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STM32 CAN通信

嵌入式硬件

CAN 简介
CAN是 Controller Area Network的缩写（以下称为 CAN），是 ISO 国际标准化的串行通信协议。在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个 LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986年德国电气商博世公司开发出面向汽车的 CAN通信协议。此后，CAN通过 ISO11898及 ISO11519进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。
现在，CAN的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。
CAN控制器根据两根线上的电位差来判断总线电平。总线电平分为显性电平和隐性电平，二者必居其一。发送方通过使总线电平发生变化，将消息发送给接收方。
STM32 自带的是 bxCAN，即基本扩展 CAN。它支持 CAN 协议 2.0A 和 2.0B。它的设计目标是，以最小的 CPU 负荷来高效处理大量收到的报文。它也支持报文发送的优先级要求(优先级特性可软件配置)。对于安全紧要的应用，bxCAN 提供所有支持时间触发通信模式所需的硬件功能。
STM32 的 bxCAN 的主要特点有：
l 支持 CAN 协议 2.0A 和 2.0B 主动模式
l 波特率最高达 1Mbps
l 支持时间触发通信
l 具有 3 个发送邮箱
l 具有 3 级深度的 2 个接收 FIFO
l 可变的过滤器组（最多 28 个）
在 STM32 互联型产品中，带有 2 个 CAN 控制器，而 STM32F103ZET6 属于增强型，不是互联型，只有 1 个 CAN 控制器
STM32 的标识符过滤是一个比较复杂的东东，它的存在减少了 CPU 处理 CAN 通信的开销。STM32 的过滤器组最多有 28 个（互联型），但是 STM32F103ZET6 只有 14 个（增强型），每个滤波器组 x 由 2 个 32 为寄存器，CAN_FxR1 和 CAN_FxR2 组成。
STM32 每个过滤器组的位宽都可以独立配置，以满足应用程序的不同需求。根据位宽的不同，每个过滤器组可提供：
CAN 的初始化配置步骤,CAN 相关的固件库函数和定义分布在文件 stm32f10x_can.c 和头文件 stm32f10x_can.h 文件中。
1）配置相关引脚的复用功能，使能 CAN 时钟。
我们要用 CAN，第一步就要使能 CAN 的时钟。其次要设置 CAN 的相关引脚为复用输出，这里我们需要设置 PA11 为上拉输入（CAN_RX 引脚）PA12 为复用输出（CAN_TX 引脚），并使能 PA 口的时钟。使能 CAN1 时钟的函数是：
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1, ENABLE); //使能 CAN1 时钟
2）设置 CAN 工作模式及波特率等。
这一步通过先设置 CAN_MCR 寄存器的 INRQ 位，让 CAN 进入初始化模式，然后设置CAN_MCR 的其他相关控制位。再通过 CAN_BTR 设置波特率和工作模式（正常模式/环回模式）等信息。最后设置 INRQ 为 0，退出初始化模式。
在库函数中，提供了函数 CAN_Init()用来初始化 CAN 的工作模式以及波特率，CAN_Init()函数体中，在初始化之前，会设置 CAN_MCR 寄存器的 INRQ 为 1 让其进入初始化模式，然后初始化 CAN_MCR 寄存器和 CRN_BTR 寄存器之后，会设置 CAN_MCR 寄存器的 INRQ 为 0让其退出初始化模式。所以我们在调用这个函数的前后不需要再进行初始化模式设置。下面我们来看看 CAN_Init()函数的定义：
uint8_t CAN_Init(CAN_TypeDef* CANx, CAN_InitTypeDef* CAN_InitStruct)；
第一个参数就是 CAN 标号，这里我们的芯片只有一个 CAN，所以就是 CAN1。
第二个参数是 CAN 初始化结构体指针，结构体类型是 CAN_InitTypeDef，下面我们来看看这个结构体的定义：
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;
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，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，大家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。
初始化实例为：
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 CAN
3）设置滤波器。
我们将使用滤波器组 0，并工作在 32 位标识符屏蔽位模式下。先设置 CAN_FMR的 FINIT 位，让过滤器组工作在初始化模式下，然后设置滤波器组 0 的工作模式以及标识符 ID和屏蔽位。最后激活滤波器，并退出滤波器初始化模式。
在库函数中，提供了函数 CAN_FilterInit ()用来初始化 CAN 的滤波器相关参数， CAN_Init()函数体中，在初始化之前，会设置 CAN_FMR 寄存器的 INRQ 为 INIT 让其进入初始化模式，然后初始化 CAN 滤波器相关的寄存器之后，会设置 CAN_FMR 寄存器的 FINIT 为 0 让其退出初始化模式。所以我们在调用这个函数的前后不需要再进行初始化模式设置。下面我们来看看CAN_FilterInit ()函数的定义：
void CAN_FilterInit(CAN_FilterInitTypeDef* CAN_FilterInitStruct)；
这 个 函 数 只 有 一 个 入 口 参 数 就 是 CAN 滤 波 器 初 始 化 结 构 体 指 针 ， 结 构 体 类 型 为CAN_FilterInitTypeDef，下面我们看看类型定义：
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;
结构体一共有 9 个成员变量，第 1 个至第 4 个是用来设置过滤器的 32 位 id 以及 32 位 mask id，分别通过 2 个 16 位来组合的
第 5 个成员变量 CAN_FilterFIFOAssignment 用来设置 FIFO 和过滤器的关联关系，我们的实验是关联的过滤器 0 到 FIFO0，值为 CAN_Filter_FIFO0。
第 6 个成员变量 CAN_FilterNumber 用来设置初始化的过滤器组，取值范围为 0~13。
第 7 个成员变量 FilterMode 用来设置过滤器组的模式，取值为标识符列表模式CAN_FilterMode_IdList 和标识符屏蔽位模式 CAN_FilterMode_IdMask。
第 8 个成员变量 FilterScale 用来设置过滤器的位宽为 2 个 16 位 CAN_FilterScale_16bit 还是 1 个32 位 CAN_FilterScale_32bit。
第 9 个成员变量 CAN_FilterActivation 就很明了了，用来激活该过滤器。
过滤器初始化参考实例代码：
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; // FIFO0
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterActivation=ENABLE; //激活过滤器 0
CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStructure); //滤波器初始化
至此，CAN 就可以开始正常工作了。如果用到中断，就还需要进行中断相关的配置
4）发送接受消息
在初始化 CAN 相关参数以及过滤器之后，接下来就是发送和接收消息了。库函数中提供了发送和接受消息的函数。发送消息的函数是：
uint8_t CAN_Transmit(CAN_TypeDef* CANx, CanTxMsg* TxMessage)；
这个函数比较好理解，第一个参数是 CAN 标号，我们使用 CAN1。第二个参数是相关消息结构体 CanTxMsg 指针类型，CanTxMsg 结构体的成员变量用来设置标准标识符，扩展标示符，消息类型和消息帧长度等信息。
接受消息的函数是：
void CAN_Receive(CAN_TypeDef* CANx, uint8_t FIFONumber, CanRxMsg* RxMessage)；
前面两个参数也比较好理解，CAN 标号和 FIFO 号。第二个参数 RxMessage 是用来存放接受到的消息信息。
结构体 CanRxMsg 和结构体 CanTxMsg 比较接近，分别用来定义发送消息和描述接受消息，
5）CAN 状态获取
对于 CAN 发送消息的状态，挂起消息数目等等之类的传输状态信息，库函数提供了一些列的函数，包括 CAN_TransmitStatus()函数，CAN_MessagePending()函数，CAN_GetFlagStatus()函数等等，大家可以根据需要来调用。

