代码收藏家技术教程 2023-07-24

STM32 CAN总线通信详解

一、CAN外设简介

1、两个 CAN 与 2.0A 和 B （主动）规范兼容，比特率最高达 1 Mbit/s。

2、它们可接收和发送包含11 位标识符的标准帧和包含 29 位标识符的扩展帧。

3、每个 CAN 有三个发送邮箱，发送报文的优先级可以使用软件控制，还可以记录发送的时间；

4、具有两个3级深度的接收FIFO，28 个共享的可调整筛选器组用于过滤某些ID报文，即可控制只接收或不接收某些ID的报文（即使只使用一个 CAN，也可使用所有这些）。

5、每个 CAN 都分配有 256 字节的 SRAM。

6、不支持使用DMA进行数据收发。

其中CAN1是主设备，框图中的“存储访问控制器”是由CAN1控制的，CAN2无法直接使用访问存储区域，所以使用CAN2的时候必须使能CAN1外设的时钟。

二、CAN控制内核

CAN控制内核包含了控制和状态寄存器以及筛选器寄存器：

1、主控制寄存器（CAN_MCR）

主控制寄存器 CAN_MCR 负责管理 CAN 的工作模式，它使用以下寄存器位实现控制：

（1） DBF ：调试冻结 (Debug freeze)
0：调试期间 CAN 处于工作状态。
1：调试期间 CAN 处于接收/发送冻结状态。禁止收发时仍可正常访问/控制接收 FIFO中的数据。

这两种状态是当 STM32芯片处于程序调试模式时才使用的，平时使用并不影响，我们一般调试时也是需要CAN处于工作状态的，因此这里配置为 0 .

（2）TTCM：时间触发通信模式 (Time triggered communication mode)
0：禁止时间触发通信模式。
1：使能时间触发通信模式。它用于配置 CAN 的时间触发通信模式，CAN外设内部有个自己的定时器，在使能此模式下，CAN会使用它内部的定时器产生时间戳，并把它保存在CAN_RDTxR、CAN_TDTxR 寄存器中。利用它可以实现 ISO 11898-4 CAN 标准的分时同步通信功能。

CAN外设内部的定时器是16位的，发送时其定时器值存储 CAN_TDTxR 寄存器中 TIME[15:0] 中。在发送帧时，会在进行 SOF（帧起始）发送时对此字段进行捕获，然后将捕获到的 16 位定时器值作为发送时间戳。

只有硬件处于时间触发通信模式（CAN_MCR 寄存器的 TTCM 位置 1）时，TGT 位才会被激活。该位激活就代表着：在发送帧中包含的数据时，会将 8 个字节数据的最后两个数据字节替换为发送时间戳 TIME[15:0] 的值。即数据字节 7 替换为TIME[7:0]，数据字节 6 替换为TIME[15:8]。注意：DLC 必须编程为 8，才能通过 CAN 总线发送这两个字节。

在接收时，CAN_RDTxR寄存器中的 TIME[15:0] 存储着定时器的值，在检测 SOF（帧起始）时就会捕获此字段的值将其作为接收时间戳。

（3）ABOM ：自动的总线关闭管理 (Automatic bus-off management)

当节点检测到它发送错误或接收错误超过一定值时，会自动进入离线状态，在离线状态中，CAN不能接收或发送报文。处于离线状态的时候，可以软件控制恢复或者直接使用这个自动离线管理功能。

置 0 时，需要软件先发出一个请求后，一旦监测到 128 次连续 11 个隐性位，并且软件将 CAN_MCR 寄存器的 INRQ 位先置 1 再清零，即退出离线状态。置 1 时，一旦监测到 128 次连续 11 个隐性位，即通过硬件自动退出离线状态。

（4）AWUM ：自动唤醒模式 (Automatic wakeup mode)
此位控制 CAN 硬件在睡眠模式下接收到消息时的行为。
0：通过软件将 CAN_MCR 寄存器的 SLEEP 位清零后，退出睡眠模式。
1：一旦监测到 CAN 消息，即通过硬件自动退出睡眠模式。

（5）NART ：禁止自动重发送 (No automatic retransmission)
0：CAN 硬件将自动重发送消息，直到根据 CAN 标准消息发送成功。
1：无论发送结果如何（成功、错误或仲裁丢失），消息均只发送一次。

（6）RFLM ：接收 FIFO 锁定模式 (Receive FIFO locked mode)
0：接收 FIFO 上溢后不锁定。接收 FIFO 装满后，下一条传入消息将覆盖前一条消息。
1：接收 FIFO 上溢后锁定。接收 FIFO 装满后，下一条传入消息将被丢弃。

（7）TXFP ：发送 FIFO 优先级 (Transmit FIFO priority)
此位用于控制在几个邮箱同时挂起时的发送顺序。
0：优先级由消息标识符确定
1：优先级由请求顺序（时间顺序）确定

二、位时序与波特率

1、位时序

STM32外设定义的位时序与我们前面解释的 CAN 标准时序有一点区别：

STM32的 CAN外设位时序中只包含 3段，分别是同步段 SYNC_SEG、位段 BS1 及位段 BS2：

同步段 (SYNC_SEG)：位变化应该在此时间段内发生。它只有一个时间片的固定长度(1 x tq)。

位段 1 (BS1)：定义采样点的位置。它包括 CAN 标准的 PROP_SEG 和 PHASE_SEG1。其持续长度可以在 1 到 16 个时间片之间调整，但也可以自动加长，以补偿不同网络节点的频率差异所导致的正相位漂移。

位段 2 (BS2)：定义发送点的位置。它代表 CAN 标准的 PHASE_SEG2。其持续长度可以在 1 到 8 个时间片之间调整，但也可以自动缩短，以补偿负相位漂移。

再同步跳转宽度 (SJW)：定义位段加长或缩短的上限。它可以在 1 到 4 个时间片之间调整。

2、波特率

单个时间片的长度 Tq与 CAN外设的所挂载的时钟总线及分频器配置有关，CAN1和 CAN2 外设都是挂载在 APB1总线上的，而位时序寄存器 CAN_BTR中的 BRP[9:0]寄存器位可以设置 CAN外设时钟的分频值，所以：Tq = (BRP[9:0]+1) x T PCLK ；其中的 PCLK指 APB1时钟。