stm32：CAN通讯

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作者
猴君
阅读量:4

目录

介绍

协议层

CAN的 帧/报文 种类

数据帧

远程帧（遥控帧）

错误帧

过载帧

帧间隔

总线仲裁

stm32的CAN外设

工作模式

测试模式

功能框图

时序

标准时序

例子  环回静默模式测试

寄存器代码

HAL版本

介绍

一种功能丰富的车用总线标准。被设计用于在不需要主机（Host）的情况下，允许网络上的单片机和仪器相互通信

它基于消息传递协议，设计之初在车辆上复用通信线缆，以降低铜线使用量，后来也被其他行业所使用

CAN拥有了良好的弹性调整能力，可以在现有网络中增加节点而不用在软、硬件上做出调整。除此之外，消息的传递不基于特殊种类的节点，增加了升级网络的便利性

物理层

  • 一个CAN控制器
    • 一般MCU提供，stm32内部提供了一个can控制器
  • 一个CAN收发器
    • 收发器一般需要专门芯片提供，例如PD1050S收发器芯片

can 

协议层

CAN的 帧/报文 种类

特点：

  1.  CAN总线是广播类型的总线
  2. 这意味着所有节点都可以侦听到所有传输的报文
  3. 无法将报文单独发送给指定节点
  4. 所有节点都将始终捕获所有报文
  5. 但是CAN硬件能够提供本地过滤功能，让每个节点对报文有选择性地做出响应
  6. CAN使用短报文 – 最大实用负载是94位
  7. 可以认为报文是通过内容寻址，也就是说，报文的内容隐式地确定其地址
  8. CAN总线上有5种不同的报文类型
    1. 数据帧，远程帧，错误帧，过载帧，帧间隔

数据帧

  • 数据帧是最常见的报文类型，用于发送单元向接收单元发送数据
  • 有标准格式与扩展格式。标准格式有11位标识符，扩展格式有29位标识符

远程帧（遥控帧）

  • 远程帧用于接收单元向具有相同id的发送单元请求发送数据
  • 有标准格式与扩展格式。标准格式有11位标识符，扩展格式有29位标识符
  • 与数据帧相比没有数据段

错误帧

  • 错误帧当检测出错误时向其他单元通知错误的帧
  • 由硬件自动完成的，没有办法用软件来控制

过载帧

  • 过载帧并不常用，因为当今的CAN控制器会非常智能化地避免使用过载帧
  • 由硬件自动完成的，没有办法用软件来控制

帧间隔

  • 用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离开来的帧
  • 由硬件自动完成的，没有办法用软件来控制

总线仲裁

发送接收特点：

  1. CAN总线处于空闲状态的时候，最先发送消息的单元获得发送权
  2. 多个单元同时开始发送时，从仲裁段（报文id）的第一位开始进行仲裁
  3. 连续输出显性电平最多的单元可以继续发送，即首先出现隐形电平的单元失去最总线的占有权变为接收。（即报文id小的优先级高）
  4. 竞争失败，会自动检测总线空闲，在第一时间再次尝试发送

stm32的CAN外设

STM32的芯片中具有bxCAN控制器，它支持CAN协议2.0A 和2.0B Active标准。

  • CAN2.0A只能处理标准数据帧且扩展帧的内容会织别错误。
  • 而CAN2.0 B Active可以处理标准数据帧和扩展数据帧。
  • CAN2.0 B Passive只能处理标准数据帧而扩展帧的内容会被忽略
  • 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
  • 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

