的时候自动恢复。

AWUM 自动唤醒

​ AWUM(Automatic bus-off management),自动唤醒功能,CAN 外设可以使用软件进入 低功耗的睡眠模式,如果使能了这个自动唤醒功能,当 CAN 检测到总线活动的时候,会自动唤醒。

NART 自动重传

​ NART(No automatic retransmission) 报文自动重传功能,设置这个功能后,当报文发送 失败时会自动重传至成功为止。若不使用这个功能,无论发送结果如何,消息只发送一次。

RFLM 锁定模式

​ RFLM(Receive FIFO locked mode)FIFO 锁定模式,该功能用于锁定接收 FIFO。锁定后, 当接收 FIFO 溢出时,会丢弃下一个接收的报文。若不锁定,则下一个接收到的报文会覆盖原报文。

TXFP 报文发送优先级的判定方法

​ TXFP(Transmit FIFO priority) 报文发送优先级的判定方法,当 CAN 外设的发送邮箱中有多个待发送报文时,本功能可以控制它是根据报文的 ID 优先级还是报文存进邮箱 的顺序来发送。

位时序寄存器 (CAN_BTR) 及波特率

为方便调试,STM32 的 CAN 提供了测试模式,配置位时序寄存器 CAN_BTR 的 SILM 及 LBKM 寄存器位可以控制使用正常模式、静默模式、回环模式及静默回环模式

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正常模式

​ 正常模式下就是一个正常的 CAN 节点,可以向总线发送数据和接收数据。

静默模式

​ 静默模式下,它自己的输出端的逻辑 0 数据会直接传输到它自己的输入端,逻辑 1 可 以被发送到总线,所以它不能向总线发送显性位 (逻辑 0),只能发送隐性位 (逻辑 1)。 输入端可以从总线接收内容。由于它只可发送的隐性位不会强制影响总线的状态,所 以把它称为静默模式。这种模式一般用于监测,它可以用于分析总线上的流量,但又不会因为发送显性位而影响总线。

回环模式

​ 回环模式下,它自己的输出端的所有内容都直接传输到自己的输入端,输出端的内容 同时也会被传输到总线上,即也可使用总线监测它的发送内容。输入端只接收自己发 送端的内容,不接收来自总线上的内容。使用回环模式可以进行自检。

回环静默模式

​ 回环静默模式是以上两种模式的结合,自己的输出端的所有内容都直接传输到自己 的输入端,并且不会向总线发送显性位影响总线,不能通过总线监测它的发送内容。 输入端只接收自己发送端的内容,不接收来自总线上的内容。这种方式可以在“热自 检”时使用,即自我检查的时候,不会干扰总线。

位时序及波特率

​ STM32 的 CAN 外设位时序中只包含 3 段,分别是同步段 SYNC_SEG、位段 BS1 及位段 BS2,采 样点位于 BS1 及 BS2 段的交界处。其中 SYNC_SEG 段固定长度为 1Tq,而 BS1 及 BS2 段可以 在位时序寄存器 CAN_BTR 设置它们的时间长度,它们可以在重新同步期间增长或缩短,该长度 SJW 也可在位时序寄存器中配置。

​ 可以把它的 BS1 段理解为是由前面介绍的 CAN 标准协议 中 PTS 段与 PBS1 段合在一起的,而 BS2 段就相当于 PBS2 段。

配置波特率方法

简单了解即可

CAN 发送邮箱

CAN 接收 FIFO

​ CAN 外设一共有 2 个接收 FIFO,每个 FIFO 中有 3 个邮箱,即最多可以缓存 6 个接收到的报文。当接收到报 文时,FIFO 的报文计数器会自增,而 STM32 内部读取 FIFO 数据之后,报文计数器会自减,我 们通过状态寄存器可获知报文计数器的值,而通过前面主控制寄存器的 RFLM 位,可设置锁定 模式,锁定模式下 FIFO 溢出时会丢弃新报文,非锁定模式下 FIFO 溢出时新报文会覆盖旧报文。

​ 跟发送邮箱类似,每个接收 FIFO 中包含有标识符寄存器 CAN_RIxR、数据长度控制寄存器 CAN_RDTxR 及 2 个数据寄存器 CAN_RDLxR、CAN_RDHxR

验收筛选器

CAN2 外设与 CAN1 外设是一样的,他们共用筛选器且由于存储访问控制器由 CAN1 控制,所以要使用 CAN2 的时候必须要使能 CAN1 的时钟。其中 STM32F103 系列芯片不具有 CAN2 控制器。

CAN相关函数

/*  Function used to set the CAN configuration to the default reset state *****/ 
void CAN_DeInit(CAN_TypeDef* CANx); // 恢复缺省配置

