目錄

CAN介紹

CAN總線拓撲圖

CAN總線特點

CAN應用場景

CAN物理層

CAN收發器芯片介紹

?CAN協議層

數據幀介紹

CAN位時序介紹?

數據同步過程

硬件同步

?再同步

CAN總線仲裁

STM32 CAN控制器介紹

CAN控制器模式

?CAN控制器模式

?CAN控制器框圖

發送處理

接收處理

?接收過濾器

CAN控制器位時序

CAN相關寄存器介紹（F1 / F4 / F7）

CAN主控制寄存器（CAN_MCR）

CAN位時序寄存器（CAN_BTR）

CAN 標識符寄存器（CAN_(T/R)IxR）

數據長度和時間戳寄存器（CAN_(T/R)DTxR）

?CAN低位數據寄存器（CAN_(T/R)DLxR）

?CAN高位數據寄存器（CAN_(T/R)DHxR）

?CAN過濾器位寬寄存器（CAN_FS1R）

CAN 過濾器FIFO關聯寄存器（CAN_FFA1R）

CAN 過濾器組x寄存器（CAN_FxR(1/2)）

CAN相關HAL庫驅動介紹

CAN外設相關重要結構體：

結構體成員與寄存器情況

CAN基本驅動步驟

過濾器組設置實例：

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CAN介紹

????????CAN（Controller Area Network），是ISO國際標準化的串行通信協議。

????????為了滿足汽車產業的“減少線束的數量”、“通過多個LAN，進行大量數據的高速通信”的需求。

????????低速CAN(ISO11519)通信速率10~125Kbps，總線長度可達1000米

????????高速CAN(ISO11898)通信速率125Kbps~1Mbps，總線長度≤40米(經典CAN)

????????CAN FD 通信速率可達5Mbps，并且兼容經典CAN，遵循ISO 11898-1 做數據收發

????????更多CAN的歷史知識，可以上CAN in Automation(CiA) 官網了解。

CAN總線拓撲圖

?????????終端電阻，用于阻抗匹配，以減少回波反射

????????CAN總線由兩根線（ CANL 和 CANH ）組成，允許掛載多個設備節點（低速CAN:20 高速CAN:30）。

CAN總線特點

? 1）多主控制? ????????? ? ? ? 每個設備都可以主動發送數據

? 2）系統的柔軟性? ? ? ? ? ?沒有類似地址的信息，添加設備不改變原來總線的狀態

? 3）通信速度? ????????????????速度快，距離遠

? 4）錯誤檢測&錯誤通知&錯誤恢復功能

? 5）故障封閉? ????????????????判斷故障類型，并且進行隔離

? 6）連接節點多? ????????????速度與數量找個平衡

CAN應用場景

????????CAN總線協議已廣泛應用在汽車電子、工業自動化、船舶、醫療設備、工業設備等方面。

CAN物理層

????????CAN使用差分信號進行數據傳輸，根據CAN_H和CAN_L上的電位差來判斷總線電平。

????????總線電平分為顯性電平(邏輯0)和隱性電平(邏輯1)，二者必居其一。

????????顯性電平具有優先權。發送方通過使總線電平發生變化，將消息發送給接收方。

電平	高速CAN	低速CAN
顯性電平（0）	UCAN_H – UCAN_L=? 2V	UCAN_H – UCAN_L = 3V
隱性電平（1）	UCAN_H – UCAN_L = 0V	UCAN_H – UCAN_L = - 1.5V

CAN收發器芯片介紹

?CAN協議層

????????? CAN總線以“幀”形式進行通信。CAN協議定義了5種類型的幀：數據幀、遙控幀、錯誤幀、過載幀、間隔幀，其中數據幀最為常用。

數據幀介紹

????????數據幀由7段組成。數據幀又分為標準幀(CAN2.0A)和擴展幀(CAN2.0B)，主要體現在仲裁段和控制段。

CAN位時序介紹?

