基於STM32的CAN總線通信學習筆記
本文主要簡單介紹CAN總線的相關概念，以及通信協議等知識，和使用STM32自帶的bxCAN外設進行CAN總線編程實驗，以及編程心得。
1. CAN總線簡要介紹
概念：CAN是控制器局域網絡(Controller Area Network, CAN)的簡稱，是由以研發和生產汽車電子產品著稱的德國BOSCH公司開發的，並最終成爲國際標準（ISO 11898），是國際上應用最廣泛的現場總線之一。
因此，其在分佈式控制中有很大用途，尤其在局域網絡。
特點
- 多主控制
- 柔軟性
- 速度快，距離遠（最快1Mbps 可達10KM，當1Mbps時小於40m，速度越高，距離越遠）
- 檢測錯誤
- 故障封閉
- 連接節點多，可分佈式控制
總線電平
採用差分信號通信，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，對應邏輯0。
2隱性電平：CAN_H-CAN_L=0V左右（看不見差別，故認爲隱性），對應邏輯1。
通信協議
1. 常用的幀類型：數據幀，遙控幀，過載幀，間隔幀。（數據幀和遙控幀常用，重點介紹數據幀的通信協議）
2. 數據幀：
數據幀協議格式需瞭解清楚下面這張圖：
數據幀主要分兩種格式：標準格式和擴展格式。區別在於，擴展格式比標準格式多18位的ID（ID見下講解），但實現的效果一樣。
每個段的解釋見下：（加粗的段爲重點了解的段）
1）幀起始段：產生一個位的顯性電平，表示該幀開始。
2）仲裁段（ID段）：ID的設置是爲了區分數據幀的優先級，優先級越高的數據幀，會被優先接收處理。判斷優先級的高低通過識別：從ID的最高位（MSB）開始判斷，若連續出現顯性電平（邏輯0）個數最多的，優先級越高。
3）控制段：表數據幀裏數據段的字節數
4）數據段：用戶需要發送的數據內容，可一次性發送0–8個字節的數據。（每個數據佔用一個字節）
5）CRC段：檢查幀傳輸錯誤。（檢查範圍：起始端，仲裁段，控制段，數據段）
6）ACK段：確認並響應是否正常接收
7）幀結束：由7個隱形位（邏輯1）組成,因此ID仲裁斷禁止出現1111111****形式的格式。
3. 遙控幀：請求指定ID發送數據，跟數據幀格式相比少一個數據段。
位時序（波特率的設置）
波特率大和位時間有關，爲位時間的倒數關係。
一個位分爲4段：同步段，傳播時間段，相位緩衝段1，相位緩衝段2。每個段都是Tq的整數倍，通過設定每個段的Tq數可計算出：波特率=1/(n*Tq）。（可以不用詳細瞭解每個段，但需知道與波特率的關係）
2. STM32的bxCAN外設介紹
STM32提供很好bxCAN外設，專門用於CAN總線編程。提供的很多的封裝函數，提供了極大的便利，編程上大大減少時間，並易於理解。一般的103系列都有帶有一個bxCAN外設，互聯型的有2個bxCAN外設。
特點
由CAN_TX和CAN_RX兩條收發線組成，外電路可通過芯片JT1050的CAN收發芯片，轉換成CAN_H和CAN_L。
bxCAN模式選擇（加粗部分爲最常見的）
- 工作模式：初始化模式，正常模式，睡眠模式
測試模式：靜默模式，環回模式，環回靜默模式。
靜默模式：只接不發。
環回模式：不接收，但發的同時，不僅發給外設備還自發自接。
環回靜默模式：不接收，只能自發自接。
- 調試模式。
bxCAN的ID篩選器（關鍵）
使用篩選器，可以篩選出想要接收的指定ID數據，屏蔽不想要的數據，通過設置還篩選器，接收到的信息ID符合篩選器要求，那麼消息將會被接收。一般STM32有14個篩選器，互聯型有28個篩選器。
篩選器的兩種工作模式：
1. 屏蔽模式：即掩碼模式，通過設置寄存器：CAN_FxR1和CAN_FxR2（x指使用x號篩選器）。CAN_FxR1配置爲期望收到的ID，CAN_FxR2爲可選擇屏蔽不檢查不關心的ID位，即設置掩碼ID(0表不關心此位，1表關心此位)。
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爲0xFFFF0000的數據，但是設置了CAN_F0R2=0xFF00FF00，因此只關心[31：24][15：8]位的ID ,其他位不關心，因此只要傳進來的ID爲0xFFxx00xx，都可以接收。
2. 列表模式：
列表模式沒有設置掩碼ID功能，因此CAN_F0R2充當CAN_F0R1使用，只要接受的ID符合CAN_F0R1或者CAN_F0R2都可以。
bxCAN的發送和接收
1. 發送：bxCAN有3個發送郵箱，進行消息的發送。
2. 接收：bxCAN有兩個FIFO，每個FIFO有3個郵箱，通過設置哪個FIFO進行消息接收，當有消息時會分別依次存進每個郵箱，若郵箱的消息沒有及時讀出，會出現溢出。
bxCAN的位時序（波特率設置）
上面的CAN概念簡單的介紹了波特率的設置，bxCAN將傳播時間段和相位緩衝時間段合併成一個段，因此只有3個段的位時間：tsjw，tb1，tb2。
另外波特率還跟bxCAN外設的時鐘總線頻率(fAPB1)以及分頻係數（brp）有關。波特率公式：Fpclk1/((tsjw+tbs1+tbs2)*brp)
