STM32（HAL） |
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STM32（HAL）
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8. CAN
8.1 基本概念
全称Controller Area Network，是一种半双工，异步通讯。没有主从的说法，每个设备都可以发送和接收。 8.1.1 物理层两条信号线，CAN_High和CAN_Low两条差分信号线，以差分形式通讯 两种网络形式： 闭环：允许总线最长40m，最高速1Mbps
∘ \circ ∘ 规定总线两端各有一个120Ω电阻。 ∘ \circ ∘ CAN控制器是各个连接到总线上的设备的控制器，一般需要配备一个CAN收发器（比如咱们战队码盘上的CAN收发器用的是TJA1050），用于将CAN控制器的二进制码流转换为CAN总线的差分电平,在两条有差分电压的总线电缆上传输数据 开环：最大传输距离1Km，最高速125Kbps ∘ \circ ∘ 规定每根线串联一个2.2kΩ的电阻 CAN协议差分信号
∘ \circ ∘ 显性电平对应“0”，隐性电平对应“1”。隐性电平（1）两条线电压都是2.5V，即压差为0；显性电平（0）CAN_High和CAN_Low分别为3.5V和1.5V，压差为2V。 ∘ \circ ∘ 总线上，只要有一个节点输出显性，则总线上为显性电平；只有所有节点都是隐性电平，总线才为隐性电平 ∘ \circ ∘ 由于CAN是半双工的，收发分开进行，且是总线通讯，所以一个时刻只能有一个节点发送，其他节点在此时只能接收 8.1.2 协议层 位时序意义：为了实现正确的总线电平采样，确保通讯正常。最小单位是Tq（Time Quantum）,一个完整位由8~25个Tq组成 组成：SS段、PTS 段、PBS1段、PBS2段 段名意义作用SS(1Tq)同步段使总线各节点同步PTS(1~8Tq)传播时间段补偿物理延时，是传播时间、收发器延时之和的两倍PBS1(1~8Tq)相位缓冲段1补偿变压阶段误差PBS2(2~8Tq)相位缓冲段2补偿边沿阶段误差SJW(1~4Tq)再同步补偿宽度补偿时钟频率偏差、传输延迟等例如
通讯波特率的计算：CAN使用的时钟线是APB1 peripheral clocks（假设是APC），即一般是SYSCLK的四分频。而CAN通讯还要对此进行预分频（假设是Prescaler），则一个Tq为 Prescaler / APC（单位s）。而一个数据位占(SS+PTS+PBS1+PBS2+SJW)个Tq。则一秒可以传输的位数就是 1 T q ∗ 一 个 位 得 T q 数 \frac{1}{Tq*一个位得Tq数} Tq∗一个位得Tq数1 例如：在时钟树查得APB1 peripheral clocks是45MHz，预分频为5，则一个Tq为 4 45 M H z = 111.1111 … ( n s ) \frac{4}{45MHz}=111.1111\dots(ns) 45MHz4=111.1111…(ns) ，上图中有19个Tq，则此时波特率为 1 19 ∗ 111.11 ∗ 1 0 − 9 ≈ 473689 ( b p s ) \frac{1}{19*111.11*10^{-9}}\approx473689(bps) 19∗111.11∗10−91≈473689(bps) 报文帧类型： 类型用途数据帧发送单元向接收单元信息内容遥控帧接收单元发送单元请求数据错误帧通知其他单元检测到错误过载帧通知还没有准备好接收间隔帧将数据帧或遥控帧前面的帧隔开数据帧结构： 以一个显性位（0）开始，以一个7个连续隐形位（1）结束。中间依次是仲裁段、控制段、数据段、CRC段、ACK段，一共7段
帧起始（SOF）：一个显性电平。用于通知各个节点将有数据传输 仲裁段：用于表示优先级。标准格式和扩展格式得区别就是在这里，标准格式ID为11位，扩展格式为11+18=29位。RTR（远程传输请求位），用显隐性电平区别数据帧和遥控帧。 IDR（标识符扩展位），显性是标准形式，隐性是扩展形式。 SSR，即标准格式的RTR，是隐性位。 ID决定数据帧的优先级，当两个节点同时竞争总线，则先出现隐性电平的节点失去占有权，进入接收状态 控制段：r1和r0是保留位，默认显性。DLC，数据数组长度，0~8 数据段：08个字节（064位） CRC段：共16位。15位的CRC校验码，1位的界定符，隐性 ACK段：共2位。