STM32---CAN

什么是差分信号？差分信号又称差模信号。使用差分信号传输时，需要两根线，这两个信号的振幅相等，相位相反，通过两条线的电压差来表示逻辑0和逻辑1.

差分信号的抗干扰性强，共模噪声完全被抵消。它对外部的电磁干扰可以有效抑制。差分信号的时序定位精准。由于差分信号的这些优点，在USB协议，485协议，以太网协议以及CAN协议的物理层中都使用了差分信号传输。

CAN总线上可以挂载多个节点，节点之间的信号经过总线传输。CAN总线对数据内容进行编码，所以网络中的节点数量不受限制，只要总线的负载足够即可，可以通过中继器增强负载。

CAN_Tx和CAN_Rx使用普通的类似TTL的逻辑信号，而CAN_High和CAN_Low是差分信号。收发器起到两种信号相互转换的作用。

在高速CAN协议中，表示逻辑1（隐形电平），电压差为0；表示逻辑0（显性电平），电压差为2V。在CAN协议中，必须使它处于隐形电平或者显性电平。如果同一时间有一个节点是隐形电平（逻辑1），另一个节点是逻辑0（显性电平），类似I2C的线与特性将使它处于显性电平逻辑0的状态。

三.CAN的协议层

CAN没有时钟信号线，节点间使用配置好的波特率进行通讯，还会使用位同步方式来吸收误差。

1.位时序

为了实现位同步，CAN协议把每一个数据位的时序分解成SS,PTS,PBS1,PBS2四段。分解的最小时间单位为Tq。

信号的采样点在PBS1和PBS2之间。

SS:同步段。当检测到信号跳变沿在SS范围内，则表示节点与总线是同步的，采样点是有效的。SS段固定为1Tq.
PTS:这个时间段用来补偿网络的物理延时。
PBS1:用来补偿边沿阶段的误差，可以加长。
PBS2:用来补偿边沿阶段的误差，可以缩短。

举例说明PBS1和PBS2对于位同步的作用：

当信号跳变的边沿不在SS段内，而是出现在SS段之前时，可以通过缩短PBS2，使得下一次边沿来临时，落在SS段内；当信号跳变边沿出现在SS段之后时，可以通过加长PBS1，使得下一次边沿来临时，落在SS段内。

2.CAN的报文

（1）有哪些种类？

数据帧：向外发送数据
遥控帧：请求数据
错误帧：通知校验错误，请求重新发送上一个数据
过载帧：通知远端节点本节点尚未做好接收准备
帧间隔：将数据帧和遥控帧与前面的帧分离开来

（2）数据帧的结构？

帧起始：1个低电平，用于通知各个节点有数据传输，其他节点通过帧起始信号的电平跳变边沿进行硬同步。
帧结束：7个连续的高电平。
仲裁段：主要内容是ID信息。数据帧有标准格式和扩展格式，区别在于ID信息的长度。
控制段：

RTR:远程传输请求位。为1，是遥控帧；为0，是数据帧。
IDE:标识符扩展位。为1，是扩展格式；为0，是标准格式。
SRR:用于代替标准格式的RTR，只用于扩展格式。
r0,r1:默认低电平，是保留位。
DLC:数据长度，表示报文中的数据段有多少个字节。

数据段：发送的数据，MSB先行。
CRC：校验码。当出现错误时，它会像发送节点反馈，利用错误帧请求重新发送。
ACK：接收节点发送0表示应答。

ID信息在CAN协议中的作用？

ID信息决定数据帧发送的优先级。由于线与特性，当总线上同时出现两个节点竞争主权时，ID信息中首先出现低电平的即为优先者。CAN协议不分配中断优先级或者地址，谁可以优先占有总线由信息的重要性决定，也就是ID信息。

ID信息决定其他节点是否会接收这个数据帧。因为在CAN总线上数据都是广播出去的，所以在总线上的所有节点都可以收到其他节点的信息。由于CAN控制器大多具有根据ID信息过滤报文的功能，它通过ID信息来分辨是否是自己要接收的报文。

四.CAN外设

1.主控制寄存器CAN_MCR

DBF调试冻结：处于程序调试模式才使用。可以设置CAN处于工作模式还是禁止收发状态，禁止收发时仍可以访问接受FIFO中的数据。
TTCM时间触发模式：设置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。可以利用它实现标准分时同步通信功能。
ABOM自动离线管理：当节点检测到他发送错误或者接受错误超过一定值时，会自动离线管理。离线状态下，不能接收或者发送。
AWUM自动唤醒：在使用软件进入睡眠后，如果使用自动唤醒，在检测到总线活动时，会自动唤醒。
NART自动重传：当报文发送失败会自动重传直到成功为止。
RFLM锁定模式：锁定接收FIFO。锁定之后，当接收FIFO溢出时，会丢弃下一个接收的报文。若不锁定，则会覆盖掉之前的报文。
TXFP报文发送优先级的判定方法：当邮箱中有多个报文需要发送时，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。

