代码收藏家技术教程 2023-11-22

深入理解STM32通信协议之CAN

文章目录

一、CAN通信的背景

二、CAN通信基本介绍

三、CAN通信的直观硬件连接图

（1）CPU控制器部分

（2）车载传感器部分

（3）通信总线部分

四、具体分析环路双线的电平信号

1.什么是差分信号

2.仲裁的优先级

3.CAN收发器

4.差分信号的优势

五、CAN通信用到的帧结构

1.数据帧

以标准格式为例

2.远程帧（遥控帧）

六、CAN的仲裁机制

七、STM32部署CAN通信

1.CAN控制器

①FIFO是什么？

②发送邮箱和接收邮箱是什么？

③接收过滤器是什么？

2.STM32使用CAN需要哪些寄存器？

八、以正点原子例程解析CAN通信

1.初始化程序

2.CAN发送和接收消息

1.发送和接收结构体

3.主函数部分

总结

一、CAN通信的背景

CAN通信的背景可以追溯到上世纪80年代初，当时汽车制造商面临着一个共同的挑战：如何有效地传输和共享大量的传感器数据和控制信息。传统的电缆布线方式非常复杂且容易出错，而且无法满足日益增长的数据传输需求。

为了解决这个问题，德国的汽车制造商奔驰（Mercedes-Benz）与德国电信公司Bosch合作开发了一种新的通信协议，即CAN（Controller Area Network）控制器局域网络通信。CAN通信最初是为了满足汽车电子系统的数据传输需求而设计的，但随后被广泛应用于其他领域。

CAN通信的设计目标是实现高可靠性、实时性和灵活性。它采用了差分信号传输方式，具有较强的抗干扰能力，能够在较长距离上进行可靠的数据传输。CAN总线支持多帧并发传输，数据传输速度快，能够满足实时控制系统的要求。此外，CAN总线支持多主机和多节点的连接，能够方便地扩展和改变系统结构。

CAN通信的成功应用在汽车领域得到了广泛认可，成为现代汽车电子系统中的核心技术。随着技术的发展，CAN通信逐渐演变为更高速的版本，如CAN-FD（CAN with Flexible Data-Rate），以满足更高带宽的数据传输需求。CAN通信也被应用于其他领域，如工业自动化、航空航天等，成为一种可靠性高、实时性强的通信方式。

二、CAN通信基本介绍

CAN通信是一种基于CAN（Controller Area Network）总线的通信协议。CAN总线是一种高速、可靠的串行总线，主要用于实时控制系统中的数据传输。

CAN通信的特点包括：

高可靠性：CAN总线采用差分信号传输，具有较强的抗干扰能力，能够在较长距离上进行可靠的数据传输。
实时性：CAN总线支持多帧并发传输，数据传输速度快，能够满足实时控制系统的要求。
灵活性：CAN总线支持多主机和多节点的连接，能够方便地扩展和改变系统结构。
低成本：CAN总线的硬件成本相对较低，易于实现和维护。
在CAN通信中，每个节点都有一个唯一的标识符，用于区分不同的节点。节点之间通过CAN总线进行数据通信，发送和接收数据帧。数据帧分为数据帧和远程帧两种类型，数据帧用于传输实际数据，远程帧用于请求数据。节点之间的通信是基于优先级的，优先级高的节点具有更高的发送优先级。

三、CAN通信的直观硬件连接图

看这个图，主要分成了三个部分：CPU控制器部分、车载传感器监测部分、数据总线部分，接下来逐一介绍：

（1）CPU控制器部分

通常情况下，中央处理器（CPU）不直接集成CAN（Controller Area Network）的收发器。CAN收发器是一种专门用于CAN总线通信的硬件设备，它负责将CPU产生的CAN数据转换成CAN总线上的电信号，并将CAN总线上的电信号转换成CPU可以处理的数据格式。

在一个典型的汽车电子系统中，CAN收发器通常是作为外部组件与CPU进行连接的。CPU通过总线接口（如SPI、UART等）与CAN收发器进行通信，将要发送的CAN数据传输给CAN收发器，并从CAN收发器接收CAN总线上的数据。
虽然CPU本身不集成CAN收发器，但现代汽车电子系统的一些高级处理器（如汽车级MCU或SoC）可能会集成CAN控制器，该控制器可以与外部的CAN收发器进行通信。这样的集成设计可以简化系统布局和连接，并提高系统集成度。

（2）车载传感器部分

顾名思义，就是部署在车内各个位置用于检测各项数据并反馈给CPU。以这个图里为例：

ABS：ABS是汽车中的防抱死制动系统（Anti-lock Braking System）。它是一种安全系统，通过在制动过程中动态调节刹车力度，防止车轮锁死，提供车辆在制动时的稳定性和操控性。

SAS：SAS是汽车中的转向角度传感器（Steering Angle Sensor）。它是一种传感器装置，用于检测驾驶员转动方向盘的角度和速度，以便提供给车辆的稳定性控制系统和驾驶辅助系统。

ETM：ETM是汽车中的电子节气门（Electronic Throttle Module）。它是一种控制发动机节气门开合的电子装置，用于调节发动机的进气量和加速踏板的响应，以提供更好的动力性能和燃油经济性。

ECM：ECM是汽车中的发动机控制模块（Engine Control Module）。它是一种电子控制单元，负责监测和控制发动机的运行。ECM接收各种传感器的数据，并根据预设的算法来控制点火时机、燃油喷射量等参数，以确保发动机的正常运行和最佳性能。