一位是ACK槽位，发送端发送隐性，接收端发送显性表示应答；一位是与帧结束的界定符 帧结束（ROF）：7个隐形位 8.1.3 过滤器目的：过滤掉不感兴趣的消息，即与本节点无关的消息 两种模式：列表模式和掩码模式 过滤器个数：使用一个CAN时可选013号过滤器；使用两个CAN是，可选用037号过滤器 模式列表模式：将关注的报文ID做成一张表，当收到的报文ID符合时则接收，否则不接收 优点，精确，能完全过滤掉不需要的报文 缺点，列表数量有限，当感兴趣的消息数量过多时则无法全部包含 掩码模式通过与操作，将部分ID符合的报文接收 优点，感兴趣的范围可以更大 缺点，并不一定能完全过滤掉不关注的报文，精确程度取决于屏蔽码 位宽过滤器有32位和16位两种可选。其中16位只能过滤标准帧，不能过滤扩展帧。 8.2 STM32的CANSTM32有两组CAN控制器，CAN1是主设备，负责管理bxCAN（基本扩展CAN，就是CAN）和512字节的SRAM。CAN2是从控制器，不能直接访问SRAM。使用CAN2必须使能CAN1外设时钟 STM32中，当CAN接收过滤器使用32位时，掩码和验证码分别拆分成两个寄存器，每个16位，分别代表高16位和低16位 8.3 CubeMX配置步骤左侧目录>Connectivity>点CAN1/CAN2~> Mode勾选Master Mode / Slave Mode 配置参数，含义如下： 这些参数也可以在can.c中自行修改 中断（NVIC）设置，根据需要设置，一般勾上CAN1 RX0 Interrupt 8.4 编程HAL库关于CAN的所有函数定义和结构体定义分别在 Drivers/STM32F4xx_HAL_Driver 文件夹下 stm32f4xx_hal_can.c 和 stm32f4xx_hal_spi.h 中 下面列举一些基本的和常用的 8.4.1 CAN基本结构体发送报文定义结构体（CAN_TxHeaderTypeDef） typedef struct { uint32_t StdId; /*!标准ID。参数值只能是 0 到 0x7FF(二进制的11位1) */ uint32_t ExtId; /*!扩展ID。参数值只能是 0 到 0x1FFFFFFF(二进制的29位1)*/ uint32_t IDE; /*!IDE。HAL库编程时，标准帧填写CAN_ID_STD，扩展帧填写CAN_ID_EXT */ uint32_t RTR; /*!RTR。HAL库编程时，数据帧填写CAN_RTR_DATA，遥控帧填写CAN_RTR_REMOTE */ uint32_t DLC; /*!DLC。数据长度，参数值只能是 0 到 8 */ FunctionalState TransmitGlobalTime; /*!< Specifies whether the timestamp counter value captured on start of frame transmission, is sent in DATA6 and DATA7 replacing pData[6] and pData[7]. @note: Time Triggered Communication Mode must be enabled. @note: DLC must be programmed as 8 bytes, in order these 2 bytes are sent. This parameter can be set to ENABLE or DISABLE. */ } CAN_TxHeaderTypeDef;接收报文定义结构体（CAN_RxHeaderTypeDef） typedef struct { uint32_t StdId; uint32_t ExtId; uint32_t IDE; uint32_t RTR; uint32_t DLC; uint32_t Timestamp; /*!< Specifies the timestamp counter value captured on start of frame reception. @note: Time Triggered Communication Mode must be enabled. This parameter must be a number between Min_Data = 0 and Max_Data = 0xFFFF. */ uint32_t FilterMatchIndex; /*!< Specifies the index of matching acceptance filter element. This parameter must be a number between Min_Data = 0 and Max_Data = 0xFF. */ } CAN_RxHeaderTypeDef;接收过滤器类型定义结构体（CAN_FilterTypeDef） typedef struct { uint32_t FilterIdHigh; /*!