STM32 CAN 控制器 详解

CAN  是 Controller Area Network  的缩写（以下称为 CAN），是 ISO 国际标准化的串行通信协议。在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个 LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986  年德国电气商博世公司开发出面向汽车的 CAN  通信协议。此后，CAN  通过 ISO11898  及 ISO11519  进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。  

现在，CAN  的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。 

CAN  控制器根据两根线上的电位差来判断总线电平。总线电平分为显性电平和隐性电平，二者必居其一。发送方通过使总线电平发生变化，将消息发送给接收方。

STM32 自带的是 bxCAN，即基本扩展 CAN。它支持 CAN 协议 2.0A 和 2.0B。它的设计目标是，以最小的 CPU 负荷来高效处理大量收到的报文。它也支持报文发送的优先级要求(优先级特性可软件配置)。对于安全紧要的应用，bxCAN 提供所有支持时间触发通信模式所需的硬件功能。

STM32 的 bxCAN 的主要特点有：

l 支持 CAN 协议 2.0A 和 2.0B 主动模式

l 波特率最高达 1Mbps

l 支持时间触发通信

l 具有 3 个发送邮箱

l 具有 3 级深度的 2 个接收 FIFO

l 可变的过滤器组（最多 28 个）

在 STM32 互联型产品中，带有 2 个 CAN 控制器，而 STM32F103ZET6 属于增强型，不是互联型，只有 1 个 CAN 控制器

STM32 的标识符过滤是一个比较复杂的东东，它的存在减少了 CPU 处理 CAN 通信的开销。STM32 的过滤器组最多有 28 个（互联型），但是 STM32F103ZET6 只有 14 个（增强型），每个滤波器组 x 由 2 个 32 为寄存器，CAN_FxR1 和 CAN_FxR2 组成。

STM32 每个过滤器组的位宽都可以独立配置，以满足应用程序的不同需求。根据位宽的不同，每个过滤器组可提供：

CAN 的初始化配置步骤,CAN 相关的固件库函数和定义分布在文件 stm32f10x_can.c 和头文件 stm32f10x_can.h 文件中。

1）配置相关引脚的复用功能，使能 CAN 时钟。

我们要用 CAN，第一步就要使能 CAN 的时钟。其次要设置 CAN 的相关引脚为复用输出，这里我们需要设置 PA11 为上拉输入（CAN_RX 引脚）PA12 为复用输出（CAN_TX 引脚），并使能 PA 口的时钟。使能 CAN1 时钟的函数是：

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1, ENABLE);//使能 CAN1 时钟

2）设置 CAN 工作模式及波特率等。

这一步通过先设置 CAN_MCR 寄存器的 INRQ 位，让 CAN 进入初始化模式，然后设置CAN_MCR 的其他相关控制位。再通过 CAN_BTR 设置波特率和工作模式（正常模式/环回模式）等信息。  最后设置 INRQ 为 0，退出初始化模式。

在库函数中，提供了函数 CAN_Init()用来初始化 CAN 的工作模式以及波特率，CAN_Init()函数体中，在初始化之前，会设置 CAN_MCR 寄存器的 INRQ 为 1 让其进入初始化模式，然后初始化 CAN_MCR 寄存器和 CRN_BTR 寄存器之后，会设置 CAN_MCR 寄存器的 INRQ 为 0让其退出初始化模式。所以我们在调用这个函数的前后不需要再进行初始化模式设置。下面我们来看看 CAN_Init()函数的定义：

uint8_t CAN_Init(CAN_TypeDef* CANx, CAN_InitTypeDef* CAN_InitStruct)；

第一个参数就是 CAN 标号，这里我们的芯片只有一个 CAN，所以就是 CAN1。

第二个参数是 CAN 初始化结构体指针，结构体类型是 CAN_InitTypeDef，下面我们来看看这个结构体的定义：

typedef struct

{

uint16_t CAN_Prescaler;  

uint8_t CAN_Mode;     

uint8_t CAN_SJW;      

uint8_t CAN_BS1;         

uint8_t CAN_BS2;       

FunctionalState CAN_TTCM; 

FunctionalState CAN_ABOM;  

FunctionalState CAN_AWUM;  

FunctionalState CAN_NART; 

FunctionalState CAN_RFLM; 

FunctionalState CAN_TXFP;  

} CAN_InitTypeDef;

这个结构体看起来成员变量比较多，实际上参数可以分为两类。前面 5 个参数是用来设置寄存器 CAN_BTR，用来设置模式以及波特率相关的参数，设置模式的参数是CAN_Mode， 我们实验中用到回环模式 CAN_Mode_LoopBack 和常规模式 CAN_Mode_Normal，大家还可以选择静默模式以及静默回环模式测试。其他设置波特率相关的参数 CAN_Prescaler，CAN_SJW，CAN_BS1 和 CAN_BS2 分别用来设置波特率分频器，重新同步跳跃宽度以及时间段 1 和时间段 2 占用的时间单元数。后面 6 个成员变量用来设置寄存器 CAN_MCR，也就是设置 CAN 通信相关的控制位。

初始化实例为：

CAN_InitStructure.CAN_TTCM=DISABLE;      //非时间触发通信模式 

CAN_InitStructure.CAN_ABOM=DISABLE;      //软件自动离线管理   

CAN_InitStructure.CAN_AWUM=DISABLE;          //睡眠模式通过软件唤醒

CAN_InitStructure.CAN_NART=ENABLE;    //禁止报文自动传送 

CAN_InitStructure.CAN_RFLM=DISABLE;      //报文不锁定,新的覆盖旧的 

CAN_InitStructure.CAN_TXFP=DISABLE;      //优先级由报文标识符决定 

CAN_InitStructure.CAN_Mode= CAN_Mode_LoopBack; //模式设置：  1,回环模式;