????????CAN總線以“位同步”機制，實現對電平的正確采樣。位數據都由四段組成：同步段(SS)、傳播時間段(PTS)、相位緩沖段1(PBS1)和相位緩沖段2(PBS2)，每段又由多個位時序Tq組成。

????????注意 : 節點監測到總線上信號的跳變在SS段范圍內，表示節點與總線的時序是同步，此時采樣點的電平即該位的電平。

????????采樣點是指讀取總線電平，并將讀到的電平作為位值的點。

????????根據位時序，就可以計算CAN通信的波特率。

數據同步過程

? ? ? ? 由于時鐘頻率誤差、傳輸上的相位延遲引起偏差，所以需要數據同步

????????CAN為了實現對總線電平信號的正確采樣，數據同步分為硬件同步和再同步。

硬件同步

? ? ? ? 節點通過CAN總線發送數據，一開始發送幀起始信號。總線上其他節點會檢測幀起始信號在不在位數據的SS段內，判斷內部時序與總線是否同步。

????????假如不在SS段內，這種情況下，采樣點獲得的電平狀態是不正確的。所以，節點會使用硬件同步方式調整， 把自己的SS段平移到檢測到邊沿的地方，獲得同步，同步情況下，采樣點獲得的電平狀態才是正確的。

?再同步

????????再同步利用普通數據位的邊沿信號（幀起始信號是特殊的邊沿信號）進行同步。

????????再同步的方式分為兩種情況：超前和滯后，即邊沿信號與SS段的相對位置。

????????再同步時，PSB1和PSB2中增加或者減少的時間被稱為“再同步補償寬度（SJW）”,其范圍：1~4 Tq。

????????? 限定了SJW值后，再同步時，不能增加限定長度的SJW值。SJW值較大時，吸收誤差能力更強，但是通訊速度會下降。

????????

CAN總線仲裁

決定優先級

????????CAN總線處于空閑狀態，最先開始發送消息的單元獲得發送權。

????????多個單元同時開始發送時，從仲裁段(報文ID)的第一位開始進行仲裁。連續輸出顯性電平最多的單元可繼續發送，即首先出現隱性電平的單元失去對總線的占有權變為接收。

????????

?????????競爭失敗單元，會自動檢測總線空閑，在第一時間再次嘗試發送。

STM32 CAN控制器介紹

????????STM32 CAN控制器（bxCAN），支持CAN 2.0A 和 CAN 2.0B Active版本協議。

????????CAN 2.0A 只能處理標準數據幀且擴展幀的內容會識別錯誤，而CAN 2.0B Active 可以處理標準數據幀和擴展數據幀。CAN 2.0B Passive只能處理標準數據幀且擴展幀的內容會忽略。

