STM32 CAN的HAL库简单使用

最新推荐文章于 2025-03-14 14:50:29 发布

TANG3223

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文章标签： stm32 嵌入式硬件单片机

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/TANG3223/article/details/144006863

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一、CAN的基本知识

1. 物理层

差分信号
ISO11898标准：高速、短距离“闭环网络”，它的总线最大长度为40m，通信速度最高为1Mbps，总线的两端各要求有一个“120欧”的电阻。
ISO11519-2标准：低速、远距离“开环网络”它的最大传输距离为1km，最高通讯速率为125kbps，两根总线是独立的、不形成闭环，要求每根总线上各串联有一个“2.2千欧”的电阻。
逻辑1时(隐性电平)：CAN_High和CAN_Low线上的电压均为2.5v，即它们的电压差VH-VL=0V；
逻辑0时(显性电平)：CAN_High的电平为3.5V，CAN_Low线的电平为1.5V，即它们的电压差为VH-VL=2V。

请添加图片描述
假如有两个CAN通讯节点，在同一时间，一个输出隐性电平，另一个输出显性电平，类似I2C总线的“线与”特性将使它处于显性电平状态，显性电平的名字就是这样来的。

2. 协议层

① 数据位格式

CAN时钟的最小周期称为最小时间单元Time Quantum（Tq）
同步段（SS）、传播时间段（PTS）、相位缓冲段1（PBS1）和相位缓冲段2（PBS2）。每个段都占有数量不同的Tq，一个完整的bit，由8~25个Tq组成，除了SS段是固定的1Tq之外，其他的段占有Tq的数量都是可调的。
通过确定一个数据位的总Tq，可以计算波特率：
例如：而每个数据位由19个Tq组成,波特率可得
$1x10^6/19 = 52631.6 (bps)$

② STM32数据位格式

STM32的CAN外设，数据位格式与标准的略有不同，分为三段：
在这里插入图片描述
在STM32CubemX中波特率的计算，
Time Quanta in Bit Segment 1是位段1
Time Quanta in Bit Segment 2是位段2

按上图的配置计算波特率：
CAN总线在时钟树的APB1总线上，当前的总线频率为30MHz
经过10分频后，CAN的1Tq为大概为333.33ns
BS1段设置为1Tq，BS2段设置为4Tq，可得1bit的总时间为
SYNC（1）+ BS1(1) + BS2(4) = 6Tq
波特率为：
$B a u d r a t e = 1/6 Tq = 1/ (333.33 * 6) = 1/ (1999) \approx 499.99 K bi t / s$

3. CAN 通信帧

帧种类

帧格式	含义
数据帧	用于节点向外传送数据
遥控帧	用于向远端节点请求数据
错误帧	用于向远端节点通知校验错误，请求重新发送上一个数据
过载帧	用于通知远端节点：本节点尚未做好接收准备
帧间隔	用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离开来

数据帧格式为：帧起始(SOF段一个显性位(逻辑0))、仲裁段、控制段、数据段、CRC段、ACK段和帧结束（EOF段以7个连续的隐性位(逻辑1)结束）
3. 仲裁段: 内容为数据帧的CAN ID（标识符），数据帧具有标准格式和扩展格式两种
标准格式的CAN的ID为11位、扩展帧格式为29位。
当两个节点同时发送报文时，若首先出现隐性电平，则会失去对总线的占有权，进入接收状态，在CAN通信中0是显性电平，所以CAN的ID越小，其优先级越高。

二、STM的CAN使用

1. CAN 过滤器

参考链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_35480173/article/details/98878309

①两种过滤模式

模式	优点	缺点
列表模式	能精确地过滤每个指定的CAN ID	有数量限制
掩码模式	取决于屏蔽码，有时无法完全精确到每一个CAN ID，部分不期望的CAN ID有时也会收到	数量取决于屏蔽码，最多无上限

②过滤寄存器

CAN_FM1R寄存器中的FBMx位：”0”表示掩码模式，”1”表示列表模式。
下图的每一个位对应地表示这28个过滤器的工作模式
CAN_FS1R寄存器表示CAN ID的位宽：0:16位宽 1:32位宽
CAN_FxR1和CAN_FxR2 两个寄存器
列表模式-16位宽模式下： 写入4个标准CAN ID
列表模式-32位宽模式下： 写入2个CAN ID
掩码模式-16位宽模式： 2对验证码+屏蔽码组合来用，但它只能对标准CAN ID进行过滤
掩码模式-32位宽模式： CAN_FxR1用做32位宽的验证码，而CAN_FxR2则用作32位宽的屏蔽码
注意：下面STID表示标准ID有11位，EXID为扩展ID有18位(扩展帧ID总共29位).
然后是RTR，表示是否为远程帧（遥控帧）。IDE，表示扩展帧标识。