工作模式

CAN控制器有3种工作模式：

  • 初始化模式
  • 正常模式
  • 睡眠模式

上电复位后CAN控制器默认会进入睡眠模式，作用是降低功耗。当需要将进行初始的时候（配置寄存器），会进入初始化模式。当需要通讯的时候，就进入正常模式

测试模式

有3种测试模式：

  • 静默模式
  • 环回模式
  • 环回静默模式

当控制器进入初始化模式的时候才可以配置测试模式

  • 静默模式可以用于检测总线的数据流量
  • 环回模式可以用于自检（影响总线）
  • 环回静默也是用于自检，不会影响到总线

功能框图

  • 主动内核
    • 含各种控制/状态/配置寄存器，可以配置模式、波特率等。在STM32CubeMx中可以非常方便的配置
  • 发送邮件
    • 用来缓存待发送的报文，最多可以缓存3个报文。发送调度决定报文的发送顺序
  • 接收FIFO
    • 共有2个接收FIFO，每个FIFO都可以存放3个完整的报文。它们完全由硬件来管理。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
  • 接收滤波器
    • 做用：对接到的报文进行过滤。最后放入FIFO 0或FIFO 1
    • 当总线上报文数据量很大时，总线上的设备会频繁获取报文，占用CPU。过滤器的存在，选择性接收有效报文，减轻系统负担
    • 有2种过滤模式
      • 标识符列表模式
        • 它把要接收报文的ID列成一个表，要求报文ID与列表中的某一个标识符完全相同才可以接收，可以理解为白名单管理
      • 掩码模式（屏蔽位模式）
        • 它把可接收报文ID的某几位作为列表，这几位被称为掩码，可以把它理解成关键字搜索，只要掩码（关键字）相同，就符合要求，报文就会被保存到接收FIFO

时序

标准时序

  • 与我们前面解释的 CAN 标准时序有一点区别
  • STM32的位时序：把传播时间段和相位缓冲段1做了合并

例子  环回静默模式测试

需求：我们使用环回静默模式测试CAN能否正常工作。把接收到的报文数据发送到串口输出，看是否可以正常工作

寄存器代码

main.c

int main(void) {     usart1_init();     printf("尚硅谷 CAN 通讯实验: 静默回环 寄存器版\r\n");     CAN_Init();     printf("CAN 初始化配置完成...\r\n");      uint16_t stdId = 0x066;     uint8_t *tData = "abcdefg";     CAN_SendMsg(stdId, tData, strlen((char *)tData));     printf("发送完毕...\r\n");      tData = "123";     CAN_SendMsg(stdId, tData, strlen((char *)tData));     printf("发送完毕...\r\n");      stdId = 0x067;     tData = "xyz";     CAN_SendMsg(stdId, tData, strlen((char *)tData));     printf("发送完毕...\r\n");      /* 1. 接收数据 */     RxDataStruct rxDataStruct[8];     uint8_t rxMsgCount;     CAN_ReceiveMsg(rxDataStruct, &rxMsgCount);     printf("接收完毕 rxMsgCount = %d...\r\n", rxMsgCount);      /* 2. 输出消息 */     uint8_t i;     for (i = 0; i < rxMsgCount; i++)     {         RxDataStruct msg = rxDataStruct[i];         printf("stdId = %d, length = %d, msgData = %s\r\n", msg.stdId, msg.length, msg.data);     }     while (1)     {      } }

can.h

#ifndef __CAN_H #define __CAN_H #include "stm32f10x.h" #include "usart.h" #include "string.h"  /**  * @description: 存储接收到的数据  * @return {*}  */ typedef struct {     uint16_t stdId;     uint8_t data[8];     uint8_t length; } RxDataStruct;  void CAN_Init(void); void CAN_SendMsg(uint16_t stdId, uint8_t *data, uint8_t length); void CAN_ReceiveMsg(RxDataStruct rxDataStruct[], uint8_t *msgCount);  #endif