eg，舉例:一般地，bxCAN外設的時鐘總線頻率fAPB1=36Mhz（F4系列爲42M）。設置tsjw=1，tb1=7，tb2=8，brp=5。
則：波特率=Fpclk1/((tsjw+tbs1+tbs2)*brp) = 36M/(1+7+8)*5 = 450Kbps
3. STM32的bxCAN外設實驗（程序設計）
bxCAN初始化流程
- 引腳配置以及使能時鐘（APB1），其中CAN_RX引腳爲上拉輸入，CAN_TX爲複用輸出。
- 設置bxCAN模式（見上有講解）。
- 設置波特率（tsjw，tb1，tb2，brp）
- 設置濾波器。
bxCAN設置濾波器流程
- 選擇篩選器組號。
- 使用哪個FIFO(FIFO0或FIFO1)關聯到篩選器號（即用哪個FIFO進行接收消息
- 設置篩選器模式以及需要篩選的ID
bxCAN發送流程
- 選用哪種幀類型（一般可選：標準數據幀，擴展數據幀，遙控幀）
設置標準幀（StdId），擴展幀（ExtId）的ID，以及需要一次性發送的數據長度（字節數）
將要發送的數據賦值給結構體成員（最多隻能賦值8個字節的數據，每個數據1字節），併發送。
bxCAN接收流程
- 等待有消息到達。
- 將接收的消息（消息爲結構體類型）存於指定FIFO（有2個FIFO，每個FIFO下有3個郵箱）。
- 把消息的數據提出。
- 將FIFO裏的消息釋放，避免堆積。
程序例程
實驗內容：採用環回模式，過濾器採用掩碼模式，進行擴展數據幀的bxCAN自發自接，並將接收的數據發送的電腦上位機顯示。（程序只粘貼主要的內容）
int main(void)
{
uint8_t Data[8]="AJU8iK9a";//要發送的數據，一次不能超過8字節
CanRxMsg RecieveMess; //注意！不能定義爲指針形否則會卡死在CAN接收函數！
char Recievedata1[8]={0};
char* Recievedata = Recievedata1;
ALL_init();//時鐘，GPIO，串口，延時初始化（不粘貼）
//can1 環回模式（即發送數據同時還能給自己發，用於測試） 450Kbps波特率
CANInit(CAN1 , CAN_Mode_LoopBack ,CAN_SJW_1tq , CAN_BS1_7tq , CAN_BS2_8tq ,5);
printf("下面是CAN自測試（環回模式）\r\n");
while(1)
{
if(CAN_TX_data(Data , sizeof(Data)/sizeof(uint8_t)))//注意長度獲取不能在形參內去獲取，否則出錯
{
printf("發送成功\r\n");
if(CAN_RX_data(RecieveMess , (u8*)Recievedata))
{
printf("接收到數據:%s\r\n",Recievedata);
}
else
{
printf("接收不到\r\n");
}
}
else
{
printf("發送失敗\r\n");
}
delay_ms(100);
}
} /*
函數描述：can初始化配置（包括對時鐘和IO配置）
參數： CANx CAN模式（環回模式和正常模式） 波特率有關的參數(tsjw,tbs1,tbs2,brp)
返回：初始化成功返回1，否則0
流程：
1：CAN初始化（環回模式和正常模式）
2：過濾器初始化（掩碼模式和列表模式）
CAN波特率計算方法：
CAN1位於APB1線上，時鐘36M
波特率=Fpclk1/((tsjw+tbs1+tbs2)*brp) = 36M/(1+7+8)*5 = 450Kbps;
*/
char CANInit(CAN_TypeDef* CANx ,u8 CAN_Mode_xyz ,u8 tsjw,u8 tbs1,u8 tbs2 ,u8 brp)
{
char StateFlag = 0;
CAN_InitTypeDef CAN_InitStruct;
CAN_FilterInitTypeDef CAN_FilterInitStruct;
//時鐘和複用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_RX GPIO_Mode_IN_FLOATING
GPIOInit(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_RX
GPIOInit(GPIOB , GPIO_Pin_13 , GPIO_Mode_AF_PP , 1 ); //can_TX
}
CAN_DeInit(CANx);
///////////////CAN參數初始化///////////////
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_Normal
CAN_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;//同步時間 Tq
CAN_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
