一.CAN通訊介紹

CAN（Controller Area Network 控制器局域網，簡稱CAN或者CAN bus）是一種功能豐富的車用總線標準。被設計用于在不需要主機（Host）的情況下，允許網絡上的單片機和儀器相互通信。
它基于消息傳遞協議，設計之初在車輛上復用通信線纜，以降低銅線使用量，后來也被其他行業所使用。
CAN擁有了良好的彈性調整能力，可以在現有網絡中增加節點而不用在軟、硬件上做出調整。除此之外，消息的傳遞不基于特殊種類的節點，增加了升級網絡的便利性。

1.物理層

CAN網絡節點：一個CAN控制器，生成邏輯信號。一個CAN收發器，負責將總線上來的數據轉換成邏輯信號交給控制器，如果想往外發數據控制器將邏輯信號給收發器，收發器再將邏輯信號轉換為高低電平放到總線上。
控制器一般由MCU提供，收發器一般由專門的芯片提供。控制器和收發器間由CAN_Tx和CAN_Rx信號線相連。收發器與CAN總線之間使用CAN_High和CAN_Low信號線相連。

CAN網絡節點發數據：
控制器將要發送的二進制編碼通過CANTX線發送到收發器，收發器將邏輯信號轉化為差分信號，通過CANHigh和CANLow線輸出到CAN總線網絡。

CAN網絡節點收數據：
收發器把總線上收到的CANHigh及CANLow信號轉化成普通的邏輯電平信號，通過CANRx輸出到控制器中。

CAN總線網絡：

閉環總線網絡：

開環總線網絡：

差分信號：

優缺點：

邏輯電平定義：

2.協議層

CAN總線是廣播類型的總線。這意味著所有節點都可以偵聽到所有傳輸的報文。無法將報文單獨發送給指定節點；所有節點都將始終捕獲所有報文。但是CAN硬件能夠提供本地過濾功能，讓每個節點對報文有選擇性地做出響應。
CAN使用短報文 – 最大實用負載是94位。報文中沒有任何明確的地址；相反，可以認為報文是通過內容尋址，也就是說，報文的內容隱式地確定其地址。
CAN總線上有5種不同的報文類型（或“幀”）：數據幀，遠程幀，錯誤幀，過載幀和幀間隔。
數據幀 ：
數據幀是最常見的報文類型，用于發送單元向接收單元發送數據。
遠程幀（遙控幀）：
遠程幀用于接收單元向具有相同id的發送單元請求發送數據。
錯誤幀：
錯誤幀當檢測出錯誤時向其他單元通知錯誤的幀。
過載幀：
過載幀并不常用，因為當今的CAN控制器會非常智能化地避免使用過載幀。
幀間隔：
用于將數據幀及遙控幀與前面的幀分離開來的幀。
其中錯誤幀、過載幀、幀間隔都是由硬件自動完成的，沒有辦法用軟件來控制。對于一般使用者來說，只需要掌握數據幀與遙控幀。數據幀和遙控幀有標準格式與擴展格式。標準格式有11位標識符，擴展格式有29位標識符。
數據幀介紹：
標準格式有2種數據幀，標準幀和擴展幀。
標準幀：
幀起始

仲裁段
多個ID同時發顯性位多（0多）勝出。

控制段

數據段

CRC校驗

ACK應答

EOF段

擴展幀和標準幀區別：

遠程幀介紹：
與數據幀相比沒有數據段。

CAN總線仲裁：

CAN的位時序：

同步段

相位緩沖段

采樣點

CAN的數據同步：

CAN的波特率：

二.STM32CAN外設

STM32的芯片中具有bxCAN控制器（Basic Extended CAN），它支持CAN協議2.0A 和2.0B Active標準。（CAN2.0A只能處理標準數據幀且擴展幀的內容會織別錯誤。而CAN2.0 B Active可以處理標準數據幀和擴展數據幀。CAN2.0 B Passive只能處理標準數據幀而擴展幀的內容會被忽略）。
該CAN控制器支持最高的通訊速率為1Mb/s；可以自動地接收和發送CAN報文，支持使用標準ID和擴展ID的報文；外設中具有3個發送郵箱，發送報文的優先級可以使用軟件控制，還可以記錄發送的時間；具有2個3級深度的接收FIFO，可使用過濾功能只接收或不接收某些ID號的報文；可配置成自動重發；不支持使用DMA進行數據收發。

1.CAN控制器的3種工作模式

分別為：初始化模式，正常模式，睡眠模式。

2.CAN控制器的3種測試模式

有3種測試模式：靜默模式、環回模式、環回靜默模式。當控制器進入初始化模式的時候才可以配置測試模式。
靜默模式可以檢測總線的數據流量。環回模式可以用于自檢（影響總線）。環回靜默模式也用于自檢，不會影響總線。

3.功能框圖

主動內核：
含各種控制/狀態/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。
發送郵箱：
用來緩存待發送的報文，最多可以緩存3個報文。發送調度決定報文的發送順序。
接收FIFO：
共有2個接收FIFO，每個FIFO都可以存放3個完整的報文。它們完全由硬件來管理。從而節省了CPU的處理負荷，簡化了軟件并保證了數據的一致性。應用程序只能通過讀取FIFO輸出郵箱，來讀取FIFO中最先收到的報文。
接收濾波器（過濾器）：
做用：對接到的報文進行過濾。最后放入FIFO 0或FIFO 1。
當總線上報文數據量很大時，總線上的設備會頻繁獲取報文，占用CPU。過濾器的存在，選擇性接收有效報文，減輕系統負擔。
2種過濾模式：
（1）標識符列表模式，它把要接收報文的ID列成一個表，要求報文ID與列表中的某一個標識符完全相同才可以接收，可以理解為白名單管理。
（2）掩碼模式（屏蔽位模式），它把可接收報文ID的某幾位作為列表，這幾位被稱為掩碼，可以把它理解成關鍵字搜索，只要掩碼（關鍵字）相同，就符合要求，報文就會被保存到接收FIFO。
如果使能了篩選器，且報文的ID與所有篩選器的配置都不匹配，CAN外設會丟棄該報文，不存入接收FIFO。
每個CAN提供了14個位寬可變的、可配置的過濾器組(13~0)。每個過濾器組x由2個32位寄存器，CAN_FxR1和 CAN_FxR2組成。

說明：
（1）當工作于32位屏蔽位模式時，FR1保存標識符，FR2保存屏蔽。FR2某位是1表示來的ID的這位必須和FR1中對應的位一致，FR2某位是0，表示ID的這位不關心。
（2）當工作于32位標識符模式時。FR1和FR2分別保存兩個標識符。這意味著將來只有兩個ID會匹配成功。
STM32種CAN的位時序：
STM32 外設定義的位時序與我們前面