CAN总线基础详解以及stm32的CAN控制器

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| 电平 | 高速CAN | 低速CAN |
| 显性电平（0） | UCAN_H -- UCAN_L= 2V | UCAN_H -- UCAN_L = 3V |
| 隐性电平（1） | UCAN_H -- UCAN_L = 0V | UCAN_H -- UCAN_L = - 1.5V |

CAN的协议层

CAN总线以"帧"形式进行通信。CAN协议定义了5种类型的帧：数据帧、遥控帧、错误帧、过载帧、间隔帧，其中数据帧最为常用。

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| 帧类型 | 帧作用 |
| 数据帧（Data Frame） | 用于发送单元向接收单元传输数据的帧 |
| 遥控帧（Remote Frame） | 用于接收单元向具有相同ID的发送单元请求数据的帧 |
| 错误帧（Error Frame） | 用于当检测出错误时向其他单元通知错误的帧 |
| 过载帧（Overload Frame） | 用于接收单元通知其尚未做好接收准备的帧 |
| 间隔帧（Inter Frame Space） | 用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离开来的帧 |

CAN数据帧介绍

帧起始：表示数据帧开始的段，显性信号
数据段：数据的内容，一帧可发送0~8字节数据
仲裁段：表示该帧优先级的段，优先级
CRC段：检查帧的传输错误的段
ACK段：表示确认正常接收的段
控制段：表示数据的字节数及保留位的段
帧结束：表示数据帧结束的段，7个隐性信号

CAN位时序介绍

CAN总线以"位同步"机制，实现对电平的正确采样。位数据都由四段组成：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)，每段又由多个位时序Tq组成。

采样点是指读取总线电平，并将读到的电平作为位值的点。

根据位时序，就可以计算CAN通信的波特率。

注意 : 节点监测到总线上信号的跳变在SS段范围内，表示节点与总线的时序是同步，此时采样点的电平即该位的电平。

数据同步过程

CAN为了实现对总线电平信号的正确采样，数据同步分为硬件同步和再同步。

硬件同步

节点通过CAN总线发送数据，一开始发送帧起始信号。总线上其他节点会检测帧起始信号在不在位数据的SS段内，判断内部时序与总线是否同步。如果起始信号不在SS段内，采样点获取的电平是不正确的，节点会采用硬件同步机制进行调整，把自己的SS段平移到检测到边沿的地方，此时采样点获取的电平是正确的。

再同步

再同步利用普通数据为的边沿信号进行同步。再同步的情况分为两种，边沿信号相对于SS段的位置即超前和滞后。

再同步时，PSB1和PSB2中增加或减少的时间被称为"再同步步长宽度（SJW）"，其范围时1-4Tq，限定了SJW的值后，再同步时，不能增加限定长度的SJW值，SJW值较大时，吸收误差的能力更强，但是通信速率会下降。

CAN总线仲裁

当CAN总线处于空闲时，最先开始发送消息的单元获取发送权，当多个单元同时发送时，从报文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对总线的控制权，变为接收。竞争失败的单元自动检测总线是否空闲，当总线空闲会第一时间再次检测发送。

stm32的CAN控制器

CAN控制器介绍

STM32 CAN控制器（bxCAN），支持CAN 2.0A 和 CAN 2.0B Active版本协议。

CAN 2.0A 只能处理标准数据帧且扩展帧的内容会识别错误，而CAN 2.0B Active 可以处理标准数据帧和扩展数据帧。CAN 2.0B Passive只能处理标准数据帧且扩展帧的内容会忽略。

bxCAN主要特点：

波特率最高可达1M bps
支持时间触发通信（CAN的硬件内部定时器可以在TX/RX的帧起始位的采样点位置生成时间戳）
具有3级发送邮箱
具有3级深度的2个接收FIFO
可变的过滤器组（最多28个）

CAN控制器模式

CAN控制器的工作模式有三种：初始化模式、正常模式和睡眠模式。

CAN控制器的测试模式有三种：静默模式、环回模式和环回静默模式，这三种测试模式需要再初始化模式下进行配置。

CAN控制器框图

CAN内核：包含各种控制/状态/配置寄存器，可以配置模式、波特率等
发送邮箱：用来缓存待发送的报文，最多可以缓存3个报文
接收FIFO：缓存接收到的有效报文
接收过滤器：筛选有效报文

发送处理

发送优先级由邮箱中报文的标识符决定。标识符数值越低有最高优先级。如果标识符值相同，邮箱小的先被发送。

接收处理

有效报文指的是（数据帧直到EOF段的最后一位都没有错误），且通过过滤器组对标识符过滤。

接收过滤器

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。

每个过滤器组都有两个32位寄存器CAN_FxR1和CAN_FxR2。根据过滤器组的工作模式不同（位宽和选择模式），寄存器的作用不尽相同。

位宽可设置32位或16位，寄存器存储的内容就有所区别。

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| 过滤器组Reg | 32位 | 16位（寄存器由两部分组成） |
| CAN_FxR1 | STDID[10:0]、EXTID[17:0]、 IDE、RTR | STDID[10:0]、EXTID[17:15]、 IDE、RTR |
| CAN_FxR2 | STDID[10:0]、EXTID[17:0]、 IDE、RTR | STDID[10:0]、EXTID[17:15]、 IDE、RTR |

选择模式可设置屏蔽位模式或标识符列表模式，寄存器内容的功能就有所区别。

屏蔽位模式，可以选择出一组符合条件的报文。寄存器内容功能相当于是否符合条件。

标识符列表模式，可以选择出几个特定ID的报文。寄存器内容功能就是标识符本身。