///////////過濾器初始化（掩碼模式）////////////
CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterActivation = ENABLE;//使能過濾器
CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterNumber = 0; //過濾器號，可選0--13（F103）
CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterFIFOAssignment = CAN_FilterFIFO0; //使用FIFO0，過濾器0關聯到FIFO0（可選FIFO0和FIFO1）
//能通過的標準ID號
CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterIdHigh =0xABCDEF98>>16;//0xABC<<4;//; //標準ID不能爲：1111111xxxx類型
CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterIdLow =0xABCDEF98&0x0000FFF8;// 0x00 ;
//接收的ID號需要嚴格檢測的位，該位不符合標準ID號相應的位，則不讓通過
CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterMaskIdHigh = 0xFFFF ;//0x0000; //0表此位不關心
CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterMaskIdLow = 0xFFF8 & 0xFFF8;//擴展幀下，掩碼模式只能關心前29位，後3位不能關心
CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterMode = CAN_FilterMode_IdMask; //過濾器爲掩碼模式 //CAN_FilterMode_IdList爲列表模式
;
CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterScale = CAN_FilterScale_32bit;//過濾器爲32位
CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStruct);
return StateFlag;
} /*
函數描述：can數據發送
參數： 發送的數據
返回：發送成功返回1
說明： 發送數據得配置發送數據的參數，將數據和相關參數寫入結構體再發送
發送參數配置流程：
1：選擇幀類型（標準數據幀 ，擴展數據幀，遙控幀）
（標準幀ID11位 擴展幀ID29位 遙控幀：只有ID無數據，請求指定ID發數據）
2：寫入ID
3：寫入數據（幀數據總長度64位，可最多一次性寫入8個數據，每個數據只佔1字節）
4：通過結構體把數據及ID參數發出去，並自動返回發出的郵箱號（發送郵箱一共有3個）
5：等待發送成功
*/
char CAN_TX_data(u8 *TXdata ,u8 DataLen)
{
int i=0;
u8 mailbox;
CanTxMsg TxMessage;
uint8_t TXdata1[8]={0};
//設置爲標準數據幀 （還有擴展數據幀 遙控幀）
TxMessage.RTR = CAN_RTR_Data;//數據幀
TxMessage.IDE =CAN_Id_Extended;//CAN_Id_Standard// CAN_Id_Standard;//使用標準幀id
TxMessage.StdId = 0xABC>>1;//0x12;//標準幀ID
TxMessage.ExtId = 0xABCDEF98>>3;//0x12;//擴展幀ID
TxMessage.DLC = DataLen;//sizeof(TXdata)/sizeof(uint8_t); //需要一次性發送的數據個數（不超過8個）
for(i =0 ;i < DataLen ; i++)//
{
TxMessage.Data[i] = TXdata[i];//Data個數小於8個，並且每個數據大小爲1字節
// printf("%d ",sizeof(TXdata));
}
mailbox = CAN_Transmit(CAN1, &TxMessage);//將消息發送出去。返回值爲發送出去的郵箱號
//等待發送成功
i = 0xfff;
while(CAN_TransmitStatus(CAN1, mailbox) != CAN_TxStatus_Ok &&i) //獲取該郵箱號的發送成功與否標誌，一定的延遲防止死循環
{
i--;
}
if(i==0) return 0; //發送失敗 ，返回0
else return 1; //發送成功，返回1
//
} /*
函數描述：can數據接收
參數： 接收的數據和參數的結構體 接收的數據部分
