一、简介
它是一种串行异步半双工的通信方式，无主从机之分，采用差分信号传输具有较好的抗干扰能力以及纠错能力，常被用在各种环境恶劣，干扰强的各种工业现场。
二、物理层
1.差分信号
Can总线总共有两条线，分别为can_high以及can_low,采用差分信号的方式传输数据。
显性电平：逻辑0
隐性电平：逻辑1
2.CAN的通讯节点
（1）单片的CAN外设并引出了两个引脚:CAN_TX、CAN_RX。和485串口一样，单片机的CAN外设并不能直接CAN网络所需要的差分信号，而是通过外接的CAN收发器，将CAN_TX的TTL信号转换为差分信号；将CAN网络的差分信号转换成TTL信号给CAN_RX
（2）CAN网络上的节点没有主从机之说，原始的CAN节点之间是不做区分的，只有报文之间才做区分，节点之间没有地址或者片选线来寻址，CAN只负责向网络上发送消息，需要的节点自然会从网络上接收需要的消息；同理CAN网络上发送完消息后，需要的CAN节点自然会去接收对应的消息；
3.CAN的总线类型
根Can的物理形式主要分为开环总线和闭环总线两种。
（1）闭环总线
闭环总线适用于短距高速（相对与开环总线而言而言）的传输场合，其最大传输距离为40m，最大传输速率为1Mbps。总线两端要求有两个120欧的终端电阻。
开环总线适用于长距低速场合，最大传输速率为125Kbps,最大传输距离为1km。每根总线上要求串联一个2.2k欧的电阻。
三、协议层
1.同步
Can属于异步通讯方式，在通讯之前节点之间要约定好波特率，且CAN还会使用“位同步”的方式来对抗干扰、吸收误差
(1) 硬同步
在总线刚刚从空闲状态中走出来的时候，在帧头的位置都会进行一次同步。此时所有的节点位时间重新开始计算，就像所有的运动员都再一次回到了起跑线上。这种同步方式被称作硬同步。
(2) 再同步(位同步)
CAN的每个位都被分为SS段、PTS段、PSB1段、PBS2段。最小时间单位是Tq,一个完整的位由8~25Tq组成。
SS段： 同步段，长度固定为1Tq,当跳变沿落在ss段时认为总线时序是同步的。
PTS段： 传播时间段，用来弥补信号的物理延迟。
PBS1段：相位缓冲段，用来补偿边沿误差，在再同步的时候可以加长
PBS2段：相位缓冲段，用来补偿边沿误差，在再同步的时候可以缩短
采样点位置在PBS1和PSB2交界的地方。
2.波特率
波特率：总tq数分之一。
3.报文格式
(1) 报文类型
上述报文中数据帧最常用需要着重记忆
(2) 报文格式
1.数据帧
- SOF：帧起始信号
- RTR：远程帧标志 0 表示数据帧
- IDE：扩展帧标志位 0 表示标准帧
- DLC：数据段长度
- DATA：数据段
（1）关于canid
- CAN-ID不用来标识某个节点，而是用来标识某种类型的报文
- 标准帧有CAN-ID占11位 ，扩展帧CAN-ID占29位
2.其他帧
四、STM32中的CAN总线
1.功能框图
（1）stm32can总线外设简介（STM32F103）
-
Stm32can总线外设最高通信速率为1Mbps;
-
can外设可以自动收发can报文，且支持标准ID和扩展ID;
-
can外设有三个发送邮箱，可以软件控制发送优先级，还可以记录发送时间;
-
can有两个深度为3的FIFO，同时有报文过滤功能;
-
可以配置自动重发;
-
不支持DMA接收数据;
（2）功能框图重要部分介绍
这张框图你只需要了解以下四点
- CAN有三个发送邮箱
- 有两个深度为3的接收FIFO
- 有28个筛选器，0~13是给CAN1使用的， 14~27是给CAN2使用的
- 每个筛选器都可以连接到对应的配置给某个FIFO，一个FIFO可以配置多个筛选器
（3）工作模式
CAN总共有四种工作模式：
-
普通模式：可以接收，也可以发送。
-
静默模式：可以接收，只能往总线上发送1（隐性位），发送的数据也会被自己接收。
-
回环模式：不能接收总线上的数据，发送的数据会被自己接收，总线上的数据也可以被检测到。
-
静默回环模式：不能接收总线上的数据，只能往总线上发送1 发送的数据会被自己接收。
（4）过滤器
1. 过滤器工作模式
stm32f103有28组过滤器，每组过滤器有2个32位的寄存器。在不同的工作模式下这两个寄存器有不同的作用，过滤器有两种工作模式：
-
列表工作模式：
列表模式类似于白名单，两个寄存器全部用来设置canid，只有和设置的canid完全匹配才能通过过滤器。STM32的CAN有两个FIFO。
-
掩码工作模式：
对于掩码工作模式，过滤器的一个寄存器用来设置掩码，另一个用来设置canid。掩码和设置的canid是与的关系，只有对应位和设置的canid的未屏蔽位匹配的CAN报文才能通过过滤器。
2.过滤器大小
过滤器有16位和32位两种大小，具体如下：
（5）重要中断介绍
bxCAN占用4个专用的中断向量。通过设置CAN中断允许寄存器(CAN_IER)，每个中断源都可以