//设置波特率

CAN_InitStructure.CAN_SJW=CAN_SJW_1tq;//重新同步跳跃宽度为个时间单位 

CAN_InitStructure.CAN_BS1=CAN_BS1_8tq; //时间段 1 占用 8 个时间单位

CAN_InitStructure.CAN_BS2=CAN_BS2_7tq;//时间段 2 占用 7 个时间单位

CAN_InitStructure.CAN_Prescaler=5;   //分频系数(Fdiv) 

CAN_Init(CAN1, &CAN_InitStructure);             //  初始化 CAN

3）设置滤波器。

我们将使用滤波器组 0，并工作在 32 位标识符屏蔽位模式下。先设置 CAN_FMR的 FINIT 位，让过滤器组工作在初始化模式下，然后设置滤波器组 0 的工作模式以及标识符 ID和屏蔽位。最后激活滤波器，并退出滤波器初始化模式。

在库函数中，提供了函数 CAN_FilterInit ()用来初始化 CAN 的滤波器相关参数， CAN_Init()函数体中，在初始化之前，会设置 CAN_FMR 寄存器的 INRQ 为 INIT 让其进入初始化模式，然后初始化 CAN 滤波器相关的寄存器之后，会设置 CAN_FMR 寄存器的 FINIT 为 0 让其退出初始化模式。所以我们在调用这个函数的前后不需要再进行初始化模式设置。下面我们来看看CAN_FilterInit ()函数的定义：

void CAN_FilterInit(CAN_FilterInitTypeDef* CAN_FilterInitStruct)；

这 个 函 数 只 有 一 个 入 口 参 数 就 是 CAN 滤 波 器 初 始 化 结 构 体 指 针 ， 结 构 体 类 型 为CAN_FilterInitTypeDef，下面我们看看类型定义：

typedef struct

{

uint16_t CAN_FilterIdHigh; 

uint16_t CAN_FilterIdLow;   

uint16_t CAN_FilterMaskIdHigh; 

uint16_t CAN_FilterMaskIdLow; 

uint16_t CAN_FilterFIFOAssignment; 

uint8_t CAN_FilterNumber;     

uint8_t CAN_FilterMode;     

uint8_t CAN_FilterScale;        

FunctionalState CAN_FilterActivation; 

} CAN_FilterInitTypeDef;

结构体一共有 9 个成员变量，第 1 个至第 4 个是用来设置过滤器的 32 位 id 以及 32 位 mask id，分别通过 2 个 16 位来组合的

第 5 个成员变量 CAN_FilterFIFOAssignment 用来设置 FIFO 和过滤器的关联关系，我们的实验是关联的过滤器 0 到 FIFO0，值为 CAN_Filter_FIFO0。

第 6 个成员变量 CAN_FilterNumber 用来设置初始化的过滤器组，取值范围为 0~13。

第 7 个成员变量 FilterMode 用来设置过滤器组的模式，取值为标识符列表模式CAN_FilterMode_IdList 和标识符屏蔽位模式 CAN_FilterMode_IdMask。

第 8 个成员变量 FilterScale 用来设置过滤器的位宽为 2 个 16 位 CAN_FilterScale_16bit 还是 1 个32 位 CAN_FilterScale_32bit。

第 9 个成员变量 CAN_FilterActivation 就很明了了，用来激活该过滤器。

过滤器初始化参考实例代码：

CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterNumber=0;    //过滤器 0

CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMode=CAN_FilterMode_IdMask; 

CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterScale=CAN_FilterScale_32bit; //32 位 

CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdHigh=0x0000;////32 位 ID

CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdLow=0x0000;

CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdHigh=0x0000;//32 位 MASK

CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdLow=0x0000;

CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterFIFOAssignment=CAN_Filter_FIFO0;// FIFO0

CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterActivation=ENABLE; //激活过滤器 0

CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStructure);//滤波器初始化

至此，CAN 就可以开始正常工作了。如果用到中断，就还需要进行中断相关的配置

4）发送接受消息

在初始化 CAN 相关参数以及过滤器之后，接下来就是发送和接收消息了。库函数中提供了发送和接受消息的函数。发送消息的函数是：

uint8_t CAN_Transmit(CAN_TypeDef* CANx, CanTxMsg* TxMessage)；

这个函数比较好理解，第一个参数是 CAN 标号，我们使用 CAN1。第二个参数是相关消息结构体 CanTxMsg 指针类型，CanTxMsg 结构体的成员变量用来设置标准标识符，扩展标示符，消息类型和消息帧长度等信息。

接受消息的函数是：

void CAN_Receive(CAN_TypeDef* CANx, uint8_t FIFONumber, CanRxMsg* RxMessage)；

前面两个参数也比较好理解，CAN 标号和 FIFO 号。第二个参数 RxMessage 是用来存放接受到的消息信息。

结构体 CanRxMsg 和结构体 CanTxMsg 比较接近，分别用来定义发送消息和描述接受消息，

5）CAN 状态获取

对于 CAN 发送消息的状态，挂起消息数目等等之类的传输状态信息，库函数提供了一些列的函数，包括 CAN_TransmitStatus()函数，CAN_MessagePending()函数，CAN_GetFlagStatus()函数等等，大家可以根据需要来调用。