基于STM32的CAN总线通信学习笔记
本文主要简单介绍CAN总线的相关概念，以及通信协议等知识，和使用STM32自带的bxCAN外设进行CAN总线编程实验，以及编程心得。
1. CAN总线简要介绍
概念：CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称，是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的，并最终成为国际标准（ISO 11898），是国际上应用最广泛的现场总线之一。
因此，其在分布式控制中有很大用途，尤其在局域网络。
特点
- 多主控制
- 柔软性
- 速度快，距离远（最快1Mbps 可达10KM，当1Mbps时小于40m，速度越高，距离越远）
- 检测错误
- 故障封闭
- 连接节点多，可分布式控制
总线电平
采用差分信号通信，由CAN_H和CAN_L组成，电平分显性电平和隐形电平。
1显性电平：CAN_H-CAN_L=2V左右，对应逻辑0。
2隐性电平：CAN_H-CAN_L=0V左右（看不见差别，故认为隐性），对应逻辑1。
通信协议
1. 常用的帧类型：数据帧，遥控帧，过载帧，间隔帧。（数据帧和遥控帧常用，重点介绍数据帧的通信协议）
2. 数据帧：
数据帧协议格式需了解清楚下面这张图：
数据帧主要分两种格式：标准格式和扩展格式。区别在于，扩展格式比标准格式多18位的ID（ID见下讲解），但实现的效果一样。
每个段的解释见下：（加粗的段为重点了解的段）
1）帧起始段：产生一个位的显性电平，表示该帧开始。
2）仲裁段（ID段）：ID的设置是为了区分数据帧的优先级，优先级越高的数据帧，会被优先接收处理。判断优先级的高低通过识别：从ID的最高位（MSB）开始判断，若连续出现显性电平（逻辑0）个数最多的，优先级越高。
3）控制段：表数据帧里数据段的字节数
4）数据段：用户需要发送的数据内容，可一次性发送0–8个字节的数据。（每个数据占用一个字节）
5）CRC段：检查帧传输错误。（检查范围：起始端，仲裁段，控制段，数据段）
6）ACK段：确认并响应是否正常接收
7）帧结束：由7个隐形位（逻辑1）组成,因此ID仲裁断禁止出现1111111****形式的格式。
3. 遥控帧：请求指定ID发送数据，跟数据帧格式相比少一个数据段。
位时序（波特率的设置）
波特率大和位时间有关，为位时间的倒数关系。
一个位分为4段：同步段，传播时间段，相位缓冲段1，相位缓冲段2。每个段都是Tq的整数倍，通过设定每个段的Tq数可计算出：波特率=1/(n*Tq）。（可以不用详细了解每个段，但需知道与波特率的关系）
2. STM32的bxCAN外设介绍
STM32提供很好bxCAN外设，专门用于CAN总线编程。提供的很多的封装函数，提供了极大的便利，编程上大大减少时间，并易于理解。一般的103系列都有带有一个bxCAN外设，互联型的有2个bxCAN外设。
特点
由CAN_TX和CAN_RX两条收发线组成，外电路可通过芯片JT1050的CAN收发芯片，转换成CAN_H和CAN_L。
bxCAN模式选择（加粗部分为最常见的）
- 工作模式：初始化模式，正常模式，睡眠模式
测试模式：静默模式，环回模式，环回静默模式。
静默模式：只接不发。
环回模式：不接收，但发的同时，不仅发给外设备还自发自接。
环回静默模式：不接收，只能自发自接。
- 调试模式。
bxCAN的ID筛选器（关键）
使用筛选器，可以筛选出想要接收的指定ID数据，屏蔽不想要的数据，通过设置还筛选器，接收到的信息ID符合筛选器要求，那么消息将会被接收。一般STM32有14个筛选器，互联型有28个筛选器。
筛选器的两种工作模式：
1. 屏蔽模式：即掩码模式，通过设置寄存器：CAN_FxR1和CAN_FxR2（x指使用x号筛选器）。CAN_FxR1配置为期望收到的ID，CAN_FxR2为可选择屏蔽不检查不关心的ID位，即设置掩码ID(0表不关心此位，1表关心此位)。
eg，举例(使用筛选器0)：若CAN_F0R1=0xFFFF0000，CAN_F0R2=0xFF00FF00,表示最好期望能收到ID为0xFFFF0000的数据，但是设置了CAN_F0R2=0xFF00FF00，因此只关心[31：24][15：8]位的ID ,其他位不关心，因此只要传进来的ID为0xFFxx00xx，都可以接收。
2. 列表模式：
列表模式没有设置掩码ID功能，因此CAN_F0R2充当CAN_F0R1使用，只要接受的ID符合CAN_F0R1或者CAN_F0R2都可以。