单独允许和禁用。
-
发送中断可由下列事件产生：
- 发送邮箱0变为空，CAN_TSR寄存器的RQCP0位被置’1’。
- 发送邮箱1变为空，CAN_TSR寄存器的RQCP1位被置’1’。
- 发送邮箱2变为空，CAN_TSR寄存器的RQCP2位被置’1’。
-
FIFO0中断可由下列事件产生：
- FIFO0接收到一个新报文，CAN_RF0R寄存器的FMP0位不再是’00’。
- FIFO0变为满的情况，CAN_RF0R寄存器的FULL0位被置’1’。
- FIFO0发生溢出的情况，CAN_RF0R寄存器的FOVR0位被置’1’。
-
FIFO1中断可由下列事件产生：
- FIFO1接收到一个新报文，CAN_RF1R寄存器的FMP1位不再是’00’。
- FIFO1变为满的情况，CAN_RF1R寄存器的FULL1位被置’1’。
- FIFO1发生溢出的情况，CAN_RF1R寄存器的FOVR1位被置’1’。
-
错误和状态变化中断可由下列事件产生：
-
出错情况，关于出错情况的详细信息请参考CAN错误状态寄存器(CAN_ESR)。
-
唤醒情况，在CAN接收引脚上监视到帧起始位(SOF)。
-
CAN进入睡眠模式。
上述中断对应的中断服务函数名称分别为：
void CAN1_RX1_IRQHandler (void); void USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler (void); void USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler (void); void CAN1_SCE_IRQHandler (void); -
2.CAN配置和使用
（1）标准库
1.重要结构体
初始化结构体
typedef struct
{
uint16_t CAN_Prescaler; //can外设时钟预分频器
uint8_t CAN_Mode; //CAN的操作模式:初始化模式、普通模式（工作时使用这个模式）、睡眠模式
uint8_t CAN_SJW; //再同步时，相位缓冲段调整的长度
uint8_t CAN_BS1; //相位缓冲段1
uint8_t CAN_BS2; //相位缓冲段2
FunctionalState CAN_TTCM; //时间除服模式，bool值
FunctionalState CAN_ABOM; //自动离线模式，bool值
FunctionalState CAN_AWUM; //自动唤醒模式，bool值
FunctionalState CAN_NART; //是否关闭自动重传
FunctionalState CAN_RFLM; //接收FIFO锁定模式，FIFO满时锁定
FunctionalState CAN_TXFP; //发送邮箱是否按优先级顺序发送报文
} CAN_InitTypeDef;
过滤器结构体
typedef struct
{
uint16_t CAN_FilterIdHigh; //过滤器高16位
uint16_t CAN_FilterIdLow; //过滤器低16位
uint16_t CAN_FilterMaskIdHigh; //过滤器掩码高16位
uint16_t CAN_FilterMaskIdLow; //过滤器掩码低16位
uint16_t CAN_FilterFIFOAssignment; //FIFO号
uint8_t CAN_FilterNumber; //过滤器号
uint8_t CAN_FilterMode; //过滤器工作模式：列表模式、掩码模式
uint8_t CAN_FilterScale; //过滤器宽度:16位或32位
FunctionalState CAN_FilterActivation; //是否激活这个过滤器
} CAN_FilterInitTypeDef;
消息头结构体
typedef struct
{
uint32_t StdId; //标准CANID
uint32_t ExtId; //扩展CANID
uint8_t IDE; //是否使用扩展帧
uint8_t RTR; //是否是远程帧
uint8_t DLC; //数据段长度
uint8_t Data[8]; //数据段数据
} CanTxMsg;
2.初始化代码
static void Can_Init(void)
{
CAN_InitTypeDef CAN_InitStruct;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1,ENABLE);
CAN_InitStruct.CAN_ABOM = ENABLE;
CAN_InitStruct.CAN_AWUM = ENABLE;
CAN_InitStruct.CAN_NART = DISABLE;