DDM：DDM是分布式驱动模块（Distributed Drive Module）的缩写。它是一种分布式电子控制系统，将车辆中的驱动器和传感器连接到控制单元。DDM系统将电控单元分散安装在车辆各个位置，通过网络连接进行数据交换和控制。每个DDM单元负责控制特定的功能模块，例如电动驱动系统、制动系统或底盘控制系统。

PDM：PDM是功率分配模块（Power Distribution Module）的缩写。它是一种电源管理系统，用于控制车辆中的电力传输和分配。PDM系统通过一个集中的电源管理模块，将电能从电池传输到车辆的各个电子设备和系统。PDM负责控制和保护电路，同时提供对电路的监测和诊断功能。它能够有效地管理车辆中的电力，确保各个电子设备和系统的正常运行。

（3）通信总线部分

把每个部署的传感器作为一个节点，所有节点通过两条线连接起来。两条线分别称为CAN_H和CAN_L。
CAN总线采用双线制，即CAN_H（CAN High）和CAN_L（CAN Low）两根线。这两根线通过终端电阻连接在一起，形成一个环路或线性拓扑结构，所有节点都连接到这个总线上。

在CAN总线上，各个节点通过CAN收发器将数据发送和接收。每个节点通过识别CAN总线上的电位差来判断数据位是0还是1。CAN总线使用差分信号传输，即CAN_H和CAN_L线上的电位差表示数据位的状态。当CAN_H线的电位高于CAN_L线时，表示数据位为1；当CAN_L线的电位高于CAN_H线时，表示数据位为0。

网络的两端必须有120Ω的终端电阻。所以在设计线路板的时候都要有一个120欧的电阻。通过跳线或者拨码开关选择是否使用这个电阻。为什么是120Ω，因为电缆的特性阻抗为120Ω，为了模拟无限远的传输线。

四、具体分析环路双线的电平信号

node是每个节点，CAN_H和CAN_L以及120欧电阻构成了一个环路结构。

1.什么是差分信号

CANBUS上的总线电平称为隐性电平和显性电平:

性质	逻辑	CAN_H	CAN_L	两条线上的电压差
隐性	逻辑1	2.5V	2.5V	0V
显性	逻辑0	3.5V	1.5V	2V

如果CAN控制器发送逻辑1时，CAN收发器使CAN_H和CAN_L都为2.5V，这时，两条线上的电压差为0V。总线上称为隐性电平。
如果CAN控制器发送逻辑0时，CAN收发器使CAN_H为3.5V，CAN_L为1.5V，这时，两条线上的电压差为2V。总线上称为显性电平。

同理，如果我某个节点想发送数据1，就使CAN_H和CAN_L均输出2.5V电压使得差分电压为0。注意，这里3.5V、2.5V的电平是不一定的，不同的国际标准有不同的规定。
多个节点同时开始发送时，会涉及到总线仲裁（也就是谁可以继续发送）,这里就涉及到一个优先级的问题了。

2.仲裁的优先级

CAN总线上各节点仲裁的优先级是通过标识符（Identifier）来确定的。CAN总线上发送信息的节点会在标识符中包含一个优先级字段，该字段决定了节点的发送优先级。

在CAN总线上，标识符由11位或29位组成，其中包含一个优先级字段。优先级字段的值越小，表示节点的优先级越高。当多个节点同时尝试发送信息时，较低优先级的节点会让出总线让较高优先级的节点先发送。

CAN总线采用的是非破坏性仲裁机制，即在多个节点同时尝试发送信息时，仅有一个节点能够成功发送，其他节点会检测到总线上的差分信号与自己发送的信号不一致，从而意识到发生了冲突，并停止发送。

在仲裁过程中，CAN总线上的节点会根据标识符的优先级字段进行比较。节点会逐位比较标识符的优先级字段，较高位的比较结果会优先确定优先级，如果出现比较结果一致的情况，则继续比较下一位，直到得出最终的优先级结果。

3.CAN收发器

CAN收发器是用于连接CAN控制器和CAN总线的接口电路，它负责将CAN控制器产生的差分信号转换为CAN总线上的电气信号，并将CAN总线上的电气信号转换为CAN控制器可识别的差分信号。（双向作用）

CAN收发器通常由发送部分和接收部分组成。

发送部分负责将CAN控制器输出的差分信号转换为CAN总线上的电气信号。它会根据CAN控制器发送的数据和控制信号，驱动CAN总线上的CAN_H和CAN_L线，产生相应的电压差。

接收部分负责将CAN总线上的电气信号转换为CAN控制器可识别的差分信号。它会对CAN_H和CAN_L线的电压差进行测量，将其转换为CAN控制器可处理的差分信号，供CAN控制器解读。

CAN收发器通常还具备抗干扰能力，能够抵抗来自外部环境的噪声和干扰。它可以通过滤波和电压调节等方式来保证CAN总线上的信号质量和可靠性。

4.差分信号的优势

相对于单信号线传输的方式，使用差分信号传输具有如下优点：

• 抗干扰能力强，当外界存在噪声干扰时，几乎会同时耦合到两条信号线上，而接收端只关心两个信号的差值，所以外界的共模噪声可以被完全抵消。

举一个例子，正常的单线假设逻辑1是3.3V，逻辑0假设是0V，但是如果有噪声，把3.3V弄成了0V(极端)，把0V弄成了-3.3V，此时就逻辑错误，但是有Can高/Can低一般都作用于两根线，所以两个虽然都有噪声影响，但是差值还是不变的