can.c

#include "can.h"  /**  * @description: CAN 通讯初始化  */ void CAN_Init(void) {     /* 1. 开启时钟 CAN时钟和GPIO时钟 */     RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_CAN1EN;     RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPBEN;     RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_AFIOEN;      /* 2. 重定向PB8和PB9引脚  10：CAN_RX映像到PB8，CAN_TX映像到PB9 */     AFIO->MAPR |= AFIO_MAPR_CAN_REMAP_1;     AFIO->MAPR &= ~AFIO_MAPR_CAN_REMAP_0;      /* 3. 初始化GPIO：         PB9(CAN_Tx)：复用推挽输出 mode=11 cnf=10         PB8(CAN_Rx): 浮空输入 mode=00 cnf=01     */     GPIOB->CRH |= GPIO_CRH_MODE9;  /* mode = 11 */     GPIOB->CRH |= GPIO_CRH_CNF9_1; /* cnf = 10 */     GPIOB->CRH &= ~GPIO_CRH_CNF9_0;      GPIOB->CRH &= ~GPIO_CRH_MODE8;  /* mode = 00 */     GPIOB->CRH &= ~GPIO_CRH_CNF8_1; /* cnf = 01 */     GPIOB->CRH |= GPIO_CRH_CNF8_0;      /* 4. 初始化 CAN */     /* 4.1 进入初始化模式 */     CAN1->MCR |= CAN_MCR_INRQ;     while ((CAN1->MSR & CAN_MSR_INAK) == 0) /* 等待进入初始化模式 */         ;     /* 4.2 退出睡眠模式 */     CAN1->MCR &= ~CAN_MCR_SLEEP;     while ((CAN1->MSR & CAN_MSR_SLAK) != 0) /* 等待退出睡眠模式 */         ;      /* 4.3 自动离线管理。 允许自动退出离线状态 */     CAN1->MCR |= CAN_MCR_ABOM;      /* 4.4 自动唤醒管理。 检测到有报文，可以从睡眠模式由硬件自动唤醒。 */     CAN1->MCR |= CAN_MCR_AWUM;      /* 4.5 配置位时序寄存器 */     /* 4.5.1 静默模式 用于调试 */     CAN1->BTR |= CAN_BTR_SILM;     /* 4.5.2 回环模式 用于调试 */     CAN1->BTR |= CAN_BTR_LBKM;     /* 4.5.3 波特率分频器，定义Tq的长度。      配置35表示36分频，则产生波特率的时钟位1MHz。      Tq = 1us     */     CAN1->BTR &= ~CAN_BTR_BRP; /* 相应的位均置0 (9:0) */     CAN1->BTR |= 35 << 0;     /* 4.5.4 时间段1(3*Tq)和时间段2(6*Tq) */     CAN1->BTR &= ~CAN_BTR_TS1;     CAN1->BTR &= ~CAN_BTR_TS2;     CAN1->BTR |= (3 << 16);     CAN1->BTR |= (6 << 20);     /* 4.5.5 再同步跳跃宽度 2*Tq*/     CAN1->BTR &= ~CAN_BTR_SJW;     CAN1->BTR |= (2 << 24);      /* 4.6 退出初始化模式 */     CAN1->MCR &= ~CAN_MCR_INRQ;     while ((CAN1->MSR & CAN_MSR_INAK) != 0) /* 等待退出初始化模式 */         ;     /* 4.7 配置过滤器： 接收所有消息 */     /* 4.7.1 进入过滤器初始化模式 */     CAN1->FMR |= CAN_FMR_FINIT;     /* 4.7.2 过滤器组0工作模式： 掩码模式 0:掩码模式  1：标识符模式 */     CAN1->FM1R &= ~CAN_FM1R_FBM0;     /* 4.7.2 过滤器组0为单个32位配置 0:2给16位  1:单个32位*/     CAN1->FS1R |= CAN_FS1R_FSC0;     /* 4.7.3 给过滤器组0分配FIFO 0:FIFO0 1:FIFO1. 通过后的报文会放入这个FIFO中*/     CAN1->FFA1R &= ~CAN_FFA1R_FFA0;     /* 4.7.4 设置过滤器组0 标识符寄存器FR1 */     CAN1->sFilterRegister[0].FR1 = 0x00000000; /* id每位都是0 */     /* 4.7.5 设置过滤器组0 屏蔽位寄存器FR2 */     CAN1->sFilterRegister[0].FR2 = 0x00000000; /* 屏蔽位是0，表示不关心ID对应的位。都是0，表示接收所有消息 */     /* 4.7.6 激活过滤器组0 */     CAN1->FA1R |= CAN_FA1R_FACT0;     /* 4.7.7 退出过滤器初始化模式 */     CAN1->FMR &= ~CAN_FMR_FINIT; }  /**  * @description: 发送消息  * @param {uint16_t} stdId 标准帧id  * @param {uint8_t} *data 要发送的数据  * @param {uint8_t} length 发送的数据的字节数  */ void CAN_SendMsg(uint16_t stdId,                  uint8_t *data,                  uint8_t length) {     if (length > 8)     {         printf("数据长度不能超过8个字节\r\n");         return;     }     /* 1. 等待邮箱0为空 (也可以判断其他邮箱) 0：非空 1：空*/     while ((CAN1->TSR & CAN_TSR_TME0) == 0)         ;      /* 2. 使用标准标识符 0:标准标识符 1：扩展标识符 */     CAN1->sTxMailBox[0].TIR &= ~CAN_TI0R_IDE;      /* 3. 0：数据帧 or 1：远程帧 */     CAN1->sTxMailBox[0].TIR &= ~CAN_TI0R_RTR;      /* 4. 设置标准标识符 */     CAN1->sTxMailBox[0].TIR &= ~CAN_TI0R_STID;     CAN1->sTxMailBox[0].TIR |= (stdId << 21);      /* 5. 设置数据长度 */     CAN1->sTxMailBox[0].TDTR &= ~CAN_TDT0R_DLC;     CAN1->sTxMailBox[0].TDTR |= (length << 0);      /* 6. 设置数据 */     uint8_t i;     CAN1->sTxMailBox[0].TDLR = 0; /* 低位寄存器 */     CAN1->sTxMailBox[0].TDHR = 0; /* 高位寄存器 */     for (i = 0; i < length; i++)     {         if (i < 4)         {             CAN1->sTxMailBox[0].TDLR |= (data[i] << (8 * i));         }         else         {             CAN1->sTxMailBox[0].TDHR |= (data[i] << (8 * (i - 4)));         }     }      /* 7. 请求发送数据 */     CAN1->sTxMailBox[0].TIR |= CAN_TI0R_TXRQ; }  /**  * @description:  * @param {uint16_t} *stdId 读取数据的标准id  * @param {uint8_t} *data 读取到的数据  * @param {uint8_t} *length 读取到的数据的长度  */ void CAN_ReceiveMsg(RxDataStruct rxDataStruct[], uint8_t *msgCount) {     /* 1. 获取 FIFO0 中的报文数 */     *msgCount = (CAN1->RF0R & CAN_RF0R_FMP0) >> 0;      uint8_t i, j;     for (i = 0; i < *msgCount; i++)     {         RxDataStruct *msg = &rxDataStruct[i];         /* 2. 读取标准标识符id */         msg->stdId = (CAN1->sFIFOMailBox[0].RIR >> 21) & 0x7FF;          /* 3. 读取数据长度 */         msg->length = (CAN1->sFIFOMailBox[0].RDTR >> 0) & 0x0F;          /* 4. 读取数据 */         memset(msg->data, 0, sizeof((char *)msg->data));         uint32_t low = CAN1->sFIFOMailBox[0].RDLR;         uint32_t high = CAN1->sFIFOMailBox[0].RDHR;         for (j = 0; j < msg->length; j++)         {             if (j < 4)             {                 msg->data[j] = (low >> (8 * j)) & 0xFF;             }             else             {                 msg->data[j] = (high >> (8 * (j - 4))) & 0xFF;             }         }         /* 5. 释放 FIFO 0. 则报文数减1*/         CAN1->RF0R |= CAN_RF0R_RFOM0;     } }