bxCAN主要特點：

???波特率最高可達1M bps

???支持時間觸發通信（CAN的硬件內部定時器可以在TX/RX的幀起始位的采樣點位置生成時間戳）

???具有3級發送郵箱

???具有3級深度的2個接收FIFO

???可變的過濾器組（最多28個）（F1只有14個）

CAN控制器模式

????????CAN控制器的工作模式有三種：初始化模式、正常模式和睡眠模式。

?CAN控制器模式

CAN控制器的測試模式有三種：靜默模式、環回模式和環回靜默模式。（初始化模式下進行配置）

?CAN控制器框圖

?1）CAN內核

????????包含各種控制/狀態/配置寄存器，可以配置模式、波特率等

2）發送郵箱

????????用來緩存待發送的報文，最多可以緩存3個報文

3）接收FIFO

????????緩存接收到的有效報文

4）接收過濾器

????????篩選有效報文

發送處理

接收處理

?接收過濾器

????????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。

????????每個過濾器組都有兩個32位寄存器CAN_FxR1和CAN_FxR2。根據過濾器組的工作模式(位寬和選擇模式)不同，寄存器的作用不盡相同。

????????選擇模式可設置屏蔽位模式或標識符列表模式，寄存器內容的功能就有所區別。

????????屏蔽位模式，可以選擇出一組符合條件的報文。寄存器內容功能相當于是否符合條件。

????????標識符列表模式，可以選擇出幾個特定ID的報文。寄存器內容功能就是標識符本身。

????????REG中bit值代表的是匹配與否：1必須匹配 0不用關心

????????屏蔽位寄存器中位值為1，表示與ID要必須匹配；位值為0，表示可不與ID匹配。

????????在使能過濾器情況下，總線上廣播的報文ID與過濾器的配置都不匹配，CAN控制器會丟棄該報文，不會進入到接收FIFO中。

????????注意：標識符選擇位IDE和幀類型RTR需要一致。不同過濾器組的工作模式可以設置為不同。

CAN控制器位時序

STM32的CAN外設位時序分為三段：

????????同步段 SYNC_SEG、????????時間段1 BS1（PTS + PBS1）、????????時間段2 BS2

STM32F103，設TS1=8、TS2=7、BRP=3，波特率 = 36000 / [( 9 + 8 + 1 ) * 4] = 500Kbps。

STM32F407，設TS1=6、TS2=5、BRP=5，波特率 = 42000 / [( 7 + 6 + 1 ) * 6] = 500Kbps。

? 注意：通信雙方波特率需要一致才能通信成功。

CAN相關寄存器介紹（F1 / F4 / F7）

CAN主控制寄存器（CAN_MCR）

?INRQ位，用于控制初始化請求。

CAN位時序寄存器（CAN_BTR）

?STM32F103，設TS1=8、TS2=7、BRP=3，波特率 = 36000 / [( 9 + 8 + 1 ) * 4] = 500Kbps

CAN 標識符寄存器（CAN_(T/R)IxR）

?x范圍：1~3，3個發送郵箱????????????????x范圍：1~2，2個接收FIFO郵箱

?????????報文使用標準標識符，EXID[17:0]值無效

????????TxRQ位置1，請求郵箱發送

????????注意：報文使用擴展標識符時，STID[10:0]等效于EXID[28:18]，與EXID[17:0]組成29位擴展標識符。

????????

數據長度和時間戳寄存器（CAN_(T/R)DTxR）

?x范圍：1~3，3個發送郵箱????????????????x范圍：1~2，2個接收FIFO郵箱

????????注意：DLC是多少，數據內容就有多少字節被發送，并不是每次都發送8個字節數據。

?CAN低位數據寄存器（CAN_(T/R)DLxR）

?CAN高位數據寄存器（CAN_(T/R)DHxR）

使用時間戳功能DLC必須為8字節

CAN過濾器模式寄存器（CAN_FM1R）

?CAN過濾器位寬寄存器（CAN_FS1R）

????????注意：CAN外設只能使用的有的過濾器組，不能使用沒有的過濾器組。?

CAN 過濾器FIFO關聯寄存器（CAN_FFA1R）

該寄存器決定了哪個FIFO寄存器有效（即RIxR、RDTxR、RDLxR、RDHxR的‘x’)。?

CAN 過濾器組x寄存器（CAN_FxR(1/2)）

CAN相關HAL庫驅動介紹

CAN外設相關重要結構體：

CAN_InitTypeDef、CAN_FilterTypeDef和CAN_(T/R)xHeaderTypeDef

CAN_InitTypeDefuint32_t Prescaler			/* 預分頻 */
uint32_t Mode				/* 工作模式 */
uint32_t SyncJumpWidth		/* 再次同步跳躍寬度 */
uint32_t TimeSeg1			/* 時間段1(BS1)長度 */
uint32_t TimeSeg2			/* 時間段2(BS2)長度 */
uint32_t TimeTriggeredMode	/* 時間觸發通信模式 */
uint32_t AutoBusOff			/* 總線自動關閉 */
uint32_t AutoWakeUp			/* 自動喚醒 */
uint32_t AutoRetransmission 	/* 自動重傳 */
uint32_t ReceiveFifoLocked		/* 接收FIFO鎖定 */
uint32_t TransmitFifoPriority	/*  傳輸FIFO優先級 */

CAN_FilterTypeDefuint32_t FilterIdHigh			/* ID高字節 */
uint32_t FilterIdLow			/* ID低字節 */
uint32_t FilterMaskIdHigh	 	/* 掩碼高字節 */
uint32_t FilterMaskIdLow		/* 掩碼低字節 */
uint32_t FilterFIFOAssignment	/* 過濾器關聯FIFO */
uint32_t FilterBank			/* 選擇過濾器組 */
uint32_t FilterMode			/* 過濾器模式*/
uint32_t FilterScale			/* 過濾器位寬 */
uint32_t FilterActivation		/* 過濾器使能 */
Uint32_t SlaveStartFilterBank 	/* 從CAN選擇啟動過濾器組 單CAN沒有意義*/

結構體成員與寄存器情況

?

