STM32中CAN總線接口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)

I2C.SPI總線多用于短距離傳輸,協(xié)議簡單,數(shù)據(jù)量少,主要用于IC之間的通訊,而 CAN 總線則不同，CAN(Controller Area Network) 總線定義了更為優(yōu)秀的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層，并且擁有種類豐富、簡繁不一的上層協(xié)議。與I2C、SPI有時鐘信號的同步通訊方式不同，CAN通訊并不是以時鐘信號來進(jìn)行同步的，它是一種異步通訊，只具有CAN_High和CAN_Low兩條信號線，共同構(gòu)成一組差分信號線，以差分信號的形式進(jìn)行通訊。

“120歐”的電阻來做阻抗匹配，以減少回波反射。

CAN開環(huán)總線網(wǎng)絡(luò)是遵循ISO11519-2標(biāo)準(zhǔn)的低速、遠(yuǎn)距離網(wǎng)絡(luò)，它的最大傳輸距離為1km，最高通訊速率為125kbps，兩根總線是獨(dú)立的、不形成閉環(huán)，要求每根總線上各串聯(lián)有一個“2.2千歐”的電阻。

CAN總線上可以掛載多個通訊節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間的信號經(jīng)過總線傳輸，實現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間通訊。由于CAN通訊協(xié)議不對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行地址編碼，而是對數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行編碼，所以網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)個數(shù)理論上不受限制，只要總線的負(fù)載足夠即可，可以通過中繼器增強(qiáng)負(fù)載。

CAN通訊節(jié)點(diǎn)由一個CAN控制器及CAN收發(fā)器組成，控制器與收發(fā)器之間通過CAN_Tx及CAN_Rx信號線相連，收發(fā)器與CAN總線之間使用CAN_High及CAN_Low信號線相連。其中CAN_Tx及CAN_Rx使用普通的類似TTL邏輯信號，而CAN_High及CAN_Low是一對差分信號線，使用比較特別的差分信號。當(dāng)CAN節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，控制器把要發(fā)送的二進(jìn)制編碼通過CAN_Tx線發(fā)送到收發(fā)器，然后由收發(fā)器把這個普通的邏輯電平信號轉(zhuǎn)化成差分信號，通過差分線CAN_High和CAN_Low線輸出到CAN總線網(wǎng)絡(luò)。而通過收發(fā)器接收總線上的數(shù)據(jù)到控制器時，則是相反的過程，收發(fā)器把總線上收到的CAN_High及CAN_Low信號轉(zhuǎn)化成普通的邏輯電平信號，通過CAN_Rx輸出到控制器中。

差分信號又稱差模信號，與傳統(tǒng)使用單根信號線電壓表示邏輯的方式有區(qū)別，使用差分信號傳輸時，需要兩根信號線，這兩個信號線的振幅相等，相位相反，通過兩根信號線的電壓差值來表示邏輯0和邏輯1。

相對于單信號線傳輸?shù)姆绞?，使用差分信號傳輸具有如下?yōu)點(diǎn)：

• 抗干擾能力強(qiáng)，當(dāng)外界存在噪聲干擾時，幾乎會同時耦合到兩條信號線上，而接收端只關(guān)心兩個信號的差值，所以外界的共模噪聲可以被完全抵消。

• 能有效抑制它對外部的電磁干擾，同樣的道理，由于兩根信號的極性相反，他們對外輻射的電磁場可以相互抵消，耦合的越緊密，泄放到外界的電磁能量越少。

• 時序定位精確，由于差分信號的開關(guān)變化是位于兩個信號的交點(diǎn)，而不像普通單端信號依靠高低兩個閾值電壓判斷，因而受工藝，溫度的影響小，能降低時序上的誤差，同時也更適合于低幅度信號的電路。

• 由于差分信號線具有這些優(yōu)點(diǎn)，所以在USB協(xié)議、485協(xié)議、以太網(wǎng)協(xié)議及CAN協(xié)議的物理層中，都使用了差分信號傳輸。

CAN協(xié)議中對它使用的CAN_High及CAN_Low表示的差分信號做了規(guī)定。以高速CAN協(xié)議為例，當(dāng)表示邏輯1時(隱性電平)，CAN_High和CAN_Low線上的電壓均為2.5v，即它們的電壓差V H -V L =0V；而表示邏輯0時(顯性電平)，CAN_High的電平為3.5V，CAN_Low線的電平為1.5V，即它們的電壓差為V H -V L =2V。

