STM32 CAN通信协议详解—小白入门（二）

文章目录

（一）CAN通信协议简介
（二）CAN物理层

      2.1、闭环总线网络2.2、开环总线网络2.3、通信节点2.4、差分信号2.5、CAN协议的差分信号

（三）协议层

      3.1、CAN的波特率及位同步 3.2、位时序分解        3.3、通讯的波特率3.4、同步过程分析3.5、CAN的报文种类及结构3.5.1、报文的种类3.6、数据帧的结构3.7、其他数据帧的结构

（四）STM32的CAN外设简介

      4.1、控制内核4.1.1、主控制寄存器 CAN_MCR4.1.2、位时序寄存器 (CAN_BTR) 及波特率4.2、CAN发送邮箱4.2.1、CAN接受FIFO4.3、验收筛选器4.4、整体逻辑控制

（五）CAN代码中的部分初始化代码

前言：因为CAN通信协议内容过多，我分为两节进行讲解，请结合STM32 CAN通信协议详解—小白入门（一）这一章阅读

（四）STM32的CAN外设简介
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。
图中是 STM32F105/107 系列互联型芯片的 CAN 外设架构图，图里具有 2 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。我们实验板中使用的 STM32F103 系列芯片跟上述框图类似，但该系列只包含 1 组 CAN 控制器，即它们不包含图中标号的部分。
下面对框图中的各个部分进行介绍。

4.1、CAN的控制内核
框图中标号处的 CAN 控制内核包含了各种控制寄存器及状态寄存器，我们主要讲解其中的主控制寄存器 CAN_MCR 及位时序寄存器 CAN_BTR。

4.1.1、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 调试冻结功能
DBF(Debug freeze) 调试冻结，使用它可设置 CAN 处于工作状态或禁止收发的状态，禁止收发时仍可访问接收 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。
(2) TTCM 时间触发模式
TTCM(Time triggered communication mode) 时间触发模式，它用于配置 CAN 的时间触发通信模式，在此模式下，CAN 使用它内部定时器产生时间戳，并把它保存在CAN_RDTxR、CAN_TDTxR 寄存器中。内部定时器在每个 CAN 位时间累加，在接收和发送的帧起始位被采样，并生成时间戳。利用它可以实现 ISO 11898-4 CAN 标准的分时同步通信功能。
(3) ABOM 自动离线管理
ABOM (Automatic bus-off management) 自动离线管理，它用于设置是否使用自动离线管理功能。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，它会在适当的时候自动恢复。
(4) AWUM 自动唤醒
AWUM (Automatic bus-off management)，自动唤醒功能，CAN 外设可以使用软件进入低功耗的睡眠模式，如果使能了这个自动唤醒功能，当 CAN 检测到总线活动的时候，会自动唤醒。
(5) NART 自动重传
NART(No automatic retransmission) 报文自动重传功能，设置这个功能后，当报文发送失败时会自动重传至成功为止。若不使用这个功能，无论发送结果如何，消息只发送一次。
(6) RFLM 锁定模式
RFLM(Receive FIFO locked mode)FIFO 锁定模式，该功能用于锁定接收 FIFO 。锁定后，当接收 FIFO 溢出时，会丢弃下一个接收的报文。若不锁定，则下一个接收到的报文会覆盖原报文。
(7) TXFP 报文发送优先级的判定方法
TXFP(Transmit FIFO priority) 报文发送优先级的判定方法，当 CAN 外设的发送邮箱中有多个待发送报文时，本功能可以控制它是根据报文的 ID 优先级还是报文存进邮箱的顺序来发送。

4.1.2、位时序寄存器 (CAN_BTR) 及波特率
CAN 外设中的位时序寄存器 CAN_BTR 用于配置测试模式、波特率以及各种位内的段参数。
(1) 测试模式
为方便调试，STM32 的 CAN 提供了测试模式，配置位时序寄存器 CAN_BTR 的 SILM 及 LBKM寄存器位可以控制使用正常模式、静默模式、回环模式及静默回环模式，见下图。
各个工作模式介绍如下：
• 正常模式
正常模式下就是一个正常的 CAN 节点，可以向总线发送数据和接收数据。
• 静默模式
静默模式下，它自己的输出端的逻辑 0 数据会直接传输到它自己的输入端，逻辑 1 可以被发送到总线，所以它不能向总线发送显性位 (逻辑 0)，只能发送隐性位 (逻辑 1)。
输入端可以从总线接收内容。由于它只可发送的隐性位不会强制影响总线的状态，所以把它称为静默模式。这种模式一般用于监测，它可以用于分析总线上的流量，但又不会因为发送显性位而影响总线。
• 回环模式
回环模式下，它自己的输出端的所有内容都直接传输到自己的输入端，输出端的内容同时也会被传输到总线上，即也可使用总线监测它的发送内容。输入端只接收自己发送端的内容，不接收来自总线上的内容。使用回环模式可以进行自检。（这个模式我们自己使用一个开发板就可以实现了）
• 回环静默模式
回环静默模式是以上两种模式的结合，自己的输出端的所有内容都直接传输到自己的输入端，并且不会向总线发送显性位影响总线，不能通过总线监测它的发送内容。输入端只接收自己发送端的内容，不接收来自总线上的内容。这种方式可以在“热自检”时使用，即自我检查的时候，不会干扰总线。
以上说的各个模式，是不需要修改硬件接线的，例如，当输出直接连输入时，它是在 STM32 芯片内部连接的，传输路径不经过 STM32 的 CAN_Tx/Rx 引脚，更不经过外部连接的 CAN 收发器，只有输出数据到总线或从总线接收的情况下才会经过 CAN_Tx/Rx 引脚和收发器。

