目錄

CAN協議介紹

物理層

倍訓總線網路

開環總線網路

通訊節點

差分信號

協議層簡介

CAN的波特率

位時序

幀型別、作用及格式

資料幀

STM32CAN外設

CAN 發送郵箱

CAN 接收 FIFO

有效訊息

接收處理

上溢

識別符號篩選

CAN1與CAN2整體邏輯

HAL庫函式

CAN協議介紹

物理層

CAN 通訊并不是以時鐘信號來進行同步的，它是一種異步通訊，只具有 CAN_High 和 CAN_Low 兩條信號線，共同構成一組差分信號線，以差分信號的形式進行通訊，

CAN的物理層有兩種拓撲結構，倍訓總線網路和開環總線網路，我們將依次介紹他們，

倍訓總線網路

倍訓網路的特點是：高速、近距離，

它的總線最大長度為 40m，通信速度最高為1Mbps，總線的兩端各要求有一個“120 歐”的電阻，

開環總線網路

倍訓網路的特點是：低速、遠距離，

它的最大傳輸距離為1km，最高通訊速率為 125kbps，兩根總線是獨立的、不形成倍訓，要求每根總線上各串聯有一個“2.2 千歐”的電阻，

通訊節點

CAN 總線上可以掛載多個通訊節點，節點之間的信號 經過總線傳輸，實作節點間通訊，

由于 CAN 通訊協議不對節點進行地址編碼，而是對資料內容進行編碼的，所以網路中的節點個數理論上不受限制，只要總線的負載足夠即可，可以通過中繼器增強負載，

CAN 通訊節點由一個 CAN 控制器及 CAN 收發器組成，控制器與收發器之間通過 CAN_Tx 及 CAN_Rx 信號線相連，收發器與 CAN 總線之間使用 CAN_High 及 CAN_Low 信號線相連，而 CAN_High 及 CAN_Low 是一對差分信號線，使用差分信號，

差分信號

與傳統使用單根信號線電壓表示邏輯的方式有區別，使用差分信號傳輸時，需要兩根信號線，這兩個信號線的振幅相等，相位相反，通過兩根信號線 的電壓差值來表示邏輯 0 和邏輯 1，

差分信號傳輸具有如下優點：

• 抗干擾能力強，當外界存在噪聲干擾時，幾憾訓同時耦合到兩條信號線上，所以外界的共模噪聲可以被完全抵消，
• 能有效抑制它對外部的電磁干擾，同樣的道理，由于兩根信號的極性相反，他們對外輻射的電磁場可以相互抵消，耦合的越緊密，泄放到外界的電磁能量越少，
• 時序定位精確，由于差分信號的開關變化是位于兩個信號的交點，而不像普通單端信號依靠高低兩個閾值電壓判斷，因而受工藝，溫度的影響小，能降低時序上的誤差，同時也更適合于低幅度信號的電路，

由于CAN總線的仲裁機制采取“線與”的方式對總線上的信號進行仲裁，因此，假如有兩個 CAN 通訊節點，在同一時間，一個輸出隱性電平，另一個輸出顯性電平，“線與”的總線仲裁機制將使它處于顯性電平狀態，因此低電平“0”被成為顯性電平，

協議層簡介

CAN的波特率

由于 CAN 屬于異步通訊，沒有時鐘信號線，連接在同一個總線網路中的各個節點會像串口異步通訊那樣，節點間使用約定好的波特率進行通訊

總線上的各個通訊節點只要約定好 1 個 Tq 的時間長度以及每一個資料位占據多少個Tq，就可以確定 CAN 通訊的波特率，

位時序

為了實作位同步，在STM32資料手冊中通過將標稱位時間劃分為以下三段

• 同步段 (SYNC_SEG)：位變化應該在此時間段內發生，它只有一個時間片的固定長度 (1 x tCAN)
• 位段 1 (BS1)：定義采樣點的位置，它包括 CAN 標準的 PROP_SEG 和 PHASE_SEG1， 其持續長度可以在 1 到 16 個時間片之間調整，但也可以自動加長，以補償不同網路節 點的頻率差異所導致的正相位漂移，
• 位段 2 (BS2)：定義發送點的位置，它代表 CAN 標準的 PHASE_SEG2，其持續長度可 以在 1 到 8 個時間片之間調整，但也可以自動縮短，以補償負相位漂移，

關于同步，還有硬體同步、再同步等操作，更多關于位時序的內容可以參看 ISO 11898 標準，

幀型別、作用及格式

為了更有效地控制通訊，CAN 一共規定了 5 種型別的幀：

我們在這里主要介紹一下資料幀

資料幀

資料幀由 7 個段構成：

• 幀起始：表示資料幀開始的段.
• 仲裁段：表示該幀優先級的段，
• 控制段：表示資料的位元組數及保留位的段，
• 資料段：資料的內容，可發送 0～8 個位元組的資料，
• CRC段：檢查幀的傳輸錯誤的段，
• ACK段：表示確認正常接收的段，
• 幀結束：表示資料幀結束的段，