CAN 總線網(wǎng)絡(luò)是一種真正的多主機(jī)網(wǎng)絡(luò)，在總線處于空閑狀態(tài)時，任何一個節(jié)點(diǎn)單元都可以申請成為主機(jī)，向總線發(fā)送消息。其原則是：最先訪問總線的節(jié)點(diǎn)單元可以獲得總線的控制權(quán)；多個節(jié)點(diǎn)單元同時嘗試獲取總線的控制權(quán)時，將發(fā)生仲裁事件，具有高優(yōu)先級的節(jié)點(diǎn)單元將獲得總線控制權(quán)。

CAN 協(xié)議中，所有的消息都以固定的數(shù)據(jù)格式打包發(fā)送。兩個以上的節(jié)點(diǎn)單元同時發(fā)送信息時，根據(jù)節(jié)點(diǎn)標(biāo)識符（常稱為 ID，亦打包在固定的數(shù)據(jù)格式中）決定各自優(yōu)先級關(guān)系，所以 ID 并非表示數(shù)據(jù)發(fā)送的目的地址，而是代表著各個節(jié)點(diǎn)訪問總線的優(yōu)先級。如此看來，CAN 總線并無類似其他總線“地址”的概念，在總線上增加節(jié)點(diǎn)單元時，連接在總線的其他節(jié)點(diǎn)單元的軟硬件都不需要改變。

CAN 總線的通信速率和總線長度有關(guān)，在總線長度小于 40m 的場合中，數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到 1Mbps，而即便總線長度上升至 1000m，數(shù)據(jù)的傳輸速率仍可達(dá)到 50Kbps，無論在速率還是傳輸距離都明顯優(yōu)于常見的 RS232、RS485 和 I2C 總線。

對于總線錯誤，CAN 總線有錯誤檢測功能、錯誤通知功能、錯誤恢復(fù)功能三種應(yīng)對措施，分別應(yīng)對于下面三點(diǎn)表述：所有的單元節(jié)點(diǎn)都可以自動檢測總線上的錯誤；檢測出錯誤的節(jié)點(diǎn)單元會立刻將錯誤通知給其他節(jié)點(diǎn)單元；若正在發(fā)送消息的單元檢測到當(dāng)前總線發(fā)生錯誤，則立刻強(qiáng)制取消當(dāng)前發(fā)送，并不斷反復(fù)發(fā)送此消息至成功為止。

CAN 總線上的每個節(jié)點(diǎn)都可以通過判斷得出，當(dāng)前總線上的錯誤是暫時的錯誤（如瞬間的強(qiáng)干擾）還是持續(xù)的錯誤（如總線斷裂）。當(dāng)總線上發(fā)生持續(xù)錯誤時，引起故障的節(jié)點(diǎn)單元會自動脫離總線。

CAN 總線上的節(jié)點(diǎn)數(shù)量在理論上沒有上限，但在實際上受到總線上的時間延時及電氣負(fù)載的限制。降低最大通信速率，可以增加節(jié)點(diǎn)單元的連接數(shù)；反之，減少節(jié)點(diǎn)單元的連接數(shù)，則最大通信速率可以提高。

CAN總線的數(shù)據(jù)通信是以數(shù)據(jù)幀的格式進(jìn)行的,而數(shù)據(jù)幀又是由位場組成的,其中每一個位又被劃分為四段.即SS(SYNC SEG),PTS(PROP SEG--傳播時間段),PBS1(PHASE SEG1--相位緩沖段1),PBS2(PHASE SEG1--相位緩沖段2).

數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)圖：

為了實現(xiàn)位同步，CAN協(xié)議把每一個數(shù)據(jù)位的時序分解成SS段、PTS段、PBS1段、PBS2段，這四段的長度加起來即為一個CAN數(shù)據(jù)位的長度。分解后最小的時間單位是Tq，而一個完整的位由8~25個Tq組成。

STM32的芯片中具有bxCAN控制器 (Basic Extended CAN)，它支持CAN協(xié)議2.0A和2.0B標(biāo)準(zhǔn)。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(fā)送CAN報文，支持使用標(biāo)準(zhǔn)ID和擴(kuò)展ID的報文；外設(shè)中具有3個發(fā)送郵箱，發(fā)送報文的優(yōu)先級可以使用軟件控制，還可以記錄發(fā)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(fā)；不支持使用DMA進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。