• 能有效抑制它对外部的电磁干扰，同样的道理，由于两根信号的极性相反，他们对外辐射的电磁场可以相互抵消，耦合的越紧密，泄放到外界的电磁能量越少。

举一个例子，假设一根是10V，一根是-10V，单跟都会对外部造成电磁干扰，但是CAN可以把线拧在一起，跟编麻花一样，可以互相抵消电子干扰

• 时序定位精确，由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点，而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断，因而受工艺，温度的影响小，能降低时序上的误差，同时也更适合于低幅度信号的电路。

由于差分信号线具有这些优点，所以在 USB 协议、485 协议、以太网协议及 CAN 协议的物理层中，都使用了差分信号传输。

五、CAN通信用到的帧结构

每一个节点都可以主动发送帧。(帧是CAN协议规定的发送或接收的单位) 。帧由段组成，段由二进制位组成。

序号	名称	帧用途
1	数据帧	用于发送单元向接收单元传送数据的帧。
2	遥控帧	用于接收单元向具有相同 ID 的发送单元请求数据的帧。
3	错误帧	用于当检测出错误时向其它单元通知错误的帧。（硬件自动完成）
4	过载帧	当一个节点正忙于处理接收的信息,可以通知其它节点暂缓发送新报文。（硬件自动完成）
5	间隔帧	用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离开来的帧（硬件自动完成）

帧的种类有很多，其中错误帧、过载帧、帧间隔都是由硬件完成的，没有办法用软件来控制。对于一般使用者来说，只需要掌握数据帧与遥控帧。数据帧和遥控帧有标准格式与扩展格式。标准格式有11位标识符，扩展格式有29位标识符。

1.数据帧

这个东西在串口、IIC、SPI中已经接触过了，就是一个带有数据的数据段。
回忆起：
串口的帧结构，包括起始位-数据段-校验位-停止位。
IIC的帧结构：包括一个起始位、7位或10位的设备地址、读/写位、数据字节和一个终止位。
SPI的帧结构：由一个起始位、一个或多个数据字节和一个终止位组成。
而CAN的数据帧结构如下：

以标准格式为例

（1）帧的起始位
帧的起始位是一个低电平位，称为“SOF”（Start of Frame）。起始位用于标识帧的开始，它的存在可以帮助接收器同步数据位的时钟。
（2）仲裁段
复杂解释：
仲裁段（Arbitration Segment）是CAN帧中的一个重要部分。仲裁段用于决定优先级较高的节点能够成功发送其数据帧，而优先级较低的节点将主动放弃发送。
仲裁段的长度取决于CAN总线的位定时参数，由CAN控制器和通信系统的配置决定。一般情况下，仲裁段的长度为1到8个时间段（Time Quanta）。
在仲裁段中，CAN总线上的所有节点以并行的方式发送其标识符（Identifier）和远程帧标志位（RTR）。标识符是一个唯一的识别码，用于区分不同节点发送的数据帧。
在仲裁段中，每个节点都将其标识符和RTR以位的形式发送到CAN总线上。CAN总线上的所有节点同时检测总线上的位值，并根据标识符的比较结果来判断是否继续发送数据。
在仲裁段中，标识符的比较是基于“非破坏性位定时”（Non-Destructive Bit Timing）的原则进行的。即，每个节点在发送位的同时也在接收位，并与其发送的位进行比较。如果接收到的位与发送的位不一致，节点将意识到有更高优先级的节点正在发送数据，并主动放弃发送。
通过仲裁段的机制，CAN总线能够实现多个节点之间的冲突检测和冲突解决，以确保数据的可靠传输和优先级的正确性。仲裁段是CAN总线通信中的关键环节，为多节点通信提供了有效的调度和控制机制。

我的理解：
数据相当于信，仲裁段相当于这个信的信封的ID编号，车内有许多传感器都要发送数据给CPU，不同种类的数据对应不同编号的信件，仲裁段的编号的不同直接决定了数据种类的不同（节点的不同），也间接决定了收发数据的优先级。

（3）控制段
如图，控制断有这么几个位：
保留位（r0、r1) 必须全部以显性电平发送。但接收方可以接收显性、隐性及其任意组合的电平

RTR（Remote Transmission Request）：RTR是CAN帧的一个位，用于指示发送的帧是数据帧还是远程帧。当RTR位为0时，表示发送的是数据帧；当RTR位为1时，表示发送的是远程帧。数据帧包含实际的数据信息，而远程帧用于请求其他节点发送数据帧。

IDE（Identifier Extension）：IDE是CAN帧的一个位，用于指示标识符（Identifier）的类型。当IDE位为0时，表示标识符是标准格式的11位标识符；当IDE位为1时，表示标识符是扩展格式的29位标识符。标识符用于区分不同节点发送的数据帧。

DLC（Data Length Code）：DLC是CAN帧的一个字段，用于指示数据帧中数据的长度。DLC的取值范围是0到8。不同的DLC值表示数据帧中包含的数据字节数。例如，DLC为2表示数据帧中包含2个字节的数据信息。

（4）数据段
用于承载实际的数据信息。数据段包含了发送或接收的数据帧中的有效数据。

数据段的长度（Data Length）由DLC字段指定，DLC字段的取值范围是0到8，表示数据段中所包含的数据字节数。例如，DLC为2表示数据段中包含2个字节的数据信息。