4.1.3、位时序及波特率
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，采样点位于 BS1 及 BS2 段的交界处。其中 SYNC_SEG 段固定长度为 1Tq，而 BS1 及 BS2 段可以在位时序寄存器 CAN_BTR 设置它们的时间长度，它们可以在重新同步期间增长或缩短，该长度SJW 也可在位时序寄存器中配置。

理解 STM32 的 CAN 外设的位时序时，可以把它的 BS1 段理解为是由前面介绍的 CAN 标准协议中 PTS 段与 PBS1 段合在一起的，而 BS2 段就相当于 PBS2 段。了解位时序后，我们就可以配置波特率了。通过配置位时序寄存器 CAN_BTR 的 TS1[3:0] 及TS2[2:0] 寄存器位设定 BS1 及 BS2 段的长度后，我们就可以确定每个 CAN 数据位的时间：
BS1 段时间：
TS1=Tq x (TS1[3:0] + 1)，
BS2 段时间：
TS2= Tq x (TS2[2:0] + 1)，
一个数据位的时间：
T1bit =1Tq+TS1+TS2 =1+ (TS1[3:0] + 1)+ (TS2[2:0] + 1)= N Tq
其中单个时间片的长度 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 TPCLK
其中的 PCLK 指 APB1 时钟，默认值为 42MHz。
最终可以计算出 CAN 通讯的波特率：
BaudRate = 1/N Tq
例如下表说明了一种把波特率配置为 1Mbps 的方式。

4.2、CAN 发送邮箱
回到图 24‑5 中的 CAN 外设框图，在标号处的是 CAN 外设的发送邮箱，它一共有 3 个发送邮箱，即最多可以缓存 3 个待发送的报文。
每个发送邮箱中包含有标识符寄存器 CAN_TIxR、数据长度控制寄存器 CAN_TDTxR 及 2 个数据寄存器 CAN_TDLxR、CAN_TDHxR，它们的功能见下表。
当我们要使用 CAN 外设发送报文时，把报文的各个段分解，按位置写入到这些寄存器中，并对标识符寄存器 CAN_TIxR 中的发送请求寄存器位 TMIDxR_TXRQ 置 1，即可把数据发送出去。其中标识符寄存器 CAN_TIxR 中的 STDID 寄存器位比较特别。我们知道 CAN 的标准标识符的总位数为 11 位，而扩展标识符的总位数为 29 位的。当报文使用扩展标识符的时候，标识符寄存器 CAN_TIxR 中的 STDID[10:0] 等效于EXTID[18:28] 位，它与 EXTID[17:0] 共同组成完整的 29位扩展标识符。

4.2.1、CAN接受FIFO
图中的 CAN 外设框图，在标号处的是 CAN 外设的接收 FIFO，它一共有 2 个接收 FIFO，每个 FIFO 中有 3 个邮箱，即最多可以缓存 6 个接收到的报文。当接收到报文时，FIFO 的报文计数器会自增，而 STM32 内部读取 FIFO 数据之后，报文计数器会自减，我们通过状态寄存器可获知报文计数器的值，而通过前面主控制寄存器的 RFLM 位，可设置锁定模式，锁定模式下 FIFO溢出时会丢弃新报文，非锁定模式下 FIFO 溢出时新报文会覆盖旧报文。跟发送邮箱类似，每个接收 FIFO 中包含有标识符寄存器 CAN_RIxR、数据长度控制寄存器CAN_RDTxR 及 2 个数据寄存器 CAN_RDLxR、CAN_RDHxR，它们的功能见下表。
通过中断或状态寄存器知道接收 FIFO 有数据后，我们再读取这些寄存器的值即可把接收到的报文加载到 STM32 的内存中。