4. 驗收篩選器

STM32有兩組CAN控制器，其中CAN1是主設(shè)備，框圖中的“存儲訪問控制器”是由CAN1控制的，CAN2無法直接訪問存儲區(qū)域，所以使用CAN2的時候必須使能CAN1外設(shè)的時鐘。

STM32至少配備一個bxCAN(basic extend can )控制器，支持2.0A和2.0B協(xié)議，最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)1M bps，支持11位標(biāo)準(zhǔn)幀格式和29位擴(kuò)展幀格式的接收和發(fā)送，具備三個發(fā)送郵箱和兩個接收FIFO，此wa此外還有三級可編程濾波器，STM32的bxCAN非常適應(yīng)CAN總線網(wǎng)絡(luò)y網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用發(fā)展需求，其主要主要特征如下 :

• 支持CAN協(xié)議2.0A和2.0B主動模式

• 波特率最高可達(dá)1Mbps

• 支持時間觸發(fā)通訊功能

數(shù)據(jù)發(fā)送特性：具備三個發(fā)送郵箱;發(fā)送報文的優(yōu)先級可以通過軟件配置,可記錄發(fā)送時間的時間戳。

本程序設(shè)計主要圍繞bxCAN控制器的初始化初始化配置展開,其要點(diǎn)羅列如下：

1. 初始化RCC寄存器，配置PLL輸出72MHZ時鐘，APB1總線頻率為36MHZ，分別打開CAN，GPIO和USART1的設(shè)備時鐘。

2. 設(shè)置CAN的Tx引腳(即PA12)為復(fù)用推挽模式，并設(shè)置Rx引腳(即PA1)為上拉輸入模式，其中三個重要的參數(shù)如下配置：

CAN_InitStructure.CAN_SJW配置為CAN_SJW_1tq;CAN_InitStructure.CAN_BS1配置為CAN_BS1_8tq;CAN_InitStructure.CAN_BS2配置為CAN_BS2_7tq;

3. 最后分頻數(shù)配置為5，配置接受接受緩沖區(qū)標(biāo)識符為0x00AA0000，配置過濾器為32位屏蔽位模式，過濾器屏蔽標(biāo)識符為0x00FF0000.

4. 初始化USART設(shè)備

（1）CAN波特率的計算

計算波特率是任何一種總線的zhon重要內(nèi)容之一,CAN總線也不例外.從STM32微控制器的官方參考手冊里可以查找到關(guān)于CAN波特率的計算公式如下.

通過配置位時序寄存器CAN_BTR的TS1[3:0]及TS2[2:0]寄存器位設(shè)定BS1及BS2段的長度后，就可以確定每個CAN數(shù)據(jù)位的時間：

BS1段時間：

BS2段時間：

一個數(shù)據(jù)位的時間：

T 1bit =1Tq+T S1 +T S2 =1+ (TS1[3:0] + 1)+ (TS2[2:0] + 1)= N Tq

其中單個時間片的長度Tq與CAN外設(shè)的所掛載的時鐘總線及分頻器配置有關(guān)，CAN1和CAN2外設(shè)都是掛載在APB1總線上的，而位時序寄存器CAN_BTR中的BRP[9:0]寄存器位可以設(shè)置CAN外設(shè)時鐘的分頻值 ，所以：

最終可以計算出CAN通訊的波特率：

can總線沒有所謂地址的概念?？偩€上的每個報文都可以被各個節(jié)點(diǎn)接收。這是一種典型的廣播式網(wǎng)絡(luò)。在實際應(yīng)用中。某個節(jié)點(diǎn)往往只希望接收到特定類型的數(shù)據(jù), 這就要借助過濾器來實現(xiàn)。顧名思義,過濾器的作用就是把節(jié)點(diǎn)不希望接收到的數(shù)據(jù)過濾掉。只將希望接收到的數(shù)據(jù)給予通行。

stm32的CAN控制器，提供14個過濾器?？梢栽O(shè)置為屏蔽模式和列表模式對can總線上的報文進(jìn)行過濾。當(dāng)節(jié)點(diǎn)希望接收到一種報文時?？梢杂闷帘挝荒Ｊ綄an總線上的報文進(jìn)行過濾。反之，當(dāng)節(jié)點(diǎn)希望接受到單一類型報文時。則應(yīng)該配置為列表模式。本機(jī)程序中使用了32位的屏蔽位模式。