/* Initialization and Configuration functions *********************************/ 
uint8_t CAN_Init(CAN_TypeDef* CANx, CAN_InitTypeDef* CAN_InitStruct); // CAN初始化
void CAN_FilterInit(CAN_FilterInitTypeDef* CAN_FilterInitStruct); // 初始化CAN筛选器结构体
void CAN_StructInit(CAN_InitTypeDef* CAN_InitStruct); // 初始化CAN结构体
void CAN_SlaveStartBank(uint8_t CAN_BankNumber); 
void CAN_DBGFreeze(CAN_TypeDef* CANx, FunctionalState NewState);
void CAN_TTComModeCmd(CAN_TypeDef* CANx, FunctionalState NewState);

/* Transmit functions *********************************************************/
uint8_t CAN_Transmit(CAN_TypeDef* CANx, CanTxMsg* TxMessage); // CAN发送(CAN,CAN发送结构体)
uint8_t CAN_TransmitStatus(CAN_TypeDef* CANx, uint8_t TransmitMailbox); // 返回标志
void CAN_CancelTransmit(CAN_TypeDef* CANx, uint8_t Mailbox);

/* Receive functions **********************************************************/
void CAN_Receive(CAN_TypeDef* CANx, uint8_t FIFONumber, CanRxMsg* RxMessage); // CAN接收(CAN,筛选器,CAN接收结构体)
void CAN_FIFORelease(CAN_TypeDef* CANx, uint8_t FIFONumber);
uint8_t CAN_MessagePending(CAN_TypeDef* CANx, uint8_t FIFONumber);

/* Operation modes functions **************************************************/
uint8_t CAN_OperatingModeRequest(CAN_TypeDef* CANx, uint8_t CAN_OperatingMode);
uint8_t CAN_Sleep(CAN_TypeDef* CANx);
uint8_t CAN_WakeUp(CAN_TypeDef* CANx);

/* Error management functions *************************************************/
uint8_t CAN_GetLastErrorCode(CAN_TypeDef* CANx);
uint8_t CAN_GetReceiveErrorCounter(CAN_TypeDef* CANx);
uint8_t CAN_GetLSBTransmitErrorCounter(CAN_TypeDef* CANx);

/* Interrupts and flags management functions **********************************/
void CAN_ITConfig(CAN_TypeDef* CANx, uint32_t CAN_IT, FunctionalState NewState); // 中断使能
FlagStatus CAN_GetFlagStatus(CAN_TypeDef* CANx, uint32_t CAN_FLAG); // 获取指定标识位
void CAN_ClearFlag(CAN_TypeDef* CANx, uint32_t CAN_FLAG); // 清理指定标志位
ITStatus CAN_GetITStatus(CAN_TypeDef* CANx, uint32_t CAN_IT); // 获取中断标识位
void CAN_ClearITPendingBit(CAN_TypeDef* CANx, uint32_t CAN_IT); // 清理中断标志位

CAN 初始化结构体

/**
* @brief CAN 初始化结构体
*/
typedef struct {
uint16_t CAN_Prescaler; /* 配置 CAN 外设的时钟分频,可设置为 1-1024*/
uint8_t CAN_Mode; /* 配置 CAN 的工作模式,回环或正常模式 */
uint8_t CAN_SJW; /* 配置 SJW 极限值 */
uint8_t CAN_BS1; /* 配置 BS1 段长度 */
uint8_t CAN_BS2; /* 配置 BS2 段长度 */
FunctionalState CAN_TTCM; /* 是否使能 TTCM 时间触发功能 */
FunctionalState CAN_ABOM; /* 是否使能 ABOM 自动离线管理功能 */
FunctionalState CAN_AWUM; /* 是否使能 AWUM 自动唤醒功能 */
FunctionalState CAN_NART; /* 是否使能 NART 自动重传功能 */
FunctionalState CAN_RFLM; /* 是否使能 RFLM 锁定 FIFO 功能 */
FunctionalState CAN_TXFP; /* 配置 TXFP 报文优先级的判定方法 */
} CAN_InitTypeDef;
CAN_Prescaler

​ 本成员设置 CAN 外设的时钟分频,它可控制时间片 Tq 的时间长度,这里设置的值最 终会减 1 后再写入 BRP 寄存器位,即前面介绍的 Tq 计算公式:

​ Tq = (BRP[9:0]+1) x TPCLK 等效于:

​ Tq = CAN_Prescaler x TPCLK

CAN_Mode

​ 本成员设置 CAN 的工作模式,可设置为正常模式 (CAN_Mode_Normal)、回环模式 (CAN_Mode_LoopBack)、静默模式 (CAN_Mode_Silent) 以及回环静默模式 (CAN_Mode_Silent_LoopBack)。