数据段的具体内容由发送节点确定，并在CAN帧中进行传输。接收节点根据CAN帧中的数据段来解析和处理接收到的数据。

在数据段中，每个数据字节被传输为一个8位的字节，可以是任何有效的8位数据。数据段的内容可以是传感器数据、控制指令、状态信息等，具体取决于应用领域和通信需求。

（5）CRC段、ACK段和结束帧（不是重点，硬件完成）
CRC段：CRC（Cyclic Redundancy Check）段是CAN帧中的一部分，用于校验数据的完整性。CRC是一种通过将数据帧中的数据进行计算和生成的校验码，用于检测数据传输过程中是否出现错误。发送节点在发送数据帧时会计算CRC值，并将其放置在CRC段中。接收节点在接收数据帧时会重新计算CRC值，并与接收到的CRC段中的值进行比较，以判断数据是否完整和正确。如果CRC值匹配，表示数据传输无误；如果CRC值不匹配，表示数据可能出现错误，接收节点可以选择丢弃数据或请求重新发送。

ACK段：ACK（Acknowledgment）段是CAN帧中的一位，用于表示数据的接收状态。在CAN总线中，每个节点都有ACK位用于发送和接收。当发送节点发送数据帧时，它会在CAN总线上检测ACK位。如果接收节点正确接收到数据帧并校验无误，它会发送一个ACK位为0的ACK帧作为应答。发送节点在接收到ACK帧后，确认数据帧已被正确接收并继续发送下一个帧。如果接收节点未能正确接收数据帧或校验失败，它将不会发送ACK帧，发送节点会检测到ACK缺失，可能会进行错误处理或重新发送数据帧。

总结一下就是：

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

2.远程帧（遥控帧）

远程帧用于请求其他节点发送数据，而不是传输实际的数据内容。它在通信过程中充当了一种请求机制，允许一个节点向其他节点发送一个请求，以获取特定的数据。

远程帧的格式与普通的数据帧相似，但是数据段为空。它包含以下几个重要的字段：

帧ID（Frame ID）：远程帧的帧ID字段用于指定请求的目标节点。帧ID表示了数据帧或远程帧所属的消息标识符。

RTR（Remote Transmission Request）：RTR位是远程帧中的一个位，用于指示该帧是一个远程帧。RTR位为1表示该帧是远程帧，用于请求其他节点发送数据。

DLC（Data Length Code）：DLC字段指定了远程帧中数据段的长度。因为远程帧不包含实际的数据内容，所以DLC字段通常被设置为0。

当一个节点发送一个远程帧时，它会将帧ID和RTR位设置为指定的值，并将DLC字段设置为0。其他节点在接收到远程帧后，根据帧ID和RTR位来判断请求的目标，并准备相应的数据进行回应。

接收到远程帧的节点可以根据请求的帧ID和其他信息来准备响应数据帧，然后将其发送回请求节点。这种机制允许节点之间进行灵活的数据交换和通信。

六、CAN的仲裁机制

CAN（Controller Area Network）的仲裁机制是用于处理多个节点同时发送数据时的冲突，确保数据传输的可靠性和顺序性。CAN总线上的仲裁机制基于“非破坏性位定时”和“优先级”原则。

以下是CAN的仲裁机制的主要步骤：

位定时：CAN总线上的每个节点都有一个内部时钟，用于确定发送数据的时间。在数据传输开始之前，发送节点会监测总线上的电平，直到检测到总线电平从高电平（逻辑1）变为低电平（逻辑0）时，数据传输才开始。这个时间点称为“位定时”。
抢占优先级：CAN总线上的每个节点都有唯一的标识符（ID）来确定其优先级。较低ID的节点具有较高的优先级。当多个节点同时开始发送数据时，会根据节点的ID来进行优先级判断。
按位比较：发送节点在发送数据时，会逐个比较每一位的值。如果在某一位的比较中，发送节点的值与总线上的值不匹配，发送节点会停止发送数据，并等待其他节点继续发送。
非破坏性位定时：在冲突发生后，发送节点会停止发送数据，并等待冲突结束。此时，节点会继续监听总线上的电平。在总线上的每个节点都会根据自己的时钟进行非破坏性位定时，直到冲突结束。
传输完成：一旦其他节点完成数据的传输，发送节点会根据优先级重新开始发送数据。最高优先级的节点将能够成功发送其数据，其他节点会在下一个时间窗口中重新尝试发送。

这个图里，三个节点同时发送数据，而仲裁段中node3最低位是显性低电平，具有更高的优先级，因此会先发送node3的数据。

在总线空闲时，最先开始发送的节点获得发送权，一旦开始发送，不会被其他节点抢占。
多个节点同时开始发送时，各发送节点从仲裁段的第一位开始进行仲裁。连续输出显性电平最多的节点可继续发送。(Dominant ：显性优先)
具有相同ID的数据帧和遥控帧在总线上竞争时，仲裁段的最后一位（RTR）为显性位的数据帧具有优先权可继续发送。
标准格式ID与具有相同ID的遥控帧或者扩展格式的数据帧在总线上竞争时，标准格式的RTR 位为显性位的具有优先权可继续发送。

