Can通信流程

下面给出一个更详细的 CAN 发送报文的程序流程说明，结合 HAL 库的使用及代码示例，帮助你了解每一步的具体操作和内部原理。

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一、系统与外设初始化

1.1 HAL 库初始化

在 main() 函数开头，首先调用 HAL 库初始化函数：

HAL_Init();

• 作用：重置外设、初始化系统定时器，并设置 NVIC 分组等。
• 细节：这一步保证后续调用 HAL 库函数时，各个全局变量和中断配置已就绪。

1.2 系统时钟配置

调用时钟配置函数（通常由 CubeMX生成）：

SystemClock_Config();

• 作用：设置系统时钟源、PLL 频率、各总线的分频系数。
• 细节：CAN 模块依赖于时钟，必须保证 CAN 所在总线的时钟已使能。

1.3 GPIO 初始化

调用初始化 GPIO 的函数（通常在 gpio.c 中定义，如 MX_GPIO_Init()）：

MX_GPIO_Init();

• 作用：初始化所有用到的 GPIO，包括 CAN_TX 和 CAN_RX 所对应的引脚。
• 细节 ：这些引脚需要配置为"复用功能"（Alternate Function），并设置对应的 AF 映射（如 GPIO_AF9_CAN1），以便与 CAN 外设关联。

1.4 CAN 外设低级硬件初始化

通过 HAL 库的 MSP 回调函数进行：

• 在 HAL_CAN_MspInit() 中，使能 CAN 所在外设的时钟、配置相关 GPIO、设置 NVIC 中断优先级等。

• 例如：

  void HAL_CAN_MspInit(CAN_HandleTypeDef* hcan)
  {
      if(hcan->Instance==CAN1)
      {
          __HAL_RCC_CAN1_CLK_ENABLE();
          __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
          
          GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
          // 配置 CAN_TX、CAN_RX 所对应的引脚（假设为 PA11、PA12）
          GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_11 | GPIO_PIN_12;
          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(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
          
          // 配置 NVIC 中断（可选，根据需要启用接收/错误中断）
          HAL_NVIC_SetPriority(CAN1_RX0_IRQn, 0, 0);
          HAL_NVIC_EnableIRQ(CAN1_RX0_IRQn);
      }
  }

• 作用：为后续 CAN 模块初始化提供硬件资源支持。

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二、CAN 外设初始化及滤波器配置

2.1 配置 CAN_HandleTypeDef 并调用 HAL_CAN_Init()

在 main() 或专用初始化函数中：

CAN_HandleTypeDef hcan1;

hcan1.Instance = CAN1;
hcan1.Init.Prescaler = 16;             // 根据时钟计算波特率
hcan1.Init.Mode = CAN_MODE_NORMAL;      // 工作模式（正常/回环等）
hcan1.Init.SyncJumpWidth = CAN_SJW_1TQ;
hcan1.Init.TimeSeg1 = CAN_BS1_1TQ;
hcan1.Init.TimeSeg2 = CAN_BS2_1TQ;
hcan1.Init.TimeTriggeredMode = DISABLE;
hcan1.Init.AutoBusOff = DISABLE;
hcan1.Init.AutoWakeUp = DISABLE;
hcan1.Init.AutoRetransmission = ENABLE;
hcan1.Init.ReceiveFifoLocked = DISABLE;
hcan1.Init.TransmitFifoPriority = DISABLE;

if (HAL_CAN_Init(&hcan1) != HAL_OK)
{
    // 初始化失败处理
    Error_Handler();
}

• 作用 ：通过调用 HAL_CAN_Init()，配置 CAN 控制器的各种参数。
• 细节 ：调用过程中会自动调用 HAL_CAN_MspInit() 完成低级资源初始化。

2.2 配置 CAN 滤波器

CAN 的滤波器决定了哪些报文会被 CAN 模块接收。调用 HAL 提供的函数或用户封装的函数来配置滤波器。

CAN_FilterTypeDef canFilterConfig;
canFilterConfig.FilterActivation = ENABLE;
canFilterConfig.FilterBank = 0;                      // 滤波器编号（根据硬件数量选择）
canFilterConfig.FilterFIFOAssignment = CAN_FILTER_FIFO0;
canFilterConfig.FilterIdHigh = 0x0000;                 // 根据需求设置过滤的 ID（高位）
canFilterConfig.FilterIdLow = 0x0000;                  // （低位）
canFilterConfig.FilterMaskIdHigh = 0x0000;             // 掩码，高位（0表示不过滤，即接收所有）
canFilterConfig.FilterMaskIdLow = 0x0000;              // 掩码，低位
canFilterConfig.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK;
canFilterConfig.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_32BIT;

if (HAL_CAN_ConfigFilter(&hcan1, &canFilterConfig) != HAL_OK)
{
    // 滤波器配置失败处理
    Error_Handler();
}