返回：接收成功返回1
說明：接收數據存於結構體中，應對結構體進行解析讀取。
接收流程：
1：等待有消息到達
2:將接收的消息（消息爲結構體類型）存於指定FIFO（有2個FIFO，每個FIFO下有3個郵箱）
3:把消息的數據提出
4：將FIFO裏的消息釋放，避免堆積。
注意：函數定義形參：CanRxMsg RecieveData; 應該爲非指針形。否則會出現多一個字符的亂碼現象。
*/
char CAN_RX_data(CanRxMsg RecieveData , uint8_t *RXdata)
{
// CanRxMsg RecieveData1;
int i = 0xfff;
if(!CAN_MessagePending(CAN1, CAN_FIFO0)) //注意：CAN_FIFO0，不是CAN_FilterFIFO0
{
return 0;//沒有數據接收 ，返回0
}
CAN_Receive(CAN1, CAN_FIFO0 , &RecieveData);//接收FIOFO_0下的郵箱（CAN1有兩個FIFO，每個FIFO有3級郵箱）
//把這次接收所有數據都提取並存起來
for(i=0; i<RecieveData.DLC ;i++)
{
RXdata[i] =RecieveData.Data[i];
}
// printf("長度%d ",RecieveData.DLC);
CAN_FIFORelease(CAN1, CAN_FilterFIFO0); //釋放FIFO_0郵箱的消息,以便接收新消息
return 1; //接收成功，返回1
}編程調試心得（總結一些知識要點）
1 對CAN_RX_data的函數定義
如果函數定義成形式：char CAN_RX_data(CanRxMsg* RecieveData , uint8_t *RXdata);會出現如下反應：
i:如果 CanRxMsg RecieveMess; 放在CAN_RX_data函數外，即主函數裏，將會多打印出一字符：”接收到數據:AED9i8ua”(會多接收到一個的亂碼)
ii:如果 CanRxMsg RecieveMess; 放在函數內，顯示正常：”接收到數據:AED9i8ua”如果函數定義成形式：char CAN_RX_data(CanRxMsg RecieveData , uint8_t *RXdata);,即：RecieveData爲非指針。
無論CanRxMsg RecieveMess; 在函數內還是函數外不影響。分析原因：和形參的指針有關（形參應該爲非指針形式）。具體詳細原因未解。
2 知識難點（針對過濾器（篩選器）的理解與配置）：
如果是接收的數據是標準幀格式：
標準幀ID佔用位數爲11位， 在發送函數中設置的標準幀ID（StdId）只需爲低11位賦值即可，另外高5位可任意。過濾器的ID號與接收的標準幀ID是左對齊形式（即32位與11位的左對齊），因此過濾器的ID號的高11位有過濾的效果，其他位可設任意值。
舉例，如：發送函數配置的標誌幀ID：StdId=0xFA8B;則標準幀ID= 010 1000 1011（取最低的11位）
如果在掩碼模式的所有位都在檢測的情況下，那麼過濾器ID號高11位和標準幀ID應該一樣，
可以取:CAN_FilterIdHigh=0x516F=010 1000 1011 01111 ( CAN_FilterIdLow 任意）同理，如果是接收的數據是擴展幀格式：
標準幀ID佔用位數爲29位，只需對ExtId的低29位賦值即可。
過濾時和過濾ID好也是左對齊，因此過濾器的ID號的高29位有過濾的效果，其他位可設任意值。
3 對過濾器（篩選器）配置方法的改進：
改進：由於以上給幀ID和過濾器ID賦值格式不統一，也不容易計算。爲了統一併方便觀察，
對取標準/擴展幀ID和過濾器ID的賦值進行如下改進。（最嚴格情況：掩碼模式對所有位都要關心）
舉例（標準幀），如程序可設置標準幀ID宏定義爲：0xABC（取前11位，最後一位必須取0，不作爲標準ID位）。但是，將其寫入StdId時，需右移動一位，取出高11位作爲有效位：
StdId = 0xABC>>1; //（取出11位)
CAN_FilterIdHigh= 0xABC<<4; //11個有效位移動到最左端（使32位過濾ID與11位標準幀的左對齊）舉例（擴展幀）：如程序可設置擴展幀ID宏定義爲：0xABCDEF98（取前29位，最後3位必須取0，不作爲標準ID位），但是，將其寫入ExtId爲時，需右移動3位，取出高29位作爲有效位：
ExtId = 0xABCDEF98>>3;（取出29位）
CAN_FilterIdHigh = 0xABCDEF98>>16;
CAN_FilterIdLow = 0xABCDEF98&0x0000FFF8 ;//29個有效位移到最高位（使32位過濾ID與29位標準幀的左對齊）需要注意：
在標準幀下，對於32位的過濾器，設置掩碼ID只能關心高11位，後25位不能關心。（掩碼ID：0表不關心此位，1表關心此位）
在擴展幀下，設置掩碼ID只能關心高29位，後3位不能關心。
- 以上如有解釋不周到的，望有識之士給予指教！