代码收藏家技术教程 2023-09-21

深入学习CAN总线技术的笔记

CAN学习笔记

硬件部分：

1、仅有 CAN_L 和 CAN_H 两条总线

2、显性电平为逻辑值0，隐性电平为逻辑值1

软件部分：

CAN的基本知识

（一）、CAN帧的种类

帧可以看做是用于传输信息的邮件单位，帧由段组成，段由二进制位组成

实验室主要用到数据帧

上图中灰体为显性电平0

名称	描述
帧起始	表示帧的开始，产生一个bit的显性电平。
仲裁段	表示帧的优先级，由标识符（ID）和传送帧类型(RTR)组成。
控制端	表示数据的字节数，由6个bit构成
数据段	数据的具体内容，可发送0～8 个字节的数据。
CRC段	用于校验传输是否正确。
ACK段	表示确认是否正常接收。
帧结束	表示此帧结束。

△仲裁段：

ID为报文的名字，可通过CAN的过滤器筛选

RTR表示为数据帧还是远程帧（0表示数据帧）

△控制段：

IDE表示为标准格式还是扩展格式（0表示为标准格式）

DLC表示数据部分的长度，前面的r0、r1编程时不用管，默认为0（显性电平）即可

△数据段：

可以用来存放0~8个字节的数据

（二）CAN总线的传输速率

由APB1 peripheral clocks开始分频

（三）CAN总线的过滤机制

1、屏蔽位模式：报文ID符合目标ID的指定部分便允许通过（屏蔽码）

2、标识符列表模式：一模一样才能通过（与期望ID比较）

（四）CAN总线的发送和接收

1、CAN接收：FIFO相当于接收邮箱（开启接收中断0或1即开启FIFO0或FIFO1）

每个FIFO有三级深度，相当于可以储存3个CAN报文

2、CAN发送：通过发送邮箱Tx Mailboxes实现

准备完成的CAN报文将被填入到空闲的发送邮箱中，等待上一个邮箱中存储的报文发送完成，之后进行发送。

（五）CAN在cubemx上配置

1、使能CAN

2、调与分频系数、时间片1、时间片2和SWJ（通常为1），调节至波特率与外设要求的一致

3、打开CAN接收和发送中断

CAN的代码编写

（六）CAN接收：过滤器组配置

参考函数：

/* 定义CAN过滤器寄存器位宽类型 */
typedef union
{
	__IO uint32_t value; //32位的value变量，存储一个寄存器的值，而下面的结构体是对其进行细分
	struct
	{
		uint8_t REV : 1; //< [0] ：未使用，1bit
		uint8_t RTR : 1; //< [1] : RTR（数据帧或远程帧标志位），1bit
		uint8_t IDE : 1; //< [2] : IDE（标准帧或扩展帧标志位），1bit
		uint32_t EXID : 18; //< [21:3] : 存放扩展帧ID，18bits
		uint16_t STID : 11; //< [31:22]: 存放标准帧ID，11bits
	} Sub;
} CAN_FilterRegTypeDef;
/**
* @brief CAN过滤器配置（屏蔽位模式）若要使用列表模式，则可自行修改注释多余语句
* @parma _id：目标ID号，标准ID
* @parma _filter_num：当前配置的过滤器组号，0-27
* @return NULL
* @author Lingzi_Xie
* @note _id配置为全0时，表示全通
*/
void CAN_Filter_Config(uint32_t _id, uint16_t _filter_num)
{
	CAN_FilterTypeDef sFilterConfig;
	CAN_FilterRegTypeDef IDH = {0};
	CAN_FilterRegTypeDef IDL = {0}; 
	IDH.Sub.STID = (_id >> 16) & 0xFFFF; //把标准ID高16位放在寄存器1的STID域
	IDL.Sub.STID = (_id & 0xFFFF); //把标准ID低16位放在寄存器2的STID域
	/* 过滤器配置，参照HAL库CAN_FilterTypeDef的相关注释完成
	配置模式、位宽、ID、MaskID、关联FIFO、使
	能激活 */
	//加载过滤器配置
	if (HAL_CAN_ConfigFilter(&hcan1, &sFilterConfig) != HAL_OK)
	{
		Error_Handler();
	}
}