• 作用：指定 CAN 模块只接收符合条件的报文。
• 细节 ：滤波器必须在 CAN 启动之前配置完成。通常在 HAL_CAN_Init() 之后，HAL_CAN_Start() 之前完成滤波器配置。

2.3 启动 CAN 模块

调用启动函数：

if (HAL_CAN_Start(&hcan1) != HAL_OK)
{
    // 启动失败处理
    Error_Handler();
}

• 作用：使 CAN 模块从初始化状态进入正常工作状态，此时发送和接收功能均可使用。
• 细节：启动后，可以使能中断，开始接收和发送数据。

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三、构造和发送 CAN 报文

3.1 构造发送数据结构

通常使用 HAL 库提供的 CAN_TxHeaderTypeDef 结构体，同时准备数据数组。例如：

CAN_TxHeaderTypeDef TxHeader;
uint8_t TxData[8] = {0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x55, 0x66, 0x77, 0x88};

TxHeader.StdId = 0x123;           // 标准标识符
TxHeader.ExtId = 0x01;            // 如果使用扩展 ID，此项有效
TxHeader.RTR = CAN_RTR_DATA;      // 数据帧（非远程帧）
TxHeader.IDE = CAN_ID_STD;        // 标准帧
TxHeader.DLC = 8;                 // 数据长度：8 字节
TxHeader.TransmitGlobalTime = DISABLE;

• 作用：设置报文的 ID、数据长度、数据帧类型等。
• 细节：字段设置应根据应用协议要求，确保接收端能正确解析数据。

3.2 将报文写入发送邮箱并启动发送

调用 HAL 库的发送函数：

uint32_t TxMailbox;
if (HAL_CAN_AddTxMessage(&hcan1, &TxHeader, TxData, &TxMailbox) != HAL_OK)
{
    // 发送失败处理，例如邮箱未空或总线错误
    Error_Handler();
}

• 作用：将构造好的报文放入 CAN 控制器的发送邮箱，由硬件完成后续发送过程。
• 细节 ：
  • TxMailbox 用于返回所使用的发送邮箱编号（CAN 发送邮箱通常有 3 个）。
  • 如果返回错误，则需要根据错误码进行重发或错误处理。

3.3 发送过程监控与确认

• 轮询检查 ：可以通过轮询 HAL_CAN_GetTxMailboxesFreeLevel(&hcan1) 来判断是否还有空邮箱。
• 中断回调 ：也可以使用 HAL 提供的回调函数，例如 HAL_CAN_TxMailbox0CompleteCallback()（如果启用了对应中断），来确认某个邮箱完成发送。
• 错误处理 ：在发送过程中，如果检测到错误（例如仲裁失败、总线错误等），需要调用错误回调 HAL_CAN_ErrorCallback() 进行处理。

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四、CAN 接收（补充说明）

虽然主要讨论发送流程，但在实际应用中，发送报文后 CAN 控制器也可能接收到响应数据。一般流程如下：

1. 中断处理

   • 当 CAN 模块检测到有报文到达 FIFO0 时，HAL 库会调用回调函数：

     void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan)
     {
         CAN_RxHeaderTypeDef RxHeader;
         uint8_t RxData[8];
         if(HAL_CAN_GetRxMessage(hcan, CAN_RX_FIFO0, &RxHeader, RxData) == HAL_OK)
         {
             // 对接收到的数据进行处理
         }
     }

2. 数据处理

   • 在回调函数中，读取报文内容，根据 ID 和数据内容进行相应的业务处理。

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五、总结整个流程

1. 初始化阶段

   • HAL 初始化、系统时钟、GPIO 配置、CAN MSP 初始化（使能时钟、GPIO、NVIC 等）。

2. CAN 模块初始化

   • 配置 CAN 参数（波特率、模式等），调用 HAL_CAN_Init()。
   • 配置滤波器（决定哪些报文被接收），调用 HAL_CAN_ConfigFilter()。
   • 启动 CAN 模块，调用 HAL_CAN_Start()。

3. 发送阶段

   • 构造发送报文（填写 CAN_TxHeaderTypeDef、数据数组）。
   • 将报文写入发送邮箱，调用 HAL_CAN_AddTxMessage()。
   • 监控发送过程，处理发送成功或错误。

这种详细流程确保在发送报文前，所有硬件和软件配置都已完成，并且在发送过程中对可能出现的错误提供了检查和处理机制。通过这种模块化设计，整个 CAN 通信过程清晰而可靠，便于后续的调试和维护。