HAL版本

 

main.c

int main(void) {         HAL_Init();     SystemClock_Config();     MX_GPIO_Init();     MX_CAN_Init();     MX_USART1_UART_Init();     /* USER CODE BEGIN 2 */     /* 1. 配置过滤器 */     CAN_Filter_Config();     /* 2. 启动CAN总线 */     HAL_CAN_Start(&hcan);      /* 3. 发送数据 */     uint16_t stdId = 0x011;     uint8_t *tData = "abcdefg";     CAN_SendMsg(stdId, tData, strlen((char *)tData));     printf("发送完毕...\r\n");     tData = "123";     CAN_SendMsg(stdId, tData, strlen((char *)tData));     printf("发送完毕...\r\n");      /* 4. 接收数据 */     RxDataStruct rxDataStruct[8];     uint8_t rxMsgCount;     CAN_ReceiveMsg(rxDataStruct, &rxMsgCount);     printf("接收完毕 rxMsgCount = %d...\r\n", rxMsgCount);      /* 5. 输出消息 */     uint8_t i;     for (i = 0; i < rxMsgCount; i++)     {         RxDataStruct msg = rxDataStruct[i];         printf("stdId = %d, length = %d, msgData = %s\r\n", msg.stdId, msg.length, msg.data);     }      while (1)     {     } }

