STM32--CAN通訊實驗

CAN 通訊節(jié)點由一個 CAN 控制器及 CAN 收發(fā)器組成，控制器與收發(fā)器之間通過 CAN_Tx 及 CAN_Rx 信號線相連，收發(fā)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(tǒng)使用單根信號線電壓表示邏輯的方式有區(qū)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(yōu)點：

抗干擾能力強，當外界存在噪聲干擾時，幾乎會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。

CAN信號	高速CAN		低速CAN
電平	顯性	隱性	顯性	隱性
CAN_H	3.50	2.50	4.00	1.75
CAN_L	1.50	2.50	1.00	3.25
電位差	2.00	0	3.00	-1.50

?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(jié)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(tài)。因此低電平“0”被成為顯性電平。

物理層特征總結

協(xié)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(wǎng)絡中的各個節(jié)點會像串口異步通訊那樣，節(jié)點間使用約定好的波特率進行通訊

總線上的各個通訊節(jié)點只要約定好 1 個 Tq 的時間長度以及每一個數(shù)據(jù)位占據(jù)多少個Tq，就可以確定 CAN 通訊的波特率。

位時序

為了實現(xiàn)位同步，在STM32數(shù)據(jù)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(fā)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(xù)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(wǎng)絡節(jié) 點的頻率差異所導致的正相位漂移。
位段 2 (BS2)：定義發(fā)送點的位置。它代表 CAN 標準的 PHASE_SEG2。其持續(xù)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，還有硬件同步、再同步等操作。更多關于位時序的內容可以參看 ISO 11898 標準。

幀類型、作用及格式

為了更有效地控制通訊，CAN 一共規(guī)定了 5 種類型的幀：

我們在這里主要介紹一下數(shù)據(jù)幀

數(shù)據(jù)幀

數(shù)據(jù)幀由 7 個段構成：

幀起始：表示數(shù)據(jù)幀開始的段.
仲裁段：表示該幀優(yōu)先級的段。
控制段：表示數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)及保留位的段。
數(shù)據(jù)段：數(shù)據(jù)的內容，可發(fā)送 0～8 個字節(jié)的數(shù)據(jù)。
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：表示數(shù)據(jù)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

表示數(shù)據(jù)的優(yōu)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，表示數(shù)據(jù)段的字節(jié)數(shù)。標準格式和擴展格式的構成有所不同。

數(shù)據(jù)段

數(shù)據(jù)段可包含 0～8 個字節(jié)的數(shù)據(jù)。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(fā)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(guī)定，哪些Filter給那個CAN用，甚至可以在程序運行的時候調控。

● CAN1：主 bxCAN，用于管理 bxCAN 與 512 字節(jié) SRAM 存儲器之間的通信。

● CAN2：從 bxCAN，無法直接訪問 SRAM 存儲器。

● 兩個 bxCAN 單元共享 512 字節(jié) SRAM 存儲器

?CAN 發(fā)送郵箱

CAN 1和CAN 2有各自的3個發(fā)送郵箱，最多可以緩存 3 個待發(fā)送的報文。

為了發(fā)送消息，程序必須在請求發(fā)送之前選擇一個空的發(fā)送郵箱，使郵箱退出空的狀態(tài)，進入掛起狀態(tài)。此時，對于掛起的郵箱，軟件無法再對其訪問。進入掛起狀態(tài)后，優(yōu)先級高的郵箱將優(yōu)先發(fā)送。發(fā)送后的郵箱將恢復到空的狀態(tài)。

?CAN 接收 FIFO

?為了接收 CAN 消息，提供了構成 FIFO 的三個郵箱。為了節(jié)約 CPU 負載，F(xiàn)IFO 完全由硬件進行管理。應用程序通過 FIFO 輸出郵箱訪問 FIFO 中所存儲的消息。

?有效消息

當消息依據(jù) CAN 協(xié)議正確接收并且成功通過標識符篩選后，該消息將視為有效。

?接收處理

當接收到報文時，F(xiàn)IFO 的報文計數(shù)器會自增，而 STM32 內部讀取 FIFO 數(shù)據(jù)之后，報文計數(shù)器會自減，我們通過狀態(tài)寄存器可獲知報文計數(shù)器的值

上溢

?標識符篩選

?在 CAN 協(xié)議中，消息的標識符與節(jié)點地址無關，但與消息內容有關。因此，發(fā)送器將消息廣播給所有接收器。在接收到消息時，接收器節(jié)點會根據(jù)標識符的值來確定軟件是否需要該消息。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儲訪問控制器由 CAN1 控制，所以要使用 CAN2 的時候必須要使能 CAN1 的時鐘。

HAL庫函數(shù)

HAL_StatusTypeDef HAL_CAN_ActivateNotification(CAN_HandleTypeDef *hcan, uint32_t ActiveITs);

參數(shù)
- hcan：指向CAN配置結構體
- ActiveITs：表明哪個中斷會被啟動，開啟改中斷的消息提示
返回值
- HAL_StatusTypeDef：如果開啟成功，返回HAL_OK；如果失敗，返回HAL_ERROR

HAL_StatusTypeDef HAL_CAN_Start(CAN_HandleTypeDef *hcan);

參數(shù)
- hcan：指向CAN配置結構體
返回值
- HAL_StatusTypeDef：如果開啟成功，返回HAL_OK；如果失敗，返回HAL_ERROR

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

參數(shù)
- hcan：指向CAN配置結構體
- sFilterConfig：指向Filter過濾器配置結構體
返回值
- HAL_StatusTypeDef：如果開啟成功，返回HAL_OK；如果失敗，返回HAL_ERROR

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

參數(shù)
- hcan：指向CAN配置結構體
- pHeader：指向發(fā)送數(shù)據(jù)的配置結構體
- aData[]：指向需要發(fā)送的數(shù)據(jù)
- pTxMailbox：該函數(shù)會返回用于儲存發(fā)送數(shù)據(jù)的發(fā)送郵箱編號到該變量

返回值
- HAL_StatusTypeDef：如果添加成功，返回HAL_OK；如果失敗，返回HAL_ERROR

uint32_t HAL_CAN_IsTxMessagePending(CAN_HandleTypeDef *hcan, uint32_t TxMailboxes);

參數(shù)
- hcan：指向CAN配置結構體
- TxMailboxes：指向發(fā)送數(shù)據(jù)的發(fā)送郵箱
返回值
- uint32_t：如果有發(fā)送數(shù)據(jù)正在等待發(fā)送，返回1；如果沒有，返回0

void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan);

在寫代碼的時候，在main.c中創(chuàng)建HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback函數(shù)
在該函數(shù)中填寫在FIFO 0中已經(jīng)沒有正在等待接收的數(shù)據(jù)的時候開啟中斷，需要執(zhí)行的代碼

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

參數(shù)
- hcan：指向CAN配置結構體
- RxFifo：指向負責接收的FIFO
- pHeader：指向接收數(shù)據(jù)的配置結構體
- aData[]：指向需要接收的數(shù)據(jù)
返回值
- HAL_StatusTypeDef：如果接收成功，返回HAL_OK；如果失敗，返回HAL_ERROR

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