bxCAN的发送和接收
1. 发送：bxCAN有3个发送邮箱，进行消息的发送。
2. 接收：bxCAN有两个FIFO，每个FIFO有3个邮箱，通过设置哪个FIFO进行消息接收，当有消息时会分别依次存进每个邮箱，若邮箱的消息没有及时读出，会出现溢出。
bxCAN的位时序（波特率设置）
上面的CAN概念简单的介绍了波特率的设置，bxCAN将传播时间段和相位缓冲时间段合并成一个段，因此只有3个段的位时间：tsjw，tb1，tb2。
另外波特率还跟bxCAN外设的时钟总线频率(fAPB1)以及分频系数（brp）有关。波特率公式：Fpclk1/((tsjw+tbs1+tbs2)*brp)
eg，举例:一般地，bxCAN外设的时钟总线频率fAPB1=36Mhz（F4系列为42M）。设置tsjw=1，tb1=7，tb2=8，brp=5。
则：波特率=Fpclk1/((tsjw+tbs1+tbs2)*brp) = 36M/(1+7+8)*5 = 450Kbps
3. STM32的bxCAN外设实验（程序设计）
bxCAN初始化流程
- 引脚配置以及使能时钟（APB1），其中CAN_RX引脚为上拉输入，CAN_TX为复用输出。
- 设置bxCAN模式（见上有讲解）。
- 设置波特率（tsjw，tb1，tb2，brp）
- 设置滤波器。
bxCAN设置滤波器流程
- 选择筛选器组号。
- 使用哪个FIFO(FIFO0或FIFO1)关联到筛选器号（即用哪个FIFO进行接收消息
- 设置筛选器模式以及需要筛选的ID
bxCAN发送流程
- 选用哪种帧类型（一般可选：标准数据帧，扩展数据帧，遥控帧）
设置标准帧（StdId），扩展帧（ExtId）的ID，以及需要一次性发送的数据长度（字节数）
将要发送的数据赋值给结构体成员（最多只能赋值8个字节的数据，每个数据1字节），并发送。
bxCAN接收流程
- 等待有消息到达。
- 将接收的消息（消息为结构体类型）存于指定FIFO（有2个FIFO，每个FIFO下有3个邮箱）。
- 把消息的数据提出。
- 将FIFO里的消息释放，避免堆积。
程序例程
实验内容：采用环回模式，过滤器采用掩码模式，进行扩展数据帧的bxCAN自发自接，并将接收的数据发送的电脑上位机显示。（程序只粘贴主要的内容）
int main(void)
{
uint8_t Data[8]="AJU8iK9a";//要发送的数据，一次不能超过8字节
CanRxMsg RecieveMess; //注意！不能定义为指针形否则会卡死在CAN接收函数！
char Recievedata1[8]={0};
char* Recievedata = Recievedata1;
ALL_init();//时钟，GPIO，串口，延时初始化（不粘贴）
//can1 环回模式（即发送数据同时还能给自己发，用于测试） 450Kbps波特率
CANInit(CAN1 , CAN_Mode_LoopBack ,CAN_SJW_1tq , CAN_BS1_7tq , CAN_BS2_8tq ,5);
printf("下面是CAN自测试（环回模式）\r\n");
while(1)
{
if(CAN_TX_data(Data , sizeof(Data)/sizeof(uint8_t)))//注意长度获取不能在形参内去获取，否则出错
{
printf("发送成功\r\n");
if(CAN_RX_data(RecieveMess , (u8*)Recievedata))
{
printf("接收到数据:%s\r\n",Recievedata);
}
else
{
printf("接收不到\r\n");
}
}
else
{
printf("发送失败\r\n");
}
delay_ms(100);
}
} /*
函数描述：can初始化配置（包括对时钟和IO配置）
参数： CANx CAN模式（环回模式和正常模式） 波特率有关的参数(tsjw,tbs1,tbs2,brp)
返回：初始化成功返回1，否则0
流程：
1：CAN初始化（环回模式和正常模式）
2：过滤器初始化（掩码模式和列表模式）
CAN波特率计算方法：
CAN1位于APB1线上，时钟36M
波特率=Fpclk1/((tsjw+tbs1+tbs2)*brp) = 36M/(1+7+8)*5 = 450Kbps;
*/