CAN_InitStruct.CAN_RFLM = DISABLE;
CAN_InitStruct.CAN_TXFP = DISABLE;
CAN_InitStruct.CAN_TTCM = DISABLE;
CAN_InitStruct.CAN_Mode = CAN_Mode_Normal;
/* 波特率:36MHz/9/(2+1+1)=1mbps */
CAN_InitStruct.CAN_Prescaler = 9;
CAN_InitStruct.CAN_SJW = CAN_SJW_1tq;
CAN_InitStruct.CAN_BS1 = CAN_BS1_2tq;
CAN_InitStruct.CAN_BS2 = CAN_BS2_1tq;
CAN_Init(Canfestival_Canx,&CAN_InitStruct);
/*开启FIFO0有数据中断*/
CAN_ITConfig(Canfestival_Canx,CAN_IT_FMP0,ENABLE);
}
3.常用的API
初始化
/**********************************************************************************
* @brief 初始化CAN外设
* @param CANx: CAN外设
* @param CAN_InitStruct: 初始化结构体
* @retval CAN_InitStatus_Failed 或者 CAN_InitStatus_Success.
********************************************************************************/
uint8_t CAN_Init(CAN_TypeDef* CANx, CAN_InitTypeDef* CAN_InitStruct)
开中断
/*****************************************************************************************
* @brief 配置CAN中断
* @param can外设
* @param CAN_IT: 中断类型
* - CAN_IT_TME, //发送邮箱空
* - CAN_IT_FMP0, //FIFO0中有数据
* - CAN_IT_FF0, //FIFO0满
* - CAN_IT_FOV0, //FIFO0溢出
* - CAN_IT_FMP1, //FIFO1中有数据
* - CAN_IT_FF1, //FIFO1满
* - CAN_IT_FOV1, //FIFO1溢出
* - CAN_IT_EWG,
* - CAN_IT_EPV,
* - CAN_IT_LEC,
* - CAN_IT_ERR, //错误
* - CAN_IT_WKU or //唤醒
* - CAN_IT_SLK. //睡眠确认
* @param NewState: new state of the CAN interrupts.
* This parameter can be: ENABLE or DISABLE.
* @retval None.
*************************************************************************************/
void CAN_ITConfig(CAN_TypeDef* CANx, uint32_t CAN_IT, FunctionalState NewState);
过滤器
/*********************************************************************************
* @brief 初始化过滤器
* @param 配置结构体
* @retval None.
*********************************************************************************/
void CAN_FilterInit(CAN_FilterInitTypeDef* CAN_FilterInitStruct)
接收数据
/******************************************************************************
* @brief Receives a message.
* @param CANx: where x can be 1 or 2 to to select the CAN peripheral.
* @param FIFONumber: Receive FIFO number, CAN_FIFO0 or CAN_FIFO1.