CAN_SJW

​ 本成员可以配置 SJW 的极限长度,即 CAN 重新同步时单次可增加或缩短的最大长度,它可以被配置为 1-4Tq(CAN_SJW_1/2/3/4tq)。

CAN_BS1

​ 本成员用于设置 CAN 位时序中的 BS1 段的长度,它可以被配置为 1-16 个 Tq 长度 (CAN_BS1_1/2/3…16tq)。

CAN_BS2

​ 本成员用于设置 CAN 位时序中的 BS2 段的长度,它可以被配置为 1-8 个 Tq 长度 (CAN_BS2_1/2/3…8tq)。

​ SYNC_SEG、BS1 段及 BS2 段的长度加起来即一个数据位的长度,即前面介绍的原来 计算公式:

​ T1bit =1Tq+TS1+TS2 =1+ (TS1[3:0] + 1)+ (TS2[2:0] + 1)

​ 等效于:T1bit = 1Tq+CAN_BS1+CAN_BS2

CAN_TTCM

​ 本成员用于设置是否使用时间触发功能 (ENABLE/DISABLE),时间触发功能在某些 CAN 标准中会使用到。

CAN_ABOM

​ 本成员用于设置是否使用自动离线管理 (ENABLE/DISABLE),使用自动离线管理可以 在节点出错离线后适时自动恢复,不需要软件干预。

CAN_AWUM

​ 本成员用于设置是否使用自动唤醒功能 (ENABLE/DISABLE),使能自动唤醒功能后它 会在监测到总线活动后自动唤醒。

CAN_NART

​ 本成员用于设置是否使用自动重传功能 (ENABLE/DISABLE),使用自动重传功能时, 会一直发送报文直到成功为止。

CAN_RFLM

​ 本成员用于设置是否使用锁定接收 FIFO(ENABLE/DISABLE),锁定接收 FIFO 后,若 FIFO 溢出时会丢弃新数据,否则在 FIFO 溢出时以新数据覆盖旧数据。

CAN_TXFP

​ 本成员用于设置发送报文的优先级判定方法 (ENABLE/DISABLE),使能时,以报文存 入发送邮箱的先后顺序来发送,否则按照报文 ID 的优先级来发送。

CAN 发送及接收结构体

/**
* @brief CAN Tx message structure definition
* 发送结构体
*/
typedef struct {
uint32_t StdId; /* 存储报文的标准标识符 11 位,0-0x7FF. */
uint32_t ExtId; /* 存储报文的扩展标识符 29 位,0-0x1FFFFFFF. */
uint8_t IDE; /* 存储 IDE 扩展标志 */
uint8_t RTR; /* 存储 RTR 远程帧标志 */
uint8_t DLC; /* 存储报文数据段的长度,0-8 */
uint8_t Data[8]; /* 存储报文数据段的内容 */
} CanTxMsg;

/**
* @brief CAN Rx message structure definition
* 接收结构体
*/
typedef struct {
uint32_t StdId; /* 存储了报文的标准标识符 11 位,0-0x7FF. */
uint32_t ExtId; /* 存储了报文的扩展标识符 29 位,0-0x1FFFFFFF. */
uint8_t IDE; /* 存储了 IDE 扩展标志 */
uint8_t RTR; /* 存储了 RTR 远程帧标志 */
uint8_t DLC; /* 存储了报文数据段的长度,0-8 */
uint8_t Data[8]; /* 存储了报文数据段的内容 */
uint8_t FMI; /* 存储了 本报文是由经过筛选器存储进 FIFO 的,0-0xFF */
} CanRxMsg;
StdId

​ 本成员存储的是报文的 11 位标准标识符,范围是 0-0x7FF。

ExtId

​ 本成员存储的是报文的 29 位扩展标识符,范围是 0-0x1FFFFFFF。ExtId 与 StdId 这两 个成员根据下面的 IDE 位配置,只有一个是有效的。

IDE

​ 本成员存储的是扩展标志 IDE 位,当它的值为宏 CAN_ID_STD 时表示本报文是标准 帧,使用 StdId 成员存储报文 ID;当它的值为宏 CAN_ID_EXT 时表示本报文是扩展 帧,使用 ExtId 成员存储报文 ID。

RTR

​ 本成员存储的是报文类型标志 RTR 位,当它的值为宏 CAN_RTR_Data 时表示本报文 是数据帧;当它的值为宏 CAN_RTR_Remote 时表示本报文是遥控帧,由于遥控帧没 有数据段,所以当报文是遥控帧时,下面的 Data[8] 成员的内容是无效的。

