初学stm32 --- CAN
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CAN介绍
CAN（Controller Area Network），是ISO国际标准化的串行通信协议。
为了满足汽车产业的“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需求。
低速CAN(ISO11519)通信速率10~125Kbps，总线长度可达1000米
高速CAN(ISO11898)通信速率125Kbps~1Mbps，总线长度≤40米(经典CAN)
CAN FD 通信速率可达5Mbps，并且兼容经典CAN，遵循ISO 11898-1 做数据收发
更多CAN的历史知识，可以上CAN in Automation(CiA) 官网了解。
CAN总线拓扑图
终端电阻，用于阻抗匹配，以减少回波反射
CAN总线由两根线（ CANL 和 CANH ）组成，允许挂载多个设备节点（低速CAN:20 高速CAN:30）。
CAN总线特点
1）多主控制 每个设备都可以主动发送数据
2）系统的柔软性 没有类似地址的信息，添加设备不改变原来总线的状态
3）通信速度 速度快，距离远
4）错误检测&错误通知&错误恢复功能
5）故障封闭 判断故障类型，并且进行隔离
6）连接节点多 速度与数量找个平衡
CAN应用场景
CAN总线协议已广泛应用在汽车电子、工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。
CAN物理层
CAN使用差分信号进行数据传输，根据CAN_H和CAN_L上的电位差来判断总线电平。
总线电平分为显性电平(逻辑0)和隐性电平(逻辑1)，二者必居其一。
显性电平具有优先权。发送方通过使总线电平发生变化，将消息发送给接收方。
| 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收发器芯片介绍
CAN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。
数据帧介绍
数据帧由7段组成。数据帧又分为标准帧(CAN2.0A)和扩展帧(CAN2.0B)，主要体现在仲裁段和控制段。
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。
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。
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。
数据同步过程
由于时钟频率误差、传输上的相位延迟引起偏差，所以需要数据同步
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。
假如不在SS段内，这种情况下，采样点获得的电平状态是不正确的。所以，节点会使用硬件同步方式调整， 把自己的SS段平移到检测到边沿的地方，获得同步，同步情况下，采样点获得的电平状态才是正确的。
再同步
再同步利用普通数据位的边沿信号（帧起始信号是特殊的边沿信号）进行同步。
再同步的方式分为两种情况：超前和滞后，即边沿信号与SS段的相对位置。
再同步时，PSB1和PSB2中增加或者减少的时间被称为“再同步补偿宽度（SJW）”,其范围：1~4 Tq。
限定了SJW值后，再同步时，不能增加限定长度的SJW值。SJW值较大时，吸收误差能力更强，但是通讯速度会下降。
CAN总线仲裁
决定优先级
CAN总线处于空闲状态，最先开始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继续发送，即首先出现隐性电平的单元失去对总线的占有权变为接收。
竞争失败单元，会自动检测总线空闲，在第一时间再次尝试发送。
STM32 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）（F1只有14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。（初始化模式下进行配置）
CAN控制器框图
1）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
2）发送邮箱
用来缓存待发送的报文，最多可以缓存3个报文
3）接收FIFO
缓存接收到的有效报文
4）接收过滤器
筛选有效报文
发送处理
接收处理
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(位宽和选择模式)不同，寄存器的作用不尽相同。
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。
REG中bit值代表的是匹配与否：1必须匹配 0不用关心
屏蔽位寄存器中位值为1，表示与ID要必须匹配；位值为0，表示可不与ID匹配。
在使能过滤器情况下，总线上广播的报文ID与过滤器的配置都不匹配，CAN控制器会丢弃该报文，不会进入到接收FIFO中。
注意：标识符选择位IDE和帧类型RTR需要一致。不同过滤器组的工作模式可以设置为不同。
CAN控制器位时序
STM32的CAN外设位时序分为三段：
同步段 SYNC_SEG、 时间段1 BS1（PTS + PBS1）、 时间段2 BS2
STM32F103，设TS1=8、TS2=7、BRP=3，波特率 = 36000 / [( 9 + 8 + 1 ) * 4] = 500Kbps。
STM32F407，设TS1=6、TS2=5、BRP=5，波特率 = 42000 / [( 7 + 6 + 1 ) * 6] = 500Kbps。
注意：通信双方波特率需要一致才能通信成功。
CAN相关寄存器介绍（F1 / F4 / F7）
CAN主控制寄存器（CAN_MCR）
INRQ位，用于控制初始化请求。
CAN位时序寄存器（CAN_BTR）
STM32F103，设TS1=8、TS2=7、BRP=3，波特率 = 36000 / [( 9 + 8 + 1 ) * 4] = 500Kbps
CAN 标识符寄存器（CAN_(T/R)IxR）
x范围：1~3，3个发送邮箱 x范围：1~2，2个接收FIFO邮箱
报文使用标准标识符，EXID[17:0]值无效
TxRQ位置1，请求邮箱发送
注意：报文使用扩展标识符时，STID[10:0]等效于EXID[28:18]，与EXID[17:0]组成29位扩展标识符。
数据长度和时间戳寄存器（CAN_(T/R)DTxR）
x范围：1~3，3个发送邮箱 x范围：1~2，2个接收FIFO邮箱
注意：DLC是多少，数据内容就有多少字节被发送，并不是每次都发送8个字节数据。