之后调用 HAL_CAN_Start(&hcan); 使能CAN外设。

△FilterMode：过滤器模式，分列表模式（CAN_FILTERMODE_IDLIST）和掩码模式（CAN_FILTERMODE_IDMASK）

列表模式下，scale为32时，每个过滤器的列表只能写入两个报文ID，若scale为16时，每个过滤器的列表最多可写入4个CAN ID；而掩码模式则无需担心容量，完全取决于屏蔽码。

32位宽的列表模式下，FilterIdHigh与FilterIdLow一起用来存放一个CAN ID，FilterMaskIdHigh与FilterMaskIdLow用来存放另一个CAN ID，不再表示其字面所示的mask含义；16位宽的列表模式下，FilterIdHigh，FilterIdLow，FilterMaskIdHigh，FilterMaskIdLow这4个16位变量都是用来存储一个标准CAN ID；32位掩码模式下，CAN_FxR1（FilterIdHigh与FilterIdLow）用做32位宽的验证码，而CAN_FxR2（FilterMaskIdHigh与FilterMaskIdLow）则用作32位宽的屏蔽码。

△FilterScale：位宽（CAN_FILTERSCALE_32BIT和CAN_FILTERSCALE_16BIT）

△FilterFIFOAssignment：FIFO的名称（0或1U）

△FilterNumber：过滤器编号，一共有0~27号过滤器

△FilterActivation：使能 ENABLE 即可

△BankNumber：单CAN设备通常设为14，无需理会；双CAN设备则填开启的过滤器编号

	关于过滤器的ID配置，使用标准数据帧通信时：

1、想配置成全通，则32位的屏蔽位模式下，ID和MaskID直接全0就行；
2、想配置成过滤特定ID，则32位的屏蔽位模式下，ID和MaskID都配置成目标ID就行啦；

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-dhvtpHUO-1668156680313)(D:\Temp\WeChat Files\26f95c41a6d1a7d3001729c1359cedf.png)]

（七）CAN接收：中断回调函数编写

报文存入FIFO后会触发CAN外设的Pending中断，故程序可通过配置此中断的回调函数实现对报文的取出：

void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *canHandle)
{
	//CAN数据接收
	if (canHandle->Instance == CAN1)
	{
		CAN_RxHeaderTypeDef RxHeader;  //接受句柄
        //获得接收到的数据头和数据
		if (HAL_CAN_GetRxMessage(canHandle, CAN_RX_FIFO0, &RxHeader, packet.payload) == HAL_OK)
		{
			//判断接收到的报文ID号，并作出对应的解包处理
			if(packet.hdr.StdId == 0x205)
			{
				/* 解包处理 */
			}
		}
	}
}

（八）CAN发送：发送报文的配置

对于发送报文，我们需要先准备好发送报文的头部（ID、RTR、IDE和DLC等配置）和数据部分，后直接调用 HAL_CAN_AddTxMessage() 即可，下面给出两种报文发送函数的写法

/**
* @brief Send an communication frame by CAN.
* @param hcan :CAN bus used to send.
* @param ID :ID of frame.
* @param *pData:Data to send.（pData可以换成函数内的局部变量）
* @param Len :Length of data.（通常取8）
* @return CAN_SUCCESS: Operation success.
* @return CAN_LINE_BUSY:CAN line busy.
* @要调的参数需要手动添加
*/
uint8_t CANx_SendData(uint16_t ID,uint8_t *pData,uint16_t Len)
{
	static CAN_TxHeaderTypeDef Tx_Header;
	uint32_t used_mailbox;
	/* 发送报文的Header配置，参照HAL库CAN_TxHeaderTypeDef的相关注释完成
	Header配置ID、RTR、IDE、DLC
	若发送标准格式的报文，则扩展ID填充全0即可；扩展格式同理 */
    