CAN基本驅動步驟

1、CAN參數初始化

????????工作模式、波特率等????????HAL_CAN_Init

2、使能CAN時鐘和初始化相關引腳

????????GPIO模式設為復用功能模式????????HAL_CAN_MspInit

3、設置過濾器

????????HAL_CAN_ConfigFilter 完成過濾器的初始化

4、CAN數據接收和發送

????????HAL_CAN_AddTxMessage 發送消息

????????HAL_CAN_ GetRxMessage 接收數據

5、使能CAN相關中斷/設置NVIC/編寫中斷服務函數

????????__HAL_CAN_ENABLE_IT （可選）

過濾器組設置實例：

?

關于CAN中斷?

????????啟用 CAN 接收 FIFO0 消息掛起中斷

__HAL_CAN_ENABLE_IT(&g_can_handle_struct, CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING);

• __HAL_CAN_ENABLE_IT：這是 STM32 HAL 庫提供的一個宏，用于啟用 CAN 外設的中斷。
• CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING：這個參數表示啟用 CAN 接收 FIFO0 消息掛起中斷。
  • 當 CAN 接收 FIFO0 中有新的消息并且該消息已經準備好時，控制器會觸發一個中斷，允許外部應用程序處理接收到的消息。
  • FIFO（先進先出隊列）用于存儲接收到的 CAN 消息，FIFO0 是第一個 FIFO 隊列，STM32 的 CAN 控制器通常有多個 FIFO 隊列。

是的，您的理解是正確的。進入掛起中斷后，您可以讀取 can_rxheader_struct.StdId，因為當 CAN 控制器收到數據并通過過濾器后，會將其存放到 FIFO 隊列中。中斷會在 FIFO 中有新消息時觸發，并通過 HAL 函數 HAL_CAN_GetRxMessage 將數據讀取出來。

詳細解釋：

1. CAN 接收機制概述

• CAN 總線是一個廣播式協議，當總線上有設備發送消息時，所有連接的設備都能接收到這條消息。
• 過濾器：CAN 控制器通常配置了過濾器來篩選感興趣的消息，只有經過過濾器允許的消息才會被接收并存儲到接收 FIFO 中。STM32 的 CAN 控制器可以通過配置多個過濾器來選擇哪些消息應當接收。
• FIFO 隊列：接收到的有效消息會被存儲到接收 FIFO（如 FIFO0）。消息排隊存儲，等待被中斷服務程序處理。

2. 中斷觸發

當接收到一條消息，并且通過了過濾器的檢查后，消息就會被存儲到 FIFO 中。此時，如果啟用了接收中斷（例如通過 CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING），并且 FIFO 中有新消息，CAN 中斷會被觸發。

3. 讀取接收的消息

• 在進入中斷處理函數 USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler 后，您可以通過 HAL_CAN_GetRxMessage 函數讀取接收到的消息，并將消息的相關信息（如標識符）和數據存儲到相應的結構體中。
• 讀取的消息頭信息（如 StdId、IDE、RTR、DLC 等）通常存儲在 CAN_RxHeaderTypeDef 結構體中

4. 總結

• 數據是被動接收的：當總線上有數據并且經過了過濾器的過濾，符合條件的消息會被存儲到 FIFO 中。
• 進入中斷后，可以讀取 can_rxheader_struct.StdId：一旦中斷被觸發，您可以通過 HAL_CAN_GetRxMessage 讀取消息的標識符和數據，標識符信息存儲在 can_rxheader_struct.StdId 中。
• 過濾器的作用：過濾器用于篩選總線上接收到的消息，只有符合條件的消息才會存放到 FIFO 中，并觸發中斷。