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尚硅谷嵌入式技术之STM32单片机

（尚硅谷研究院）

版本：V1.0.0

物联网通信之CAN通讯

CAN通讯介绍

参考：https://./aboutcan/canprotocoltutorial/

CAN（ControllerAreaNetwork控制器局域网，简称CAN或者CANbus）是一种功能丰富的车用总线标准。被设计用于在不需要主机（Host）的情况下，允许网络上的单片机和仪器相互通信。

它基于消息传递协议，设计之初在车辆上复用通信线缆，以降低铜线使用量，后来也被其他行业所使用。

CAN拥有了良好的弹性调整能力，可以在现有网络中增加节点而不用在软、硬件上做出调整。除此之外，消息的传递不基于特殊种类的节点，增加了升级网络的便利性。

物理层

协议层

CAN的帧（报文）种类

CAN总线是广播类型的总线。这意味着所有节点都可以侦听到所有传输的报文。无法将报文单独发送给指定节点；所有节点都将始终捕获所有报文。但是CAN硬件能够提供本地过滤功能，让每个节点对报文有选择性地做出响应。

CAN使用短报文–最大实用负载是94位。报文中没有任何明确的地址；相反，可以认为报文是通过内容寻址，也就是说，报文的内容隐式地确定其地址。

CAN总线上有5种不同的报文类型（或“帧”）：数据帧，远程帧，错误帧，过载帧和帧间隔。

数据帧

数据帧是最常见的报文类型，用于发送单元向接收单元发送数据。

远程帧（遥控帧）

远程帧用于接收单元向具有相同id的发送单元请求发送数据。

错误帧

错误帧当检测出错误时向其他单元通知错误的帧。

过载帧

过载帧并不常用，因为当今的CAN控制器会非常智能化地避免使用过载帧。

帧间隔

用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离开来的帧

其中错误帧、过载帧、帧间隔都是由硬件自动完成的，没有办法用软件来控制。对于一般使用者来说，只需要掌握数据帧与遥控帧。数据帧和遥控帧有标准格式与扩展格式。标准格式有11位标识符，扩展格式有29位标识符。

数据帧介绍

远程帧介绍

与数据帧相比没有数据段。

CAN总线仲裁

CAN总线处于空闲状态的时候，最先发送消息的单元获得发送权。

多个单元同时开始发送时，从仲裁段（报文id）的第一位开始进行仲裁。连续输出显性电平最多的单元可以继续发送，即首先出现隐形电平的单元失去最总线的占有权变为接收。（即报文id小的优先级高）。

竞争失败，会自动检测总线空闲，在第一时间再次尝试发送。

CAN的位时序

STM32的CAN外设

CAN外设（CAN控制器）介绍

STM32的芯片中具有bxCAN控制器（BasicExtendedCAN），它支持CAN协议2.0A和2.0BActive标准。（CAN2.0A只能处理标准数据帧且扩展帧的内容会织别错误。而CAN2.0BActive可以处理标准数据帧和扩展数据帧。CAN2.0BPassive只能处理标准数据帧而扩展帧的内容会被忽略）。

该CAN控制器支持最高的通讯速率为1Mb/s；可以自动地接收和发送CAN报文，支持使用标准ID和扩展ID的报文；外设中具有3个发送邮箱，发送报文的优先级可以使用软件控制，还可以记录发送的时间；具有2个3级深度的接收FIFO，可使用过滤功能只接收或不接收某些ID号的报文；可配置成自动重发；不支持使用DMA进行数据收发。

CAN控制器的3种工作模式

CAN控制器有3种工作模式：初始化模式，正常模式，睡眠模式。

上电复位后CAN控制器默认会进入睡眠模式，作用是降低功耗。当需要将进行初始的时候（配置寄存器），会进入初始化模式。当需要通讯的时候，就进入正常模式。

CAN控制器的3种测试模式

有3种测试模式：静默模式、环回模式、环回静默模式。当控制器进入初始化模式的时候才可以配置测试模式。

静默模式可以用于检测总线的数据流量。环回模式可以用于自检（影响总线）。环回静默也是用于自检，不会影响到总线。

功能框图

主动内核

含各种控制/状态/配置寄存器，可以配置模式、波特率等。在STM32CubeMx中可以非常方便的配置。

发送邮箱

用来缓存待发送的报文，最多可以缓存3个报文。发送调度决定报文的发送顺序。

接收FIFO

共有2个接收FIFO，每个FIFO都可以存放3个完整的报文。它们完全由硬件来管理。从而节省了CPU的处理负荷，简化了软件并保证了数据的一致性。应用程序只能通过读取FIFO输出邮箱，来读取FIFO中最先收到的报文。

接收滤波器（过滤器）

做用：对接到的报文进行过滤。最后放入FIFO0或FIFO1。

当总线上报文数据量很大时，总线上的设备会频繁获取报文，占用CPU。过滤器的存在，选择性接收有效报文，减轻系统负担。

有2种过滤模式：

标识符列表模式，它把要接收报文的ID列成一个表，要求报文ID与列表中的某一个标识符完全相同才可以