* @param RxMessage: pointer to a structure receive message which contains
* CAN Id, CAN DLC, CAN datas and FMI number.
* @retval None.
******************************************************************************/
void CAN_Receive(CAN_TypeDef* CANx, uint8_t FIFONumber, CanRxMsg* RxMessage)
发送数据
/*********************************************************************************
* @brief Initiates the transmission of a message.
* @param CANx: where x can be 1 or 2 to to select the CAN peripheral.
* @param TxMessage: pointer to a structure which contains CAN Id, CAN
* DLC and CAN data.
* @retval The number of the mailbox that is used for transmission
* or CAN_TxStatus_NoMailBox if there is no empty mailbox.
**********************************************************************************/
uint8_t CAN_Transmit(CAN_TypeDef* CANx, CanTxMsg* TxMessage)
4.中断服务函数
void CAN1_RX1_IRQHandler (void);
void USB_HP_CAN1_TX_IRQHandler (void);
void USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler (void);
void CAN1_SCE_IRQHandler (void);
（2）hal库
1. cubmax配置
参数配置
- Prescaler (for Time Quantum) : 分频系数，决定了Tq的大小
- Time Quanta in Bit Segment 1 ：相位缓冲段1 同步时加长
- Time Quanta in Bit Segment 2 ：相位缓冲段2 同步时缩短
- ReSynchronization Jump Width: 再同步时相位缓冲段增加和减少的长度单位是Tq
- Time Triggered Communication Mode ：时间触发模式
- Automatic Bus-Off Management: 自动下线功能，当检测128次11位连续的隐性位下线
- Automatic Wake-Up Mode: 自动唤醒功能，通过检测CAN报文 由硬件唤醒CAN
- Automatic Retransmission：自动重发功能，会一直重传到发送成功
- Receive FIfo Locked Mode：当接收FIFO满时，FIFO被锁定，新来的报文被丢弃；否则会覆盖原有的报文
- Transmit Fifo Priority: 使能时CAN报文发送的顺序由发送的顺序决定；不使能时，由报文优先级决定。
2. 重要结构体
CAN对象
typedef struct
{
CAN_TypeDef *Instance; /*寄存器接口 */
CAN_InitTypeDef Init; /*初始化参数 */
... /*其他成员不常用，暂时不列出*/
} CAN_HandleTypeDef;
初始化结构体
//和上述CubMax配置相同，不过多介绍
typedef struct
{
uint32_t Prescaler;
uint32_t Mode;
uint32_t SyncJumpWidth;
uint32_t TimeSeg1;
uint32_t TimeSeg2;
FunctionalState TimeTriggeredMode;
FunctionalState AutoBusOff;
FunctionalState AutoWakeUp;
FunctionalState AutoRetransmission;
FunctionalState ReceiveFifoLocked;
FunctionalState TransmitFifoPriority;
} CAN_InitTypeDef;
过滤器结构体
typedef struct
{
uint32_t FilterIdHigh; //过滤器高位
uint32_t FilterIdLow; //过滤器低位
uint32_t FilterMaskIdHigh; //过滤器掩码高位
uint32_t FilterMaskIdLow; //过滤器掩码低位
uint32_t FilterFIFOAssignment; //FIFO号
uint32_t FilterBank; //过滤器号
uint32_t FilterMode; //过滤器模式:掩码模式、列表模式
uint32_t FilterScale; //过滤器大小
uint32_t FilterActivation; //是否使能该过滤器
uint32_t SlaveStartFilterBank;
} CAN_FilterTypeDef;
消息结构体
typedef struct
{
uint32_t StdId;
uint32_t ExtId;
uint32_t IDE;
uint32_t RTR;
uint32_t DLC;
FunctionalState TransmitGlobalTime;
} CAN_TxHeaderTypeDef;
3.cubmax生成的初始化代码以及分析
4. 常用的API
/**************************************************************************************************
* @brief 发送CAN_Message
* @param [in] hcan can对象/句柄
* @param [in] pHeader 报文头
* @param [in] aData 数据
* @param [out] pTxMailbox该消息通过哪个邮箱发送这个消息
* @retval HAL_OK 成功
HAL_ERROR 错误
***************************************************************************************************/
HAL_StatusTypeDef HAL_CAN_AddTxMessage(CAN_HandleTypeDef *hcan, const CAN_TxHeaderTypeDef *pHeader,
const uint8_t aData[], uint32_t *pTxMailbox);
/**************************************************************************************************
* @brief 接收CAN_Message