CAN低位数据寄存器（CAN_(T/R)DLxR）
CAN高位数据寄存器（CAN_(T/R)DHxR）
使用时间戳功能DLC必须为8字节
CAN过滤器模式寄存器（CAN_FM1R）
CAN过滤器位宽寄存器（CAN_FS1R）
注意：CAN外设只能使用的有的过滤器组，不能使用没有的过滤器组。
CAN 过滤器FIFO关联寄存器（CAN_FFA1R）
该寄存器决定了哪个FIFO寄存器有效（即RIxR、RDTxR、RDLxR、RDHxR的‘x’)。
CAN 过滤器组x寄存器（CAN_FxR(1/2)）
CAN相关HAL库驱动介绍
CAN外设相关重要结构体：
CAN_InitTypeDef、CAN_FilterTypeDef和CAN_(T/R)xHeaderTypeDef
CAN_InitTypeDef
uint32_t Prescaler/* 预分频 */
uint32_t Mode/* 工作模式 */
uint32_t SyncJumpWidth/* 再次同步跳跃宽度 */
uint32_t TimeSeg1/* 时间段1(BS1)长度 */
uint32_t TimeSeg2/* 时间段2(BS2)长度 */
uint32_t TimeTriggeredMode/* 时间触发通信模式 */
uint32_t AutoBusOff/* 总线自动关闭 */
uint32_t AutoWakeUp/* 自动唤醒 */
uint32_t AutoRetransmission /* 自动重传 */
uint32_t ReceiveFifoLocked/* 接收FIFO锁定 */
uint32_t TransmitFifoPriority/* 传输FIFO优先级 */
CAN_FilterTypeDef
uint32_t FilterIdHigh/* ID高字节 */
uint32_t FilterIdLow/* ID低字节 */
uint32_t FilterMaskIdHigh /* 掩码高字节 */
uint32_t FilterMaskIdLow/* 掩码低字节 */
uint32_t FilterFIFOAssignment/* 过滤器关联FIFO */
uint32_t FilterBank/* 选择过滤器组 */
uint32_t FilterMode/* 过滤器模式*/
uint32_t FilterScale/* 过滤器位宽 */
uint32_t FilterActivation/* 过滤器使能 */
Uint32_t SlaveStartFilterBank /* 从CAN选择启动过滤器组 单CAN没有意义*/
结构体成员与寄存器情况
CAN基本驱动步骤
1、CAN参数初始化
工作模式、波特率等 HAL_CAN_Init
2、使能CAN时钟和初始化相关引脚
GPIO模式设为复用功能模式 HAL_CAN_MspInit
3、设置过滤器
HAL_CAN_ConfigFilter 完成过滤器的初始化
4、CAN数据接收和发送
HAL_CAN_AddTxMessage 发送消息
HAL_CAN_ GetRxMessage 接收数据
5、使能CAN相关中断/设置NVIC/编写中断服务函数
__HAL_CAN_ENABLE_IT （可选）
过滤器组设置实例：
关于CAN中断
启用 CAN 接收 FIFO0 消息挂起中断
__HAL_CAN_ENABLE_IT(&g_can_handle_struct, CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING);
__HAL_CAN_ENABLE_IT：这是 STM32 HAL 库提供的一个宏，用于启用 CAN 外设的中断。CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING：这个参数表示启用 CAN 接收 FIFO0 消息挂起中断。- 当 CAN 接收 FIFO0 中有新的消息并且该消息已经准备好时，控制器会触发一个中断，允许外部应用程序处理接收到的消息。
- FIFO（先进先出队列）用于存储接收到的 CAN 消息，FIFO0 是第一个 FIFO 队列，STM32 的 CAN 控制器通常有多个 FIFO 队列。
是的，您的理解是正确的。进入挂起中断后，您可以读取 can_rxheader_struct.StdId，因为当 CAN 控制器收到数据并通过过滤器后，会将其存放到 FIFO 队列中。中断会在 FIFO 中有新消息时触发，并通过 HAL 函数 HAL_CAN_GetRxMessage 将数据读取出来。
详细解释：
1. CAN 接收机制概述
- CAN 总线是一个广播式协议，当总线上有设备发送消息时，所有连接的设备都能接收到这条消息。
- 过滤器：CAN 控制器通常配置了过滤器来筛选感兴趣的消息，只有经过过滤器允许的消息才会被接收并存储到接收 FIFO 中。STM32 的 CAN 控制器可以通过配置多个过滤器来选择哪些消息应当接收。
- FIFO 队列：接收到的有效消息会被存储到接收 FIFO（如 FIFO0）。消息排队存储，等待被中断服务程序处理。
2. 中断触发
当接收到一条消息，并且通过了过滤器的检查后，消息就会被存储到 FIFO 中。此时，如果启用了接收中断（例如通过 CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING），并且 FIFO 中有新消息，CAN 中断会被触发。
3. 读取接收的消息
- 在进入中断处理函数
USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler后，您可以通过HAL_CAN_GetRxMessage函数读取接收到的消息，并将消息的相关信息（如标识符）和数据存储到相应的结构体中。 - 读取的消息头信息（如
StdId、IDE、RTR、DLC等）通常存储在CAN_RxHeaderTypeDef结构体中
4. 总结
- 数据是被动接收的：当总线上有数据并且经过了过滤器的过滤，符合条件的消息会被存储到 FIFO 中。
- 进入中断后，可以读取
can_rxheader_struct.StdId：一旦中断被触发，您可以通过HAL_CAN_GetRxMessage读取消息的标识符和数据，标识符信息存储在can_rxheader_struct.StdId中。 - 过滤器的作用：过滤器用于筛选总线上接收到的消息，只有符合条件的消息才会存放到 FIFO 中，并触发中断。
原文地址：https://blog.csdn.net/gdragen_/article/details/145184784
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