can.h中添加

 /* USER CODE BEGIN Prototypes */     typedef struct     {         uint16_t stdId;         uint8_t data[8];         uint8_t length;     } RxDataStruct;      void CAN_Filter_Config(void);     void CAN_SendMsg(uint16_t stdId, uint8_t *data, uint8_t length);     void CAN_ReceiveMsg(RxDataStruct rxDataStruct[], uint8_t *msgCount);     /* USER CODE END Prototypes */

can.c中添加

/* USER CODE BEGIN 1 */ /**  * @description: 配置过滤器  */ void CAN_Filter_Config() {     CAN_FilterTypeDef sFilterConfig;      sFilterConfig.FilterBank = 0;                      // 过滤器编号, CAN1是0-13, CAN2是14-27     sFilterConfig.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK;  // 采用掩码模式     sFilterConfig.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_32BIT; // 设置筛选器的尺度, 采用32位     sFilterConfig.FilterIdHigh = 0X0000;               // 过滤器ID高16位,即CAN_FxR1寄存器的高16位     sFilterConfig.FilterIdLow = 0X0000;                // 过滤器ID低16位,即CAN_FxR1寄存器的低16位     sFilterConfig.FilterMaskIdHigh = 0X0000;           // 过滤器掩码高16位,即CAN_FxR2寄存器的高16位     sFilterConfig.FilterMaskIdLow = 0X0000;            // 过滤器掩码低16位,即CAN_FxR2寄存器的低16位     sFilterConfig.FilterFIFOAssignment = CAN_RX_FIFO0; // 设置经过筛选后数据存储到哪个接收FIFO     sFilterConfig.FilterActivation = ENABLE;           // 是否使能本筛选器     sFilterConfig.SlaveStartFilterBank = 14;           // 指定为CAN1分配多少个滤波器组      HAL_CAN_ConfigFilter(&hcan, &sFilterConfig); }  /**  * @description: 发送信息  * @param {uint16_t} stdId  * @param {uint8_t} *data  * @param {uint8_t} length  */ void CAN_SendMsg(uint16_t stdId,                  uint8_t *data,                  uint8_t length) {     /* 1. 检测发送邮箱是否可用 */     while (HAL_CAN_GetTxMailboxesFreeLevel(&hcan) == 0)         ;      CAN_TxHeaderTypeDef txHeader;     txHeader.IDE = CAN_ID_STD;   // 标准帧还是扩展帧     txHeader.RTR = CAN_RTR_DATA; // 帧的类型: 数据帧还是远程帧     txHeader.StdId = stdId;      // 标准帧的id     txHeader.DLC = length;       // 发送的数据长度 单位字节     uint32_t txMailBox;          // 会把这次使用的邮箱存入到这个变量                                  /* 2. 发送消息 */     HAL_CAN_AddTxMessage(&hcan, &txHeader, data, &txMailBox); }  /**  * @description: 接收消息  * @param {RxDataType} *  */ void CAN_ReceiveMsg(RxDataStruct rxDataStruct[], uint8_t *msgCount) {     /* 1. 检测FIFO0收到的报文个数 */     *msgCount = HAL_CAN_GetRxFifoFillLevel(&hcan, CAN_RX_FIFO0);      /* 2. 遍历出所有消息 */     uint8_t i;     CAN_RxHeaderTypeDef rxHeader;     for (i = 0; i < *msgCount; i++)     {         HAL_CAN_GetRxMessage(&hcan, CAN_RX_FIFO0, &rxHeader, rxDataStruct[i].data);         rxDataStruct[i].stdId = rxHeader.StdId;         rxDataStruct[i].length = rxHeader.DLC;     } } /* USER CODE END 1 */

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