2. CAN 初始化和配置

下面以常用的32位掩码模式为例解释CAN的初始化配置和过滤器配置

1. CAN初始化

在这里插入图片描述

/* CAN1 init function */
void MX_CAN1_Init(void)
{

  /* USER CODE BEGIN CAN1_Init 0 */

  /* USER CODE END CAN1_Init 0 */

  /* USER CODE BEGIN CAN1_Init 1 */

  /* USER CODE END CAN1_Init 1 */
  hcan1.Instance = CAN1;
  hcan1.Init.Prescaler = 14;
  hcan1.Init.Mode = CAN_MODE_NORMAL;            //正常模式
  hcan1.Init.SyncJumpWidth = CAN_SJW_1TQ;       
  hcan1.Init.TimeSeg1 = CAN_BS1_4TQ;            //BS1时间段
  hcan1.Init.TimeSeg2 = CAN_BS2_1TQ;            //BS2时间段
  hcan1.Init.TimeTriggeredMode = DISABLE;
  hcan1.Init.AutoBusOff = ENABLE;
  hcan1.Init.AutoWakeUp = DISABLE;
  hcan1.Init.AutoRetransmission = DISABLE;      //自动重发
  hcan1.Init.ReceiveFifoLocked = DISABLE;       
  hcan1.Init.TransmitFifoPriority = ENABLE;     //发送使用FIFO
  if (HAL_CAN_Init(&hcan1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  // 过滤只接收0x000018xx的CAN ID
  uint32_t mask = 0xffffff00;
	mask <<= 3;
	mask |= 0x02;   //设置只接受数据帧
  /* USER CODE BEGIN CAN1_Init 2 */
  sFilterConfig.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK;  //掩码模式
  sFilterConfig.FilterIdHigh = ((0x00001871 << 3) >> 16) & 0xffff;   //配置ID        
  sFilterConfig.FilterIdLow = ((0x00001871 << 3) & 0xffff) | CAN_ID_EXT;  //配置扩展帧
  sFilterConfig.FilterMaskIdHigh = (mask >> 16) & 0xffff;
  sFilterConfig.FilterMaskIdLow = (mask & 0xffff);         //配置掩码
  sFilterConfig.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_32BIT;      //32位宽度
  sFilterConfig.FilterFIFOAssignment = CAN_FILTER_FIFO0;  //FIFO0
  sFilterConfig.FilterBank = 0;                           //过滤器0
  sFilterConfig.SlaveStartFilterBank = 14;            //从属CAN2实例的起始过滤器库，单CAN没有用，
                                                      //过滤器Min_Data = 0 和最大值 Max_Data = 27 
  sFilterConfig.FilterActivation = ENABLE;
  if (HAL_CAN_ConfigFilter(&hcan1, &sFilterConfig) != HAL_OK)
  {
	  Error_Handler();
  }
  //使能FIFO接收中断
  if (HAL_CAN_ActivateNotification(&hcan1, CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING) != HAL_OK)
  {
	  Error_Handler();
  }
  /* USER CODE END CAN1_Init 2 */

}

void HAL_CAN_MspInit(CAN_HandleTypeDef* canHandle)
{

  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  if(canHandle->Instance==CAN1)
  {
  /* USER CODE BEGIN CAN1_MspInit 0 */

  /* USER CODE END CAN1_MspInit 0 */
    /* CAN1 clock enable */
    __HAL_RCC_CAN1_CLK_ENABLE();

    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    /**CAN1 GPIO Configuration
    PB8     ------> CAN1_RX
    PB9     ------> CAN1_TX
    */
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_9;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF9_CAN1;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

    /* CAN1 interrupt Init */
    HAL_NVIC_SetPriority(CAN1_RX0_IRQn, 5, 0);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(CAN1_RX0_IRQn);
  /* USER CODE BEGIN CAN1_MspInit 1 */

  /* USER CODE END CAN1_MspInit 1 */
  }
}

2. CAN接收和发送

//CAN 接收回调函数
void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan)
{
	if(hcan->Instance == CAN1)
	{
		HAL_CAN_GetRxMessage(hcan, CAN_RX_FIFO0, &rxHeader, rxdata);
	}
}
//CAN 发送函数
HAL_StatusTypeDef UserCan_Transmit(uint32_t Id, uint32_t IDE, uint32_t RTR, uint32_t DLC, uint8_t *data)
{
	CAN_TxHeaderTypeDef txHeader;
	txHeader.StdId = Id;	 
	txHeader.ExtId = Id;	 
	txHeader.IDE = IDE;//CAN_ID_STD;
	txHeader.RTR = RTR;//CAN_RTR_DATA;
	txHeader.DLC = DLC;//8;
	txHeader.TransmitGlobalTime = DISABLE;
	return HAL_CAN_AddTxMessage(&hcan1, &txHeader, data, &TxMailboxNumber);
}