char CANInit(CAN_TypeDef* CANx ,u8 CAN_Mode_xyz ,u8 tsjw,u8 tbs1,u8 tbs2 ,u8 brp)
{
char StateFlag = 0;
CAN_InitTypeDef CAN_InitStruct;
CAN_FilterInitTypeDef CAN_FilterInitStruct;
//时钟和复用IO口配置
if(CANx == CAN1)
{
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA , ENABLE);
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1 , ENABLE);
GPIOInit(GPIOA , GPIO_Pin_11 , GPIO_Mode_IPU , 1 ); //can_RX GPIO_Mode_IN_FLOATING
GPIOInit(GPIOA , GPIO_Pin_12 , GPIO_Mode_AF_PP ,2); //can_TX
}
if(CANx == CAN2)
{
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB , ENABLE);
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN2 , ENABLE);
GPIOInit(GPIOB , GPIO_Pin_12 ,GPIO_Mode_IN_FLOATING ,1); //can_RX
GPIOInit(GPIOB , GPIO_Pin_13 , GPIO_Mode_AF_PP , 1 ); //can_TX
}
CAN_DeInit(CANx);
///////////////CAN参数初始化///////////////
CAN_InitStruct.CAN_ABOM = DISABLE;
CAN_InitStruct.CAN_AWUM = DISABLE;
CAN_InitStruct.CAN_Mode = CAN_Mode_xyz;//can模式 CAN_Mode_LoopBack;// CAN_Mode_Normal
CAN_InitStruct.CAN_NART = DISABLE;
CAN_InitStruct.CAN_RFLM = DISABLE;
CAN_InitStruct.CAN_TTCM = DISABLE;
CAN_InitStruct.CAN_TXFP = DISABLE;
CAN_InitStruct.CAN_Prescaler = brp; //分频
CAN_InitStruct.CAN_SJW = tsjw;//CAN_SJW_1tq;//同步时间 Tq
CAN_InitStruct.CAN_BS1 = tbs1;//CAN_BS1_1tq;
CAN_InitStruct.CAN_BS2 = tbs2;//CAN_BS2_4tq;
StateFlag = CAN_Init(CANx, &CAN_InitStruct);//初始化成功返回1
///////////过滤器初始化（掩码模式）////////////
CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterActivation = ENABLE;//使能过滤器
CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterNumber = 0; //过滤器号，可选0--13（F103）
CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterFIFOAssignment = CAN_FilterFIFO0; //使用FIFO0，过滤器0关联到FIFO0（可选FIFO0和FIFO1）
//能通过的标准ID号
CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterIdHigh =0xABCDEF98>>16;//0xABC<<4;//; //标准ID不能为：1111111xxxx类型
CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterIdLow =0xABCDEF98&0x0000FFF8;// 0x00 ;