过滤器验证码ID高16位，只能填０到０ｘFFFF 中间的数值 */ uint32_t FilterIdLow; /*!过滤器ID低16位，只能填０到０ｘFFFF 中间的数值*/ uint32_t FilterMaskIdHigh; /*!过滤器掩码ID高16位，只能填０到０ｘFFFF中间的数值 */ uint32_t FilterMaskIdLow; /*!过滤器掩码ID低16位，只能填０到０ｘFFFF中间的数值 */ uint32_t FilterFIF(x)Assignment; /*!将通过的报文放入哪个FIFOx中，填写FIFO(x) */ uint32_t FilterBank; /*!使用过滤器编号。使用一个CAN，则可选 0~13；使用两个CAN可选 0~27 */ uint32_t FilterMode; /*!过滤器模式选择。掩码模式填写 CAN_FILTERMODE_IDMASK，列表模 式填写 CAN_FILTERMODE_IDLIST */ uint32_t FilterScale; /*!过滤器位宽，32位是CAN_FILTERSCALE_32BIT， 16位是CAN_FILTERSCALE_16BIT */ uint32_t FilterActivation; /*!是否使能过滤器，DISABLE 或 ENABLE */ uint32_t SlaveStartFilterBank; /*!< Select the start filter bank for the slave CAN instance. For single CAN instances, this parameter is meaningless. For dual CAN instances, all filter banks with lower index are assigned to master CAN instance, whereas all filter banks with greater index are assigned to slave CAN instance. This parameter must be a number between Min_Data = 0 and Max_Data = 27. */ } CAN_FilterTypeDef;注意：FilterIdHigh、FilterIdLow、FilterMaskIdLow、FilterMaskIdLow这四个成员不是它的名字那么简单， 他们的功能取决于使用的过滤器模式。若为列表模式，则不管是FilterId还是FilterMaskId都表示的是列 表成员。 上述四个成员都是16位的，一定注意下面说的移位操作 在32位过滤器中，一组High和Low检验同一个CAN ID；16位过滤器，则可分别独立检验一个ID 过滤器寄存器如下：（使用HAL库可以不必深挖具体的寄存器，只需注意Mapping每一位的内容） 32位列表模式
16位列表模式
标准帧用16位过滤器表示：FilterIdHigh、FilterIdLow、FilterMaskIdLow、FilterMaskIdLow各可以表示一个列表成员。由于标准帧的ID是11位的，所以需要将其ID左移５位 标准帧用32位过滤器表示：FilterIdHigh、FilterIdLow共同表示一个ID，FilterMaskIdLow、FilterMaskIdLow共同表示一个ID。由于标准帧ID是11位的，故表示时其ID需左移５位存入High，且LOW = 0 | CAN_ID_STD （意思是将IDE位置为0） 扩展帧用32位过滤器表示：扩展帧的ID是29位的，所以将扩展帧ID先左移3位与32位按高位对齐，再右移16位并取低16位，存入High；将扩展帧ID左移3位与32位对齐，再取低16位存入Low。具体操作如下 CAN_FilterTypeDef sFilterConfig //定义过滤器设置结构体变量 uint32_t StdId =0x321; //一个标准CAN ID uint32_t ExtId =0x1800f001; //一个扩展CAN ID sFilterConfig.FilterIdHigh = StdId |
32位掩码模式 16位掩码模式 
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