幀起始

表示幀開始的段，1 個位的顯性位，

仲裁段

表示資料的優先級的段，

標準格式和擴展格式在此的構成有所不同，

控制段

控制段由 6 個位構成，表示資料段的位元組數，標準格式和擴展格式的構成有所不同，

資料段

資料段可包含 0～8 個位元組的資料，從 MSB（最高位）開始輸出，

CRC段

CRC 段是檢查幀傳輸錯誤的幀，由 15 個位的 CRC 順序和 1 個位的 CRC 界定符（用于分隔的位）構成，

ACK段

ACK 段用來確認是否正常接收，由 ACK 槽(ACK Slot)和 ACK 界定符 2 個位構成，

幀結束

幀結束是表示該該幀的結束的段，由 7 個位的隱性位構成，

STM32CAN外設

從圖上我們可以看到，CAN 1與CAN 2為主從關系，CAN 1為Master ( 主 ) ，CAN 2為Slave ( 從 ) ，CAN 1和CAN 2有各自的3個發送郵箱，2個FIFO Buffer緩沖，6個接收郵箱，但是，28個Filter 過濾器卻是共用的，我們可以規定，哪些Filter給那個CAN用，甚至可以在程式運行的時候調控，

● CAN1：主 bxCAN，用于管理 bxCAN 與 512 位元組 SRAM 存盤器之間的通信，

● CAN2：從 bxCAN，無法直接訪問 SRAM 存盤器，

● 兩個 bxCAN 單元共享 512 位元組 SRAM 存盤器

CAN 發送郵箱

CAN 1和CAN 2有各自的3個發送郵箱，最多可以快取 3 個待發送的報文，

為了發送訊息，程式必須在請求發送之前選擇一個空的發送郵箱，使郵箱退出空的狀態，進入掛起狀態，此時，對于掛起的郵箱，軟體無法再對其訪問，進入掛起狀態后，優先級高的郵箱將優先發送，發送后的郵箱將恢復到空的狀態，

CAN 接收 FIFO

為了接收 CAN 訊息，提供了構成 FIFO 的三個郵箱，為了節約 CPU 負載，FIFO 完全由硬體進行管理，應用程式通過 FIFO 輸出郵箱訪問 FIFO 中所存盤的訊息，

有效訊息

當訊息依據 CAN 協議正確接收并且成功通過識別符號篩選后，該訊息將視為有效，

接收處理

當接收到報文時，FIFO 的報文計數器會自增，而 STM32 內部讀取 FIFO 資料之后，報文計數器會自減，我們通過狀態暫存器可獲知報文計數器的值

上溢

識別符號篩選

在 CAN 協議中，訊息的識別符號與節點地址無關，但與訊息內容有關，因此，發送器將訊息廣播給所有接收器，在接收到訊息時，接收器節點會根據識別符號的值來確定軟體是否需要該訊息，STM32 的 CAN 外設接收報文前會先使用驗收篩選器檢查，只接收需要的報文到 FIFO 中，

CAN1與CAN2整體邏輯

CAN2 外設的結構與 CAN1 外設是一樣的，他們共用篩選器且由于存盤訪問控制器由 CAN1 控制，所以要使用 CAN2 的時候必須要使能 CAN1 的時鐘，

HAL庫函式

HAL_StatusTypeDef HAL_CAN_ActivateNotification(CAN_HandleTypeDef *hcan, uint32_t ActiveITs);

• 引數
  • hcan：指向CAN配置結構體
  • ActiveITs：表明哪個中斷會被啟動，開啟改中斷的訊息提示
• 回傳值
  • HAL_StatusTypeDef：如果開啟成功，回傳HAL_OK；如果失敗，回傳HAL_ERROR

HAL_StatusTypeDef HAL_CAN_Start(CAN_HandleTypeDef *hcan);

• 引數
  • hcan：指向CAN配置結構體
• 回傳值
  • HAL_StatusTypeDef：如果開啟成功，回傳HAL_OK；如果失敗，回傳HAL_ERROR

HAL_StatusTypeDef HAL_CAN_ConfigFilter(CAN_HandleTypeDef *hcan, CAN_FilterTypeDef *sFilterConfig);

• 引數
  • hcan：指向CAN配置結構體
  • sFilterConfig：指向Filter過濾器配置結構體
• 回傳值
  • HAL_StatusTypeDef：如果開啟成功，回傳HAL_OK；如果失敗，回傳HAL_ERROR

HAL_StatusTypeDef HAL_CAN_AddTxMessage(CAN_HandleTypeDef *hcan, CAN_TxHeaderTypeDef *pHeader, uint8_t aData[], uint32_t *pTxMailbox);

• 引數
  • hcan：指向CAN配置結構體
  • pHeader：指向發送資料的配置結構體
  • aData[]：指向需要發送的資料
  • pTxMailbox：該函式會回傳用于儲存發送資料的發送郵箱編號到該變數

• 回傳值
  • HAL_StatusTypeDef：如果添加成功，回傳HAL_OK；如果失敗，回傳HAL_ERROR

uint32_t HAL_CAN_IsTxMessagePending(CAN_HandleTypeDef *hcan, uint32_t TxMailboxes);

• 引數
  • hcan：指向CAN配置結構體
  • TxMailboxes：指向發送資料的發送郵箱
• 回傳值
  • uint32_t：如果有發送資料正在等待發送，回傳1；如果沒有，回傳0

void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan);

• 在寫代碼的時候，在main.c中創建HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback函式
• 在該函式中填寫在FIFO 0中已經沒有正在等待接收的資料的時候開啟中斷，需要執行的代碼

HAL_StatusTypeDef HAL_CAN_GetRxMessage(CAN_HandleTypeDef *hcan, uint32_t RxFifo, CAN_RxHeaderTypeDef *pHeader, uint8_t aData[]);

• 引數
  • hcan：指向CAN配置結構體
  • RxFifo：指向負責接收的FIFO
  • pHeader：指向接收資料的配置結構體
  • aData[]：指向需要接收的資料
• 回傳值
  • HAL_StatusTypeDef：如果接收成功，回傳HAL_OK；如果失敗，回傳HAL_ERROR