七、STM32部署CAN通信

1.CAN控制器

STM32 的芯片中具有 bxCAN 控制器 (Basic Extended CAN)，它支持 CAN 协议 2.0A 和 2.0B 标准。该 CAN 控制器支持最高的通讯速率为 1Mb/s；可以自动地接收和发送 CAN 报文，支持使用标准ID 和扩展 ID 的报文；外设中具有 3 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；具有 2 个 3 级深度的接收 FIFO，可使用过滤功能只接收或不接收某些 ID 号的报文；可配置成自动重发；不支持使用 DMA 进行数据收发。框架示意图如下：

STM32 的有两组 CAN 控制器，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 无法直接访问存储区域，所以使用 CAN2 的时候必须使能 CAN1 外设的时钟。框图中主要包含 CAN 控制内核、发送邮箱、接收 FIFO 以及验收筛选器。

①FIFO是什么？

FIFO（First In, First Out）是一种数据结构，可以用来存储和管理数据。它类似于一个队列，数据按照先进先出的顺序进行处理。

在通信中，FIFO常用于缓存数据。以下是一些使用FIFO的原因：
（1）数据传输速率不匹配：发送和接收设备可能具有不同的数据传输速率。使用FIFO可以缓存发送和接收的数据，以便在速率不匹配的情况下进行数据的暂存和调整。
（2）数据处理延迟：在通信过程中，数据的处理可能需要花费一定的时间。使用FIFO可以在数据处理的同时，缓存接收到的数据，确保数据不会丢失。
（3）数据突发性：在某些情况下，数据可能以突发的方式传输，即在短时间内连续传输大量的数据。使用FIFO可以暂存这些突发数据，以便后续逐个处理。
（4）数据优先级：在多个数据同时到达时，可能需要按照优先级进行处理。使用FIFO可以根据数据的优先级进行排序和处理。
（5）数据流控制：当发送和接收设备之间的数据流量不平衡时，使用FIFO可以实现数据的流控制，避免数据丢失或溢出。

②发送邮箱和接收邮箱是什么？

在CAN通信中，发送邮箱（Transmit Mailbox）和接收邮箱（Receive Mailbox）是CAN控制器中的缓冲区，用于存储发送和接收的CAN帧。

发送邮箱（Transmit Mailbox）： 发送邮箱用于将要发送的CAN帧暂存到CAN控制器中，等待发送。通常，CAN控制器会提供多个发送邮箱，可以同时存储多个待发送的CAN帧。每个发送邮箱都有自己的标识符、数据和控制位，用于配置和标识发送的CAN帧。当发送邮箱中的CAN帧被发送出去后，发送邮箱就可以用来存储新的待发送CAN帧。

接收邮箱（Receive Mailbox）： 接收邮箱用于存储接收到的CAN帧。CAN控制器通常提供多个接收邮箱，用于存储不同的CAN帧。每个接收邮箱都有自己的标识符、数据和控制位，用于存储接收到的CAN帧的相关信息。当CAN控制器接收到一个CAN帧时，它会将该帧存储到一个可用的接收邮箱中，供主机处理和读取。

发送邮箱和接收邮箱的数量和配置取决于所使用的CAN控制器的型号和功能。不同的CAN控制器可能提供不同数量和特性的发送邮箱和接收邮箱。这些邮箱的使用可以通过相应的寄存器进行配置和管理，以实现对CAN帧的发送和接收控制。

③接收过滤器是什么？

接收过滤器（Receive Filters）是用于过滤接收到的CAN帧的机制。在CAN通信中，接收过滤器用于筛选和选择感兴趣的CAN帧，以便只接收需要的数据。

接收过滤器通过配置一些参数来确定接收哪些CAN帧，而忽略其他不需要的CAN帧。这些参数可以包括以下内容：

标识符（Identifier）：接收过滤器可以配置一个或多个标识符，以识别需要接收的CAN帧。只有匹配这些标识符的CAN帧才会被接收和处理。

掩码（Mask）：**掩码用于与CAN帧的标识符进行逻辑与运算，以过滤出符合条件的CAN帧。**掩码的每个位与标识符的对应位进行比较，如果相匹配，则继续进行后续的过滤和处理。

过滤器模式（Filter Mode）：接收过滤器可以配置为不同的模式，例如屏蔽位模式（Mask Mode）和列表模式（List Mode）。在屏蔽位模式下，使用一个或多个屏蔽位和标识符进行过滤。在列表模式下，使用多个过滤器进行匹配和过滤。

通过合理配置接收过滤器，可以实现对CAN帧的灵活过滤和选择，只接收和处理需要的数据。这对于提高CAN通信的效率和可靠性非常重要，特别是在复杂的系统中，其中可能存在多个CAN节点和大量的CAN帧。在使用STM32微控制器进行CAN通信时，可以使用相应的寄存器来配置和管理接收过滤器。