2.位时序寄存器CAN_BTR

SILM：为0，正常模式；为1，静默模式
LBKM：为1，允许回环模式；为0，禁止回环模式

CAN有四种工作模式。由位时序寄存器的SILM和LBKM组合控制。

静默模式可以用于分析总线上的流量，用于检测。

回环模式可以用于自检。

回环静默模式在热自检的时候使用（自我检查的时候，不会干扰总线）。

在STM32中的位时序：

SYNC_SEG,BS1,BS2三段，采样点位于BS1和BS2交界处。SYNC_SEG的固定长度是1Tq.BS1和BS2的长度SJW可以在位时序寄存器中配置。

波特率：

STM32的CAN1和CAN2挂载在APB1上。APB1总线的最大频率是36MHz。在使用CAN2时，必须打开CAN1的时钟。

3.CAN的发送邮箱

CAN外设有三个发送邮箱，即最多可以缓存3个待发送报文。每个发送邮箱中包含有四个寄存器。

标识符寄存器CAN_TIxR（存储待发送报文的ID，扩展ID，IDE位及RTR位），
数据长度控制寄存器CAN_TDTxR（存储待发送报文的DLC段），
低位数据寄存器CAN_TDLxR（存储数据段的低四个字节内容），
高位数据寄存器CAN_TDHxR（存储高四字节的内容）

发送邮箱的工作过程：当需要发送报文时，把报文分解成各个段存储到不同的寄存器中，并对标识符寄存器的发送请求位置1，即可把数据发送出去。

4.CAN的接收FIFO

CAN外设有2个接收FIFO，每个FIFO中有3个邮箱，即最多可以缓存6个接收报文。当接收到报文时，FIFO报文计数器会自增，当报文被读取之后，计数器会自减。和发送邮箱类似，FIFO有四个寄存器。

标识符寄存器CAN_RIxR（存储接收报文的ID，扩展ID，IDE位及RTR位），
数据长度控制寄存器CAN_RDTxR（存储接收报文的DLC段），
低位数据寄存器CAN_RDLxR（存储数据段的低四个字节内容），
高位数据寄存器CAN_RDHxR（存储高四字节的内容）

5.验收筛选器

STM32F103的CAN外设有14个筛选器组，每组有两个寄存器。CAN1和CAN2共用筛选器。筛选器的作用下，节点只接受需要的报文到自己的FIFO中。筛选器可以调整筛选ID的长度和过滤模式

（1）根据筛选ID长度分类：

32位：STDID[10:0],EXTID[17:0],IDE,RTR
16位：STDID[10:0],EXTID[17:15],IDE,RTR

（2）根据过滤方式分为：

标识符列表模式：要求报文与列表中的ID的每一个标识符相同才接收。
掩码模式：只要报文ID中规定的某些位相同，就会被接收。

筛选尺度寄存器CAN_FS1R的FSCx位可以设置工作在32位还是16位；筛选模式寄存器CAN_FM1R的FBMx位可以设置工作在标识符列表模式还是掩码模式。每组筛选器有2个32位寄存器，分别为CAN_FxR1,CAN_FxR2,用来存储要筛选的ID或者掩码。

五.CAN库函数相关结构体

1.初始化GPIO结构体：

因为需要使用引脚的复用功能,所以需要打开AFIO时钟，使用GPIO_Remap函数对CAN1选择Remap1方案（参考数据手册表32）.

为什么需要使用IO的复用功能？

看STM32的CAN电路原理图，Tx和Rx连接到PB8和PB9上，这两个引脚是在重映射条件下才能作为CAN接口使用的。在使用复用功能重映射的引脚配置时，需要打开AFIO的时钟。

2.初始化CAN结构体

3.发送及接收结构体

4.筛选器结构体

六.写代码

回环模式：用于自测。

易出错点：

引脚使用了重映射，需要打开AFIO的时钟，以及进行GPIO_Remap配置。
CAN模式配置中需要使传输速率为1Mbps。注意BS1,BS2,SJW，分频因子的取值。
筛选器配置，特别是模式的配置，还有IDHigh,IDLow。
需要配置NVIC，设置中断优先级；打开CAN的接收中断。对应地，需要在it.c文件里写对应的中断服务函数。中断服务函数中需要对接收到的数据进行ID筛选，决定是否接收。

转自：https://blog.csdn.net/2301_76924398/article/details/130293760

一.CAN协议简介

二.CAN物理层