4.3、验收筛选器
图中筛选器的 4 种工作状态：
每组筛选器包含 2 个 32 位的寄存器，分别为 CAN_FxR1 和 CAN_FxR2，它们用来存储要筛选的ID 或掩码，各个寄存器位代表的意义与图中两个寄存器下面“映射”的一栏一致，各个模式的说明见下表。
例如下面的表格所示，在掩码模式时，第一个寄存器存储要筛选的 ID，第二个寄存器存储掩码，掩码为 1 的部分表示该位必须与 ID 中的内容一致，筛选的结果为表中第三行的 ID 值，它是一组包含多个的 ID 值，其中 x 表示该位可以为 1 可以为 0。

而工作在标识符模式时，2 个寄存器存储的都是要筛选的 ID，它只包含 2 个要筛选的 ID 值 (32位模式时)。如果使能了筛选器，且报文的 ID 与所有筛选器的配置都不匹配，CAN 外设会丢弃该报文，不存入接收 FIFO。

4.4、整体逻辑控制
回到结构框图，图中的标号处表示的是 CAN2 外设的结构，它与 CAN1 外设是一样的，他们共用筛选器且由于存储访问控制器由 CAN1 控制，所以要使用 CAN2 的时候必须要使能 CAN1的时钟。其中 STM32F103 系列芯片不具有 CAN2 控制器。

（五）CAN代码中的部分初始化代码
完整代码：（基于STM32F103ZET6）
（CAN回环模式实验）
链接： https://pan.baidu.com/s/1Im7SKKMvEBpEyqlkwFmWcg
提取码：errn
（CAN双机实验）
链接： https://pan.baidu.com/s/1gC63c1dgYfIj9isPE5oUFg
提取码：xd65

/** 函数名：CAN_GPIO_Config* 描述  ：CAN的GPIO 配置* 输入  ：无* 输出  : 无* 调用  ：内部调用*/
static void CAN_GPIO_Config(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;       /* Enable GPIO clock */RCC_APB2PeriphClockCmd(CAN_TX_GPIO_CLK|CAN_RX_GPIO_CLK, ENABLE);//重映射引脚GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap1_CAN1, ENABLE);/* Configure CAN TX pins */GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = CAN_TX_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;                // 复用推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(CAN_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);/* Configure CAN RX  pins */GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = CAN_RX_PIN ;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;               // 上拉输入GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(CAN_RX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);}
/** 函数名：CAN_NVIC_Config* 描述  ：CAN的NVIC 配置,第1优先级组，0，0优先级* 输入  ：无* 输出  : 无* 调用  ：内部调用*/
static void CAN_NVIC_Config(void)
{NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;/* Configure one bit for preemption priority */NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);/*中断设置*/NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = CAN_RX_IRQ;       //CAN1 RX0中断NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;          //抢占优先级0NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;             //子优先级为0NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
/** 函数名：CAN_Mode_Config* 描述  ：CAN的模式 配置* 输入  ：无* 输出  : 无* 调用  ：内部调用*/
static void CAN_Mode_Config(void)
{CAN_InitTypeDef        CAN_InitStructure;/************************CAN通信参数设置**********************************//* Enable CAN clock */RCC_APB1PeriphClockCmd(CAN_CLK, ENABLE);/*CAN寄存器初始化*/CAN_DeInit(CANx);CAN_StructInit(&CAN_InitStructure);/*CAN单元初始化*/CAN_InitStructure.CAN_TTCM=DISABLE;             //MCR-TTCM  关闭时间触发通信模式使能CAN_InitStructure.CAN_ABOM=ENABLE;             //MCR-ABOM  自动离线管理 CAN_InitStructure.CAN_AWUM=ENABLE;              //MCR-AWUM  使用自动唤醒模式CAN_InitStructure.CAN_NART=DISABLE;            //MCR-NART  禁止报文自动重传   DISABLE-自动重传CAN_InitStructure.CAN_RFLM=DISABLE;             //MCR-RFLM  接收FIFO 锁定模式  DISABLE-溢出时新报文会覆盖原有报文  CAN_InitStructure.CAN_TXFP=DISABLE;            //MCR-TXFP  发送FIFO优先级 DISABLE-优先级取决于报文标示符 CAN_InitStructure.CAN_Mode = CAN_Mode_Normal;  //正常工作模式CAN_InitStructure.CAN_SJW=CAN_SJW_2tq;           //BTR-SJW 重新同步跳跃宽度 2个时间单元/* ss=1 bs1=5 bs2=3 位时间宽度为(1+5+3) 波特率即为时钟周期tq*(1+3+5)  */CAN_InitStructure.CAN_BS1=CAN_BS1_5tq;        //BTR-TS1 时间段1 占用了5个时间单元CAN_InitStructure.CAN_BS2=CAN_BS2_3tq;         //BTR-TS1 时间段2 占用了3个时间单元 /* CAN Baudrate = 1 MBps (1MBps已为stm32的CAN最高速率) (CAN 时钟频率为 APB1 = 36 MHz) */CAN_InitStructure.CAN_Prescaler =4;         BTR-BRP 波特率分频器  定义了时间单元的时间长度 36/(1+5+3)/4=1 MbpsCAN_Init(CANx, &CAN_InitStructure);
}
/** 函数名：CAN_Filter_Config* 描述  ：CAN的过滤器 配置* 输入  ：无* 输出  : 无* 调用  ：内部调用*/
static void CAN_Filter_Config(void)
{CAN_FilterInitTypeDef  CAN_FilterInitStructure;/*CAN筛选器初始化*/CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterNumber=0;                       //筛选器组0CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMode=CAN_FilterMode_IdMask;   //工作在掩码模式CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterScale=CAN_FilterScale_32bit;    //筛选器位宽为单个32位。/* 使能筛选器，按照标志的内容进行比对筛选，扩展ID不是如下的就抛弃掉，是的话，会存入FIFO0。 */CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdHigh= ((((u32)0x1314<<3)|CAN_ID_EXT|CAN_RTR_DATA)&0xFFFF0000)>>16;      //要筛选的ID高位 CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdLow= (((u32)0x1314<<3)|CAN_ID_EXT|CAN_RTR_DATA)&0xFFFF; //要筛选的ID低位 CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdHigh= 0xFFFF;         //筛选器高16位每位必须匹配CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdLow= 0xFFFF;            //筛选器低16位每位必须匹配CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterFIFOAssignment=CAN_Filter_FIFO0 ;             //筛选器被关联到FIFO0CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterActivation=ENABLE;         //使能筛选器CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStructure);/*CAN通信中断使能*/CAN_ITConfig(CANx, CAN_IT_FMP0, ENABLE);
}