2.STM32使用CAN需要哪些寄存器？

在STM32微控制器中，使用CAN控制器进行CAN通信需要配置和操作以下一些常见的与CAN相关的寄存器：

寄存器名	作用
CAN控制器配置寄存器（CAN_CRx）	用于配置CAN控制器的工作模式、使能CAN控制器、设置CAN的时钟源等。
CAN接收过滤器配置寄存器（CAN_FMR	用于配置CAN接收过滤器的参数，包括过滤器模式、过滤器数量等。
CAN接收过滤器组X标识符寄存器（CAN_FxR1）和CAN接收过滤器组X掩码寄存器（CAN_FxR2）	用于配置接收过滤器组X的标识符和掩码。
CAN中断使能寄存器（CAN_IER）	用于配置CAN中断的使能和屏蔽。
CAN状态寄存器（CAN_SR）	用于读取CAN控制器的状态信息，例如是否接收到新的CAN帧、是否发送完成等。
CAN发送邮箱X标识符寄存器（CAN_TXxR）和CAN发送邮箱X数据长度寄存器（CAN_TXxDLC）	用于配置发送邮箱X的标识符和数据长度。
CAN发送邮箱X数据寄存器（CAN_TXxDTx）	用于配置和发送发送邮箱X的数据。
CAN接收邮箱X标识符寄存器（CAN_RXxR）和CAN接收邮箱X数据长度寄存器（CAN_RXxDLC）	用于读取接收邮箱X中的CAN帧的标识符和数据长度。
CAN接收邮箱X数据寄存器（CAN_RXxDTx）	用于读取接收邮箱X中的CAN帧的数据。
CAN错误状态寄存器（CAN_ESR）	用于读取CAN控制器的错误状态信息，例如错误计数器、错误类型等。
CAN错误管理寄存器（CAN_MSR）	用于清除和管理CAN控制器的错误状态。

八、以正点原子例程解析CAN通信

1.初始化程序

CAN_Mode_Init(CAN_SJW_1tq,CAN_BS2_8tq,CAN_BS1_9tq,4,CAN_Mode_LoopBack);
//CAN初始化环回模式,波特率500Kbps

这些传参都是什么意思？怎么初始化的呢？进入具体函数定义：

//tsjw:重新同步跳跃时间单元.范围:CAN_SJW_1tq~ CAN_SJW_4tq
//tbs2:时间段2的时间单元.   范围:CAN_BS2_1tq~CAN_BS2_8tq;
//tbs1:时间段1的时间单元.   范围:CAN_BS1_1tq ~CAN_BS1_16tq
//brp :波特率分频器.范围:1~1024;  tq=(brp)*tpclk1
//波特率=Fpclk1/((tbs1+1+tbs2+1+1)*brp);
//mode:CAN_Mode_Normal,普通模式;CAN_Mode_LoopBack,回环模式;
//Fpclk1的时钟在初始化的时候设置为36M,如果设置CAN_Mode_Init(CAN_SJW_1tq,CAN_BS2_8tq,CAN_BS1_9tq,4,CAN_Mode_LoopBack);
//则波特率为:36M/((8+9+1)*4)=500Kbps
//返回值:0,初始化OK;
//    其他,初始化失败;
u8 CAN_Mode_Init(u8 tsjw,u8 tbs2,u8 tbs1,u16 brp,u8 mode)
{

	  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; 
	  CAN_InitTypeDef        CAN_InitStructure;
 	  CAN_FilterInitTypeDef  CAN_FilterInitStructure;
#if CAN_RX0_INT_ENABLE 
   	NVIC_InitTypeDef  NVIC_InitStructure;
#endif
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);//使能PORTA时钟	                   											 
  	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1, ENABLE);//使能CAN1时钟	

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;	//复用推挽
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);		//初始化IO
   
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;//上拉输入
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化IO
	  
 	//CAN单元设置
 	  CAN_InitStructure.CAN_TTCM=DISABLE;						 //非时间触发通信模式  //
 	  CAN_InitStructure.CAN_ABOM=DISABLE;						 //软件自动离线管理	 //
  	CAN_InitStructure.CAN_AWUM=DISABLE;						 //睡眠模式通过软件唤醒(清除CAN->MCR的SLEEP位)//
  	CAN_InitStructure.CAN_NART=ENABLE;						 	//禁止报文自动传送 //
  	CAN_InitStructure.CAN_RFLM=DISABLE;						 //报文不锁定,新的覆盖旧的 // 
  	CAN_InitStructure.CAN_TXFP=DISABLE;						 //优先级由报文标识符决定 //
  	CAN_InitStructure.CAN_Mode= mode;	         //模式设置： mode:0,普通模式;1,回环模式; //
  	//设置波特率
  	CAN_InitStructure.CAN_SJW=tsjw;				//重新同步跳跃宽度(Tsjw)为tsjw+1个时间单位  CAN_SJW_1tq	 CAN_SJW_2tq CAN_SJW_3tq CAN_SJW_4tq
  	CAN_InitStructure.CAN_BS1=tbs1; //Tbs1=tbs1+1个时间单位CAN_BS1_1tq ~CAN_BS1_16tq
  	CAN_InitStructure.CAN_BS2=tbs2;//Tbs2=tbs2+1个时间单位CAN_BS2_1tq ~	CAN_BS2_8tq
  	CAN_InitStructure.CAN_Prescaler=brp;            //分频系数(Fdiv)为brp+1	//
  	CAN_Init(CAN1, &CAN_InitStructure);            // 初始化CAN1 
  	
 	CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterNumber=0;	  //过滤器0
   	CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMode=CAN_FilterMode_IdMask; 
  	CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterScale=CAN_FilterScale_32bit; //32位 
  	CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdHigh=0x0000;32位ID
  	CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdLow=0x0000;
  	CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdHigh=0x0000;//32位MASK
  	CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdLow=0x0000;
  	CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterFIFOAssignment=CAN_Filter_FIFO0;//过滤器0关联到FIFO0
 	CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterActivation=ENABLE; //激活过滤器0

  	CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStructure);//滤波器初始化
#if CAN_RX0_INT_ENABLE
	
	  CAN_ITConfig(CAN1,CAN_IT_FMP0,ENABLE);//FIFO0消息挂号中断允许.		    
  