下面僅對這種模式進(jìn)行解析。can控制器的每個過濾器都具備一個寄存器。稱為屏蔽寄存器。其中標(biāo)識符寄存器的每一位都有屏蔽寄存器的每一位所對應(yīng)。事實上，這也對應(yīng)著can數(shù)據(jù)。事實上，這也對應(yīng)著看標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀中的標(biāo)識符段。

根據(jù)can總線物理層的要求。can總線的波特率和傳輸距離成反比關(guān)系。傳輸距離變化時，要根據(jù)位時序來調(diào)整can總線的波特率。

void RCC_Config(void){
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE) RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1,ENABLE) }void GPIO_for_can_and_uart_Config(void){/*定義一個GPIO_InitTypeDef類型的結(jié)構(gòu)體*/GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; 
/*設(shè)置can的RX--pa.11引腳*/GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
/*設(shè)置can的TX--pa.12引腳*/GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed= GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);/*設(shè)置usart1 的RX 腳 -PA.10為父浮空輸入腳*/GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); 


} void Can_Config(void){CAN_InitTypeDef          CAN_InitStructure;CAN_FilterInitTypeDef  CAN_FilterInitStructure; CAN_DeInit(CAN1); CAN_StructInit(&CAN_InitStructure);CAN_InitStructure.CAN_TTCM=DISABLE;CAN_InitStructure.CAN_ABOM=DISABLE;CAN_InitStructure.CAN_AWUM=DISABLE;CAN_InitStructure.CAN_NART=DISABLE;CAN_InitStructure.CAN_RFIM=DISABLE;CAN_InitStructure.CAN_TXFP=DISABLE; CAN_InitStructure.CAN_Mode=CAN_Mode_LoopBack;CAN_InitStructure.CAN_SJW=CAN_SJW_1tq;CAN_InitStructure.CAN_BS1=CAN_BS1_8tq;CAN_InitStructure.CAN_BS2=CAN_BS2_7tq; CAN_InitStructure.CAN_Prescaler=5;CAN_Init(CAN1,&CAN_InitStructure); CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterNumber=0;CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMode=CAN_FilterMode_IdMask;CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterScale=CAN_FilterScale_32bit;CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdHigh=0x00AA<<3;CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdLow=0x0000;CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdHigh=0x00FF<<3;CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdLow=0x0000;CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterFIFOAssignment=0;CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterActivation=ENABLE;CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStructure); } void main(void){u8 TransmitMailbox=0;CanTxMsg   TxMessage;CanRxMsg   RxMessage;RCC_Config();GPIO_for_can_and_uart_Config();USART_Config();Can_Config(); TxMessage.ExtId=0x00aa0000;TxMessage.RTR=CAN_RTR_Data;TxMessage.IDE=CAN_ID_EXT;TxMessage.DLC=8;TxMessage.Data[0]=0x00;TxMessage.Data[1]=0x12;TxMessage.Data[2]=0x34;TxMessage.Data[3]=0x56;TxMessage.Data[4]=0x78;TxMessage.Data[5]=0xab;TxMessage.Data[6]=0xcd;TxMessage.Data[7]=0xef; TransmitMailbox=CAN_Transmit(CAN1,&TxMessage);while((CAN_TransmitStatus(CAN1,TransmitMailbox))!=CANTXOK);printf("rnThe CAN has send data :0x%x,0x%x,0x%x,0x%x,0x%x,0x%x,0x%x,0x%x,rn",TxMessage.Data[0],TxMessage.Data[1],TxMessage.Data[2],TxMessage.Data[3],TxMessage.Data[4],TxMessage.Data[5],TxMessage.Data[6],TxMessage.Data[7],); while((CAN_MessagePending(CAN1,CAN_FIFO0)==0));
RxMessage.StdId=0x00;RxMessage.IDE=CAN_ID_EXT;RxMessage.DLC=0;RxMessage.Data[0]=0x00;RxMessage.Data[1]=0x12;RxMessage.Data[2]=0x34;RxMessage.Data[3]=0x56;RxMessage.Data[4]=0x78;RxMessage.Data[5]=0xab;RxMessage.Data[6]=0xcd;RxMessage.Data[7]=0xef; CAN_Receive(CAN1,CAN_FIFO0,&RxMessage);printf("rnThe CAN has received data :0x%x,0x%x,0x%x,0x%x,0x%x,0x%x,0x%x,0x%x,rn",RxMessage.Data[0],RxMessage.Data[1],RxMessage.Data[2],RxMessage.Data[3],RxMessage.Data[4],RxMessage.Data[5],RxMessage.Data[6],RxMessage.Data[7],);while(1);  }