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  1. //CAN初始化
  2. //tsjw:重新同步跳跃时间单元.范围:1~3; CAN_SJW_1tqCAN_SJW_2tq CAN_SJW_3tq CAN_SJW_4tq
  3. //tbs2:时间段2的时间单元.范围:1~8;
  4. //tbs1:时间段1的时间单元.范围:1~16; CAN_BS1_1tq ~CAN_BS1_16tq
  5. //brp :波特率分频器.范围:1~1024; (实际要加1,也就是1~1024) tq=(brp)*tpclk1
  6. //注意以上参数任何一个都不能设为0,否则会乱.
  7. //波特率=Fpclk1/((tsjw+tbs1+tbs2)*brp);
  8. //mode:0,普通模式; 1,回环模式;
  9. //Fpclk1的时钟在初始化的时候设置为36M,如果设置CAN_Normal_Init(1,8,7,5,1);
  10. //则波特率为:36M/((1+8+7)*5)=450Kbps
  11. //返回值:0,初始化OK;
  12. // 其他,初始化失败;
  13. u8 CAN_Mode_Init(u8 tsjw,u8 tbs2,u8 tbs1,u16 brp,u8 mode)
  14. {

  16. GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  17. CAN_InitTypeDef CAN_InitStructure;
  18. CAN_FilterInitTypeDef CAN_FilterInitStructure;
  19. #if CAN_RX0_INT_ENABLE
  20. NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
  21. #endif

  23. RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能PORTA时钟

  25. RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1, ENABLE); //使能CAN1时钟

  27. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;
  28. GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  29. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽
  30. GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化IO