  	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USB_LP_CAN1_RX0_IRQn;
  	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;     // 主优先级为1
  	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;            // 次优先级为0
  	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
#endif
	return 0;
}

(1)首先，PA11和PA12引脚是CAN1的收发引脚。正常对GPIO初始化。

（2）这里注意到，CAN有两个结构体，
CAN_InitTypeDef 和CAN_FilterInitTypeDef 。看看其中第一个的具体的结构体成员：

typedef struct
{
 uint16_t CAN_Prescaler; 
 uint8_t CAN_Mode; 
 uint8_t CAN_SJW; 
 uint8_t CAN_BS1; 
 uint8_t CAN_BS2; 
 FunctionalState CAN_TTCM; 
 FunctionalState CAN_ABOM; 
 FunctionalState CAN_AWUM; 
 FunctionalState CAN_NART; 
 FunctionalState CAN_RFLM; 
 FunctionalState CAN_TXFP; 
} CAN_InitTypeDef;
} CAN_InitTypeDef;

这个结构体看起来成员变量比较多，实际上参数可以分为两类。
前面 5 个参数是用来设置寄存器 CAN_BTR，用来设置模式以及波特率相关的参数，这在前面有讲解过，设置模式的参数是CAN_Mode，我们实验中用到回环模式 CAN_Mode_LoopBack 和常规模式 CAN_Mode_Normal，还可以选择静默模式以及静默回环模式测试。
其他设置波特率相关的参数 CAN_Prescaler，CAN_SJW，CAN_BS1 和 CAN_BS2 分别用来设置波特率分频器，重新同步跳跃宽度以及时间段 1 和时间段 2 占用的时间单元数。后面 6 个成员变量用来设置寄存器 CAN_MCR，也就是设置 CAN 通信相关的控制位。具体注释为：

CAN_InitStructure.CAN_TTCM=DISABLE; //非时间触发通信模式
CAN_InitStructure.CAN_ABOM=DISABLE; //软件自动离线管理
CAN_InitStructure.CAN_AWUM=DISABLE; //睡眠模式通过软件唤醒
CAN_InitStructure.CAN_NART=ENABLE; //禁止报文自动传送
CAN_InitStructure.CAN_RFLM=DISABLE; //报文不锁定,新的覆盖旧的
CAN_InitStructure.CAN_TXFP=DISABLE; //优先级由报文标识符决定
CAN_InitStructure.CAN_Mode= CAN_Mode_LoopBack; //模式设置： 1,回环模式;
//设置波特率
CAN_InitStructure.CAN_SJW=CAN_SJW_1tq;//重新同步跳跃宽度为个时间单位 
CAN_InitStructure.CAN_BS1=CAN_BS1_8tq; //时间段 1 占用 8 个时间单位
CAN_InitStructure.CAN_BS2=CAN_BS2_7tq;//时间段 2 占用 7 个时间单位
CAN_InitStructure.CAN_Prescaler=5; //分频系数(Fdiv)
CAN_Init(CAN1, &CAN_InitStructure); // 初始化 CAN1

而滤波器设置：

typedef struct
{
 uint16_t CAN_FilterIdHigh; 
 uint16_t CAN_FilterIdLow; 
 uint16_t CAN_FilterMaskIdHigh; 
 uint16_t CAN_FilterMaskIdLow; 
 uint16_t CAN_FilterFIFOAssignment; 
 uint8_t CAN_FilterNumber; 
 uint8_t CAN_FilterMode; 
 uint8_t CAN_FilterScale; 
 FunctionalState CAN_FilterActivation; 
} CAN_FilterInitTypeDef;

CAN_FilterIdHigh：过滤器标识符高位，用于指定过滤器的标识符的高16位。

CAN_FilterIdLow：过滤器标识符低位，用于指定过滤器的标识符的低16位。

CAN_FilterMaskIdHigh：过滤器屏蔽标识符高位，用于指定过滤器的屏蔽标识符的高16位。

CAN_FilterMaskIdLow：过滤器屏蔽标识符低位，用于指定过滤器的屏蔽标识符的低16位。

CAN_FilterFIFOAssignment：过滤器FIFO分配，用于指定过滤器匹配的CAN帧应该存储在哪个FIFO中。

CAN_FilterNumber：过滤器编号，用于指定过滤器的编号。

CAN_FilterMode：过滤器模式，用于指定过滤器的工作模式，可以是以下值之一：单滤波器模式、双滤波器模式、列表模式。

CAN_FilterScale：过滤器比例，用于指定过滤器的比例，可以是以下值之一：16位比例、32位比例。

CAN_FilterActivation：过滤器激活状态，用于启用或禁用过滤器。

2.CAN发送和接收消息

1.发送和接收结构体

typedef struct
{
  uint32_t StdId; 
  uint32_t ExtId; 
  uint8_t IDE;    
  uint8_t RTR;    
  uint8_t DLC;    
  uint8_t Data[8]; 
} CanTxMsg;

其实前文已经说过了，这段代码定义了CAN消息的结构体类型CanTxMsg，用于表示CAN消息的各个字段。具体字段如下：

StdId：标准标识符，用于指定CAN消息的标准标识符（11位）。
ExtId：扩展标识符，用于指定CAN消息的扩展标识符（29位）。
IDE：标识符扩展位，用于指定CAN消息的标识符类型。0表示标准标识符，1表示扩展标识符。
RTR：远程发送请求位，用于指定CAN消息的发送类型。0表示数据帧，1表示远程帧。
DLC：数据长度码，用于指定CAN消息的数据长度（0-8字节）。
Data：CAN消息的数据，用于存储CAN消息的数据内容。数据长度由DLC字段指定，最大长度为8字节。