//接收的ID号需要严格检测的位，该位不符合标准ID号相应的位，则不让通过
CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterMaskIdHigh = 0xFFFF ;//0x0000; //0表此位不关心
CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterMaskIdLow = 0xFFF8 & 0xFFF8;//扩展帧下，掩码模式只能关心前29位，后3位不能关心
CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterMode = CAN_FilterMode_IdMask; //过滤器为掩码模式 //CAN_FilterMode_IdList为列表模式
;
CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterScale = CAN_FilterScale_32bit;//过滤器为32位
CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStruct);
return StateFlag;
} /*
函数描述：can数据发送
参数： 发送的数据
返回：发送成功返回1
说明： 发送数据得配置发送数据的参数，将数据和相关参数写入结构体再发送
发送参数配置流程：
1：选择帧类型（标准数据帧 ，扩展数据帧，遥控帧）
（标准帧ID11位 扩展帧ID29位 遥控帧：只有ID无数据，请求指定ID发数据）
2：写入ID
3：写入数据（帧数据总长度64位，可最多一次性写入8个数据，每个数据只占1字节）
4：通过结构体把数据及ID参数发出去，并自动返回发出的邮箱号（发送邮箱一共有3个）
5：等待发送成功
*/
char CAN_TX_data(u8 *TXdata ,u8 DataLen)
{
int i=0;
u8 mailbox;
CanTxMsg TxMessage;
uint8_t TXdata1[8]={0};
//设置为标准数据帧 （还有扩展数据帧 遥控帧）
TxMessage.RTR = CAN_RTR_Data;//数据帧
TxMessage.IDE =CAN_Id_Extended;//CAN_Id_Standard// CAN_Id_Standard;//使用标准帧id
TxMessage.StdId = 0xABC>>1;//0x12;//标准帧ID
TxMessage.ExtId = 0xABCDEF98>>3;//0x12;//扩展帧ID
TxMessage.DLC = DataLen;//sizeof(TXdata)/sizeof(uint8_t); //需要一次性发送的数据个数（不超过8个）
for(i =0 ;i < DataLen ; i++)//
{
TxMessage.Data[i] = TXdata[i];//Data个数小于8个，并且每个数据大小为1字节
// printf("%d ",sizeof(TXdata));
}
mailbox = CAN_Transmit(CAN1, &TxMessage);//将消息发送出去。返回值为发送出去的邮箱号
//等待发送成功
i = 0xfff;
while(CAN_TransmitStatus(CAN1, mailbox) != CAN_TxStatus_Ok &&i) //获取该邮箱号的发送成功与否标志，一定的延迟防止死循环
{
i--;
}
if(i==0) return 0; //发送失败 ，返回0
else return 1; //发送成功，返回1
//
} /*
函数描述：can数据接收
参数： 接收的数据和参数的结构体 接收的数据部分
返回：接收成功返回1
说明：接收数据存于结构体中，应对结构体进行解析读取。
接收流程：
1：等待有消息到达
2:将接收的消息（消息为结构体类型）存于指定FIFO（有2个FIFO，每个FIFO下有3个邮箱）
3:把消息的数据提出
4：将FIFO里的消息释放，避免堆积。
注意：函数定义形参：CanRxMsg RecieveData; 应该为非指针形。否则会出现多一个字符的乱码现象。
*/
char CAN_RX_data(CanRxMsg RecieveData , uint8_t *RXdata)
{
// CanRxMsg RecieveData1;