  33. //CAN单元设置
  34. CAN_InitStructure.CAN_TTCM=DISABLE; //非时间触发通信模式 //
  35. CAN_InitStructure.CAN_ABOM=DISABLE; //软件自动离线管理//
  36. CAN_InitStructure.CAN_AWUM=DISABLE; //睡眠模式通过软件唤醒(清除CAN->MCR的SLEEP位)//
  37. CAN_InitStructure.CAN_NART=ENABLE; //禁止报文自动传送 //
  38. CAN_InitStructure.CAN_RFLM=DISABLE; //报文不锁定,新的覆盖旧的 //
  39. CAN_InitStructure.CAN_TXFP=DISABLE; //优先级由报文标识符决定 //
  40. CAN_InitStructure.CAN_Mode= mode; //模式设置： mode:0,普通模式; 1,回环模式; //
  41. //设置波特率
  42. CAN_InitStructure.CAN_SJW=tsjw; //重新同步跳跃宽度(Tsjw)为tsjw+1个时间单位 CAN_SJW_1tqCAN_SJW_2tq CAN_SJW_3tq CAN_SJW_4tq
  43. CAN_InitStructure.CAN_BS1=tbs1; //Tbs1=tbs1+1个时间单位CAN_BS1_1tq ~CAN_BS1_16tq
  44. CAN_InitStructure.CAN_BS2=tbs2; //Tbs2=tbs2+1个时间单位CAN_BS2_1tq ~CAN_BS2_8tq
  45. CAN_InitStructure.CAN_Prescaler=brp; //分频系数(Fdiv)为brp+1//
  46. CAN_Init(CAN1, &CAN_InitStructure); // 初始化CAN1

  48. CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterNumber=0; //过滤器0
  49. CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMode=CAN_FilterMode_IdMask;
  50. CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterScale=CAN_FilterScale_32bit; //32位
  51. CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdHigh=0x0000; 32位ID
  52. CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdLow=0x0000;
  53. CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdHigh=0x0000; //32位MASK
  54. CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdLow=0x0000;
  55. CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterFIFOAssignment=CAN_Filter_FIFO0; //过滤器0关联到FIFO0
  56. CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterActivation=ENABLE; //激活过滤器0

  58. CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStructure); //滤波器初始化

  60. #if CAN_RX0_INT_ENABLE

  62. CAN_ITConfig(CAN1,CAN_IT_FMP0,ENABLE); //FIFO0消息挂号中断允许.

  64. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USB_LP_CAN1_RX0_IRQn;
  65. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; // 主优先级为1
  66. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; // 次优先级为0
  67. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  68. NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
  69. #endif
  70. return 0;

  72. }

  74. #if CAN_RX0_INT_ENABLE//使能RX0中断
  75. //中断服务函数
  76. void USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler(void)
  77. {
  78. CanRxMsg RxMessage;
  79. int i=0;
  80. CAN_Receive(CAN1, 0, &RxMessage);
  81. for(i=0; i<8; i++)
  82. printf("rxbuf[%d]:%d\r\n",i,RxMessage.Data[i]);
  83. }
  84. #endif


  87. //can发送一组数据(固定格式:ID为0X12,标准帧,数据帧)
  88. //len:数据长度(最大为8)
  89. //msg:数据指针,最大为8个字节.
  90. //返回值:0,成功;
  91. //其他,失败;
  92. u8 Can_Send_Msg(u8* msg,u8 len)
  93. {
  94. u8 mbox;
  95. u16 i=0;
  96. CanTxMsg TxMessage;
  97. TxMessage.StdId=0x12; // 标准标识符为0
  98. TxMessage.ExtId=0x12; // 设置扩展标示符（29位）
  99. TxMessage.IDE=0; // 使用扩展标识符
  100. TxMessage.RTR=0; // 消息类型为数据帧，一帧8位
  101. TxMessage.DLC=len; // 发送两帧信息
  102. for(i=0; i
  103. TxMessage.Data[i]=msg[i]; // 第一帧信息
  104. mbox= CAN_Transmit(CAN1, &TxMessage);
  105. i=0;
  106. while((CAN_TransmitStatus(CAN1, mbox)==CAN_TxStatus_Failed)&&(i<0XFFF))i++; //等待发送结束
  107. if(i>=0XFFF)return 1;
  108. return 0;

  110. }


  113. //can口接收数据查询
  114. //buf:数据缓存区;
  115. //返回值:0,无数据被收到;
  116. //其他,接收的数据长度;
  117. u8 Can_Receive_Msg(u8 *buf)
  118. {
  119. u32 i;
  120. CanRxMsg RxMessage;
  121. if( CAN_MessagePending(CAN1,CAN_FIFO0)==0)return 0; //没有接收到数据,直接退出
  122. CAN_Receive(CAN1, CAN_FIFO0, &RxMessage); //读取数据
  123. for(i=0; i<8; i++)
  124. buf[i]=RxMessage.Data[i];
  125. return RxMessage.DLC;
  126. }

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