//can发送一组数据(固定格式:ID为0X12,标准帧,数据帧)	
//len:数据长度(最大为8)				     
//msg:数据指针,最大为8个字节.
//返回值:0,成功;
//		 其他,失败;
u8 Can_Send_Msg(u8* msg,u8 len)
{	
  u8 mbox;
  u16 i=0;
  CanTxMsg TxMessage;
  TxMessage.StdId=0x12;					 // 标准标识符 
  TxMessage.ExtId=0x12;				   // 设置扩展标示符 
  TxMessage.IDE=CAN_Id_Standard; // 标准帧
  TxMessage.RTR=CAN_RTR_Data;		 // 数据帧
  TxMessage.DLC=len;						// 要发送的数据长度
  for(i=0;i<len;i++)
  TxMessage.Data[i]=msg[i];			          
  mbox= CAN_Transmit(CAN1, &TxMessage);   
  i=0;
  while((CAN_TransmitStatus(CAN1, mbox)==CAN_TxStatus_Failed)&&(i<0XFFF))i++;	//等待发送结束
  if(i>=0XFFF)return 1;
  return 0;		

}
//can口接收数据查询
//buf:数据缓存区;	 
//返回值:0,无数据被收到;
//		 其他,接收的数据长度;
u8 Can_Receive_Msg(u8 *buf)
{		   		   
 	u32 i;
	CanRxMsg RxMessage;
    if( CAN_MessagePending(CAN1,CAN_FIFO0)==0)return 0;		//没有接收到数据,直接退出 
    CAN_Receive(CAN1, CAN_FIFO0, &RxMessage);//读取数据	
    for(i=0;i<8;i++)
    buf[i]=RxMessage.Data[i];  
	return RxMessage.DLC;	
}

发送函数的核心是：
使用循环语句将msg数组中的数据逐个复制到TxMessage的Data字段中。
调用CAN_Transmit函数，将TxMessage发送到CAN1控制器，并将返回的发送邮箱索引保存到mbox变量中。
初始化i为0。
使用循环语句判断发送是否完成，如果发送失败且循环次数小于0XFFF，则继续等待发送结束。
如果循环次数达到0XFFF仍未发送成功，则返回1表示发送失败。
如果发送成功，返回0表示发送成功。

接收函数的核心是：
声明一个CanRxMsg类型的变量RxMessage，用于接收CAN消息。
使用CAN_MessagePending函数判断CAN1控制器的FIFO0是否有待处理的消息。如果没有消息，则直接返回0表示没有接收到数据。
使用CAN_Receive函数从CAN1控制器的FIFO0中读取数据，并将读取到的数据保存到RxMessage变量中。
使用循环语句将RxMessage的数据逐个复制到buf缓冲区中。
返回RxMessage的DLC字段，表示接收到的消息数据长度。

3.主函数部分

	while(1)
	{
		key=KEY_Scan(0);
		if(key==KEY0_PRES)//KEY0按下,发送一次数据
		{
			for(i=0;i<8;i++)
			{
				canbuf[i]=cnt+i;//填充发送缓冲区
				if(i<4)   printf("canbuf[%d]=%d",i,canbuf[i]);	//显示数据
				else printf("canbuf[%d]=%d",i,canbuf[i]);	//显示数据
 			}
			res=Can_Send_Msg(canbuf,8);//发送8个字节 
			if(res)LCD_ShowString(60+80,190,200,16,16,"Failed");		//提示发送失败
			else LCD_ShowString(60+80,190,200,16,16,"OK    ");	 		//提示发送成功								   
		}else if(key==WKUP_PRES)//WK_UP按下，改变CAN的工作模式
		{	   
			mode=!mode;
  			CAN_Mode_Init(CAN_SJW_1tq,CAN_BS2_8tq,CAN_BS1_9tq,4,mode);//CAN普通模式初始化, 波特率500Kbps 
			POINT_COLOR=RED;//设置字体为红色 
			if(mode==0)//普通模式，需要2个开发板
			{
				LCD_ShowString(60,130,200,16,16,"Nnormal Mode ");	    
			}else //回环模式,一个开发板就可以测试了.
			{
 				LCD_ShowString(60,130,200,16,16,"LoopBack Mode");
			}
 			POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝色 
		}		 
		key=Can_Receive_Msg(canbuf);
		if(key)//接收到有数据
		{			
			LCD_Fill(60,270,130,310,WHITE);//清除之前的显示
 			for(i=0;i<key;i++)
			{									    
				if(i<4)printf("canbuf[%d]=%d",i,canbuf[i]);	//显示数据
				else printf("canbuf[%d]=%d",i,canbuf[i]);	//显示数据
 			}
		}
		t++; 
		delay_ms(10);
		if(t==20)
		{
			LED0=!LED0;//提示系统正在运行	
			t=0;
			cnt++;
			printf("cnt=%d",cnt);
			//LCD_ShowxNum(60+48,170,cnt,3,16,0X80);	//显示数据
		}		   
	}
}

比较简单，就是建立了一个8个字节的数组，把cnt数值用for循环存进数组中，按下按钮，通过CAN发送函数发送到节点去。