STM32 CAN通信协议详解—小白入门（二）相关推荐

STM32 SPI通信协议详细讲解—小白入门
文章目录 (一)SPI协议简介 (二)SPI物理层 (三)SPI协议层 3.1.SPI基本通信过程 3.2.通信的起始和终止信号 3.3.数据有效性 3.4.CPOL/CPHA及通信模式 (四)STM ...
注意力机制详解(小白入门)
文章目录产生原因注意力机制类型最大池化与平均池化的注意力机制注意力池化层次池化- 引入时序,更新V 循环池化引入时序更新Q 多头注意力池化基于多头注意力的变换器注意力机制的研究进展(待 ...
Modbus 通信协议详解
Modbus 通信协议详解一.介绍二.Modbus 协议简介三.帧格式 1.Modbus功能码 2.1查询功能码0x03 2.2 修改功能码0x06 2.3.修改-0x10功能码 3.归纳下载 ...
2接口详解_TS入门笔记2——TS接口进阶详解
TS入门笔记--TS接口进阶详解一.为什么需要接口? let obj:object; // 定义了一个只能保存对象的变量 // obj = 1; // obj = "123"; ...
Redis主从复制详解（入门教程）
文章目录概念环境配置一主二从配置测试复制原理哨兵模式概述测试哨兵模式全部配置以下是Redis相关笔记总结,方便自己以后复习,同时也希望对大家有所帮助. 内容地址链接 Redis ...
《视频直播技术详解》之二：编码和封装、推流和传输
视频编码是本系列一个重要的部分,如果把整个流媒体比喻成一个物流系统,那么编解码就是其中配货和装货的过程,这个过程非常重要,它的速度和压缩比对物流系统的意义非常大,影响物流系统的整体速度和成本.同样,对 ...
STM32串口通信详解以及通信异常或者卡死常见问题分析
STM32串口通信详解以及通信异常或者卡死常见问题分析目录 STM32串口通信详解以及通信异常或者卡死常见问题分析一.常见的异常问题二.STM32的串口简介 1.串口的通讯方式 ①按数据传输方向 ...
[I2C]I2C通信协议详解（一） --- 什么是I2C
[I2C]I2C通信协议详解(一) --- 什么是I2C 摘要:内部集成电路()I2C(Inter-Integrated Circuit)总线是一种两线串行接口,最初由菲利普斯公司开发,用于消费产品. ...
CMake手册详解（十二）
2019独角兽企业重金招聘Python工程师标准>>> SirDigit CMake手册详解 (十二) CMD#30:find_library查找一个库文件 find_library ...

STM32 CAN通信协议详解—小白入门（二）

文章目录

STM32 CAN通信协议详解—小白入门（二）相关推荐

最新文章

热门文章