int i = 0xfff;
if(!CAN_MessagePending(CAN1, CAN_FIFO0)) //注意：CAN_FIFO0，不是CAN_FilterFIFO0
{
return 0;//没有数据接收 ，返回0
}
CAN_Receive(CAN1, CAN_FIFO0 , &RecieveData);//接收FIOFO_0下的邮箱（CAN1有两个FIFO，每个FIFO有3级邮箱）
//把这次接收所有数据都提取并存起来
for(i=0; i<RecieveData.DLC ;i++)
{
RXdata[i] =RecieveData.Data[i];
}
// printf("长度%d ",RecieveData.DLC);
CAN_FIFORelease(CAN1, CAN_FilterFIFO0); //释放FIFO_0邮箱的消息,以便接收新消息
return 1; //接收成功，返回1
}编程调试心得（总结一些知识要点）
1 对CAN_RX_data的函数定义
如果函数定义成形式：char CAN_RX_data(CanRxMsg* RecieveData , uint8_t *RXdata);会出现如下反应：
i:如果 CanRxMsg RecieveMess; 放在CAN_RX_data函数外，即主函数里，将会多打印出一字符：”接收到数据:AED9i8ua”(会多接收到一个的乱码)
ii:如果 CanRxMsg RecieveMess; 放在函数内，显示正常：”接收到数据:AED9i8ua”如果函数定义成形式：char CAN_RX_data(CanRxMsg RecieveData , uint8_t *RXdata);,即：RecieveData为非指针。
无论CanRxMsg RecieveMess; 在函数内还是函数外不影响。分析原因：和形参的指针有关（形参应该为非指针形式）。具体详细原因未解。
2 知识难点（针对过滤器（筛选器）的理解与配置）：
如果是接收的数据是标准帧格式：
标准帧ID占用位数为11位， 在发送函数中设置的标准帧ID（StdId）只需为低11位赋值即可，另外高5位可任意。过滤器的ID号与接收的标准帧ID是左对齐形式（即32位与11位的左对齐），因此过滤器的ID号的高11位有过滤的效果，其他位可设任意值。
举例，如：发送函数配置的标志帧ID：StdId=0xFA8B;则标准帧ID= 010 1000 1011（取最低的11位）
如果在掩码模式的所有位都在检测的情况下，那么过滤器ID号高11位和标准帧ID应该一样，
可以取:CAN_FilterIdHigh=0x516F=010 1000 1011 01111 ( CAN_FilterIdLow 任意）同理，如果是接收的数据是扩展帧格式：
标准帧ID占用位数为29位，只需对ExtId的低29位赋值即可。
过滤时和过滤ID好也是左对齐，因此过滤器的ID号的高29位有过滤的效果，其他位可设任意值。
3 对过滤器（筛选器）配置方法的改进：
改进：由于以上给帧ID和过滤器ID赋值格式不统一，也不容易计算。为了统一并方便观察，
对取标准/扩展帧ID和过滤器ID的赋值进行如下改进。（最严格情况：掩码模式对所有位都要关心）
举例（标准帧），如程序可设置标准帧ID宏定义为：0xABC（取前11位，最后一位必须取0，不作为标准ID位）。但是，将其写入StdId时，需右移动一位，取出高11位作为有效位：
StdId = 0xABC>>1; //（取出11位)
CAN_FilterIdHigh= 0xABC<<4; //11个有效位移动到最左端（使32位过滤ID与11位标准帧的左对齐）举例（扩展帧）：如程序可设置扩展帧ID宏定义为：0xABCDEF98（取前29位，最后3位必须取0，不作为标准ID位），但是，将其写入ExtId为时，需右移动3位，取出高29位作为有效位：
ExtId = 0xABCDEF98>>3;（取出29位）
CAN_FilterIdHigh = 0xABCDEF98>>16;
CAN_FilterIdLow = 0xABCDEF98&0x0000FFF8 ;//29个有效位移到最高位（使32位过滤ID与29位标准帧的左对齐）需要注意：
在标准帧下，对于32位的过滤器，设置掩码ID只能关心高11位，后25位不能关心。（掩码ID：0表不关心此位，1表关心此位）
在扩展帧下，设置掩码ID只能关心高29位，后3位不能关心。
- 以上如有解释不周到的，望有识之士给予指教！