DLC

​ 本成员存储的是数据帧数据段的长度,它的值的范围是 0-8,当报文是遥控帧时 DLC 值为 0。

Data[8]

​ 本成员存储的就是数据帧中数据段的数据

FMI

​ 本成员只存在于接收结构体,它存储了筛选器的编号,表示本报文是经过哪个筛选器 存储进接收 FIFO 的,可以用它简化软件处理。

当需要使用 CAN 发送报文时,先定义一个上面发送类型的结构体,然后把报文的内容按成员赋 值到该结构体中,最后调用库函数 CAN_Transmit 把这些内容写入到发送邮箱即可把报文发送出 去。

接收报文时,通过检测标志位获知接收 FIFO 的状态,若收到报文,可调用库函数 CAN_Receive 把接收 FIFO 中的内容读取到预先定义的接收类型结构体中,然后再访问该结构体即可利用报文 了。

CAN 筛选器结构体

/**
* @brief CAN filter init structure definition
* CAN 筛选器结构体
*/
typedef struct {
uint16_t CAN_FilterIdHigh; /*CAN_FxR1 寄存器的高 16 位 */
uint16_t CAN_FilterIdLow; /*CAN_FxR1 寄存器的低 16 位 */
uint16_t CAN_FilterMaskIdHigh; /*CAN_FxR2 寄存器的高 16 位 */
uint16_t CAN_FilterMaskIdLow; /*CAN_FxR2 寄存器的低 16 位 */
uint16_t CAN_FilterFIFOAssignment; /* 设置经过筛选后数据存储到哪个接收 FIFO */

uint8_t CAN_FilterNumber; /* 筛选器编号,范围 0-27*/
uint8_t CAN_FilterMode; /* 筛选器模式 */
uint8_t CAN_FilterScale; /* 设置筛选器的尺度 */
FunctionalState CAN_FilterActivation; /* 是否使能本筛选器 */
} CAN_FilterInitTypeDef;
CAN_FilterIdHigh

​ CAN_FilterIdHigh 成员用于存储要筛选的 ID,若筛选器工作在 32 位模式,它存储的 是所筛选 ID 的高 16 位;若筛选器工作在 16 位模式,它存储的就是一个完整的要筛 选的 ID。

CAN_FilterIdLow

​ 类似地,CAN_FilterIdLow 成员也是用于存储要筛选的 ID,若筛选器工作在 32 位模式,它存储的是所筛选 ID 的低 16 位;若筛选器工作在 16 位模式,它存储的就是一 个完整的要筛选的 ID。

CAN_FilterMaskIdHigh

​ CAN_FilterMaskIdHigh 存储的内容分两种情况,当筛选器工作在标识符列表模式时, 它的功能与 CAN_FilterIdHigh 相同,都是存储要筛选的 ID;而当筛选器工作在掩码 模式时,它存储的是 CAN_FilterIdHigh 成员对应的掩码,与 CAN_FilterIdLow 组成一 组筛选器。

CAN_FilterMaskIdLow

​ 类似地,CAN_FilterMaskIdLow 存储的内容也分两种情况,当筛选器工作在标识符列 表模式时,它的功能与 CAN_FilterIdLow 相同,都是存储要筛选的 ID;而当筛选器工 作在掩码模式时,它存储的是 CAN_FilterIdLow 成员对应的掩码,与 CAN_FilterIdLow 组成一组筛选器。

CAN_FilterFIFOAssignment

​ 本成员用于设置当报文通过筛选器的匹配后,该报文会被存储到哪一个接收 FIFO,它 的可选值为 FIFO0 或 FIFO1(宏 CAN_Filter_FIFO0/1)。

CAN_FilterNumber

​ 本成员用于设置筛选器的编号,即本过滤器结构体配置的是哪一组筛选器,CAN 一 共有 28 个筛选器,所以它的可输入参数范围为 0-27(STM32F103 系列芯片的可输入 参数为 0-13)。

CAN_FilterMode

​ 本成员用于设置筛选器的工作模式,可以设置为列表模式 (宏 CAN_FilterMode_IdList) 及掩码模式 (宏 CAN_FilterMode_IdMask)。

CAN_FilterScale

​ 本成员用于设置筛选器的尺度,可以设置为 32 位长 (宏 CAN_FilterScale_32bit) 及 16 位长 (宏 CAN_FilterScale_16bit)。

CAN_FilterActivation

​ 本成员用于设置是否激活这个筛选器 (宏 ENABLE/DISABLE)。

配置完这些结构体成员后,我们调用库函数 CAN_FilterInit 即可把这些参数写入到筛选控制寄存器中,从而使用筛选器

世界のネズミは彼らが望むものに依存し、彼らは彼ら自身から誰も求めません
最后更新于 2024-06-25