    //对发送的数据进行打包处理
    
	if(HAL_CAN_AddTxMessage(&hcanx,&Tx_Header,pData,&used_mailbox)!= HAL_OK)
	{
		return CAN_LINE_BUSY;
	}
	else{}
	return CAN_SUCCESS;
}

/**
 * @brief  发送标准ID的数据帧
 * @param  hcan     CAN的句柄
 * @param  ID       数据帧ID
 * @param  pData    数组指针
 * @param  Len      字节数0~8（通常取8）
 * @要调的参数需要手动添加
 */
uint8_t CANx_SendStdData(uint16_t ID,uint16_t Len)
{
    static CAN_TxHeaderTypeDef   Tx_Header;
    uint8_t pData[8];
    
	Tx_Header.StdId=ID;
	Tx_Header.ExtId=0;
	Tx_Header.IDE=CAN_ID_STD;
	Tx_Header.RTR=CAN_RTR_DATA;
	Tx_Header.DLC=Len;
    
    //对发送的数据进行打包处理
    
        /*找到空的发送邮箱，把数据发送出去*/
	if(HAL_CAN_AddTxMessage(&hcanx, &Tx_Header, pData, (uint32_t*)CAN_TX_MAILBOX0) != HAL_OK) //
	{
		if(HAL_CAN_AddTxMessage(&hcanx, &Tx_Header, pData, (uint32_t*)CAN_TX_MAILBOX1) != HAL_OK)
		{
			HAL_CAN_AddTxMessage(&hcanx, &Tx_Header, pData, (uint32_t*)CAN_TX_MAILBOX2);
         }
     }
}

/**
 * @brief  发送扩展ID的数据帧
 * @param  hcan     CAN的句柄
 * @param  ID       数据帧ID
 * @param  pData    数组指针
 * @param  Len      数据长度0~8（通常取8）
 * @要调的参数需要手动添加
 */
 uint8_t CANx_SendExtData(uint32_t ID,uint8_t *pData,uint16_t Len)
{
	static CAN_TxHeaderTypeDef   Tx_Header;
	uint8_t pData[8];
     
	Tx_Header.StdId=0;
	Tx_Header.ExtId=ID;
	Tx_Header.IDE=CAN_ID_EXT;
 	Tx_Header.RTR=CAN_RTR_DATA;
	Tx_Header.DLC=Len;
     
     //对发送的数据进行打包处理
     
        /*找到空的发送邮箱，把数据发送出去*/
	if(HAL_CAN_AddTxMessage(&hcanx, &Tx_Header, pData, (uint32_t*)CAN_TX_MAILBOX0) != HAL_OK) //
	{
		if(HAL_CAN_AddTxMessage(&hcanx, &Tx_Header, pData, (uint32_t*)CAN_TX_MAILBOX1) != HAL_OK)
		{
			HAL_CAN_AddTxMessage(&hcanx, &Tx_Header, pData, (uint32_t*)CAN_TX_MAILBOX2);
		}
     }
}

扩展：CAN的仲裁机制

△在CAN总线中，只要有一个CAN设备发出了显性电平，那么整条总线均表现为显性电平。

△CAN设备在进行报文发送时，会同时监听总线上的状态（ 回读机制 ，通过收发器的Rx引脚回传读取到的状态到控制器）。

△若在发送仲裁段时，本设备对比到其发出的二进制位和总线上当前的二进制位 不一致 ，说明此时有 优先级更高（由第一条机制可知显然显性电平（二进制位1）优先级高于为0的）的CAN设备在发送报文，则本设备停止报文发送（ 退出竞争 ）。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-pMfARZxo-1668156680313)(C:\Users\殇之哈士奇\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211005165626885.png)]

	上图中ID 25处Node_A的显性电平覆盖了Node_B的隐性电平，则Node_B暂时停止发送报文，而Node_A仲裁胜出可以继续发送（优先级更高）

器的Rx引脚回传读取到的状态到控制器）。

[外链图片转存中…(img-pMfARZxo-1668156680313)]

	上图中ID 25处Node_A的显性电平覆盖了Node_B的隐性电平，则Node_B暂时停止发送报文，而Node_A仲裁胜出可以继续发送（优先级更高）

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