* @param [in] hcan can对象/句柄
* @param [in] RxFifo FIFO号
* @param [out] pHeader 报文头
* @param [in] aData 数据
* @retval HAL_OK 成功
HAL_ERROR 错误
***************************************************************************************************/
HAL_StatusTypeDef HAL_CAN_GetRxMessage(CAN_HandleTypeDef *hcan, uint32_t RxFifo,
CAN_RxHeaderTypeDef *pHeader, uint8_t aData[]);
/**************************************************************************************************
* @brief 配置过滤器
* @param [in] hcan can对象/句柄
* @param [in] sFilterConfig 过滤器配置
* @retval HAL_OK 成功
HAL_ERROR 错误
***************************************************************************************************/
HAL_StatusTypeDef HAL_CAN_ConfigFilter(CAN_HandleTypeDef *hcan, const CAN_FilterTypeDef *sFilterConfig);
/**************************************************************************************************
* @brief 激活中断
* @param [in] hcan can对象/句柄
* @param [in] ActiveITs 中断类型
* @retval HAL_OK 成功
HAL_ERROR 错误
***************************************************************************************************/
HAL_StatusTypeDef HAL_CAN_ActivateNotification(CAN_HandleTypeDef *hcan, uint32_t ActiveITs);
/**************************************************************************************************
* @brief 失活中断
* @param [in] hcan can对象/句柄
* @param [in] ActiveITs 中断类型
* @retval HAL_OK 成功
HAL_ERROR 错误
***************************************************************************************************/
HAL_StatusTypeDef HAL_CAN_DeactivateNotification(CAN_HandleTypeDef *hcan, uint32_t InactiveITs);
/*************************************************************************************************
* @brief 判断某个mailbox是否发送完成
* @param hcan CAN 句柄
* @param TxMailboxes mailbox号
* @retval Status
* - 0 : No pending transmission request on any selected Tx Mailboxes.
* - 1 : Pending transmission request on at least one of the selected
* Tx Mailbox.
**************************************************************************************************/
uint32_t HAL_CAN_IsTxMessagePending(const CAN_HandleTypeDef *hcan, uint32_t TxMailboxes)
5. 中断回调函数
/*发送邮箱发送完成回调函数*/
void HAL_CAN_TxMailbox0CompleteCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan);
void HAL_CAN_TxMailbox1CompleteCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan);
void HAL_CAN_TxMailbox2CompleteCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan);
/*fifo收到消息和fifo满回调函数*/
void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan);
void HAL_CAN_RxFifo0FullCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan);
void HAL_CAN_RxFifo1MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan);
void HAL_CAN_RxFifo1FullCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan);
/*睡眠回调函数*/
void HAL_CAN_SleepCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan);
/*被唤醒回调函数*/
void HAL_CAN_WakeUpFromRxMsgCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan);
/*错误回调函数*/
void HAL_CAN_ErrorCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan);
注意：上述回调函数被调用后，对应中断有可能会被关闭，需要在对应回调函数中调用HAL_CAN_ActivateNotification来重行激活
6.重要配置
滤波器配置代码
-
32位滤波器，掩码模式(29位CAN-ID)
//敬请期待[坏笑] -
32位滤波器，列表模式(29位CAN-ID)
//敬请期待[坏笑] -
16位滤波器，掩码模式(11位CAN-ID)
//敬请期待[坏笑] -
16位滤波器，列表模式(11位CAN-ID)
//敬请期待[坏笑]
发送消息配置代码
//敬请期待[坏笑]
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