谈STM32的CAN过滤器

只看该作者 · 2022-4-30 18:30

1. 前言

bxCAN是STM32系列最稳定的IP核之一，无论有哪个新型号出来，这个IP核基本未变，可见这个IP核的设计是相当成熟的。本文所讲述的内容属于这个IP核的一部分，掌握了本文所讲内容，就可以很方便地适用于所有STM32系列中包含bxCAN外设的型号。有关bxCAN的过滤器部分的内容在参考手册中往往看得“不甚明白“，本文就过滤器的4种工作模式进行详细讲解并使用具体的代码进行演示，这些代码都进行过实测验证通过的，希望能给读者对于bxCAN过滤器有一个清晰的理解。

2. 准备工作2.1. 为什么要过滤器？

在这里，我们可以将CAN总线看成一个广播消息通道，上面传输着各种类型的消息，好比报纸，有体育新闻，财经新闻，政治新闻，还有军事新闻，每个人都有自己的喜好，不一定对所有新闻都感兴趣，因此，在看报纸的时候，一般人都是只看自己感兴趣的那类新闻，而过滤掉其他不感兴趣的内容。

只看该作者 · 2022-4-30 18:31

那么我们一般是怎么过滤掉那些不感兴趣的内容的呢？下面有两种方法来实现这个目的：

第一种方法：

每次看报纸时，你都看下每篇**的标题，如果感兴趣则继续看下去，如果不感兴趣，则忽略掉。

只看该作者 · 2022-4-30 18:32

第二种方法：

你告诉邮递员，你只对财经新闻感兴趣，请只将财经类报纸送过来，其他的就不要送过来了，就这样，你看到的内容必定是你感兴趣的财经类新闻。

上面那种方法好呢？很明显，第二种方法是最好的，因为你不用自己每次判断哪些新闻内容是你感兴趣的，可以免受“垃圾”新闻干扰，从而可以节省时间忙其他事。bxCAN的过滤器就是采用上述第二种方法，你只需要设置好你感兴趣的那些CAN报文ID，那么MCU就只能收到这些CAN报文，是从硬件上过滤掉，完全不需要软件参与进来，从而节省了大大节省了MCU的时间，可以更加专注于其他事务，这个就是bxCAN过滤器的意义所在。

只看该作者 · 2022-4-30 18:32

2.2. 两种过滤模式(列表模式与掩码模式)
假设我们是bxCAN这个IP的设计者，现在由我们来设计过滤器，那么我们该如何设计呢？

首先我们是不是很快就会想到只要准备好一张表，把我们需要关注的所有CAN报文ID写上去，开始过滤的时候只要对比这张表，如果接收到的报文ID与表上的相符，则通过，如果表上没有，则不通过，这个就是简单的过滤方案。恭喜你！bxCAN过滤器的列表模式采用的就是这种方案。

只看该作者 · 2022-4-30 18:33

但是，这种列表方案有点缺陷，即如果我们只关注一个报文ID，则需要往列表中写入这个ID，如果需要关注两个，则需要写入两个报文ID，如果需要关注100个，则需要写入100个，如果需要1万个，那么需要写入1万个，可问题是，有这个大的列表供我们使用吗？大家都知道，MCU上的资源是有限的，不可能提供1万个或更多，甚至100个都嫌多。非常明显，这种列表的方式受到列表容量大小的限制，实际上，bxCAN的一个过滤器若工作在列表模式下,scale为32时，每个过滤器的列表只能写入两个报文ID，若scale为16时，每个过滤器的列表最多可写入4个CAN ID，由此可见，MCU的资源是非常非常有限的，并不能任我们随心所欲。因此，我们需要考虑另外一种替代方案，这种方案应该不受到数量限制。

只看该作者 · 2022-4-30 18:34

下面假设我们是古时候一座城镇的守卫，城主要求只有1156年出生的人才可以进城，我们又该如何执行呢？假设古时候的人也有类似今天的身份*（...->_<-…）,大家都知道，身份份证号码中有4位是表示出生年月，如下图：

只看该作者 · 2022-4-30 18:35

如上图，身份*中第7~10这4位数表示的是出生年份，那么，我们可以这么执行：

检查想要进城的所有人的身份*号码的第7~10位数字，如果这个数字依次为1156则可以进入，否则则不可以，至于身份*号码的其他位则完全不关心。假如过几天城主放宽进城条件为只要是1150年~1160前的人都可以进城，那么，我们就可以只关注身份*号码的第7~9这3位数是否为115就可以了，对不对？这样一来，我们就可以非常完美地执行城主的要求了。

只看该作者 · 2022-4-30 18:36

再变下，假设现在使用机器来当守卫，不再是人来执行这个“筛选”工作。机器是死的，没有人那么灵活，那么机器又该如何执行呢？

只看该作者 · 2022-4-30 18:37

对于机器来说，每一步都得细化到机器可以理解的程度，于是我们可以作如下细化：

第一步：获取想进城的人的身份*号码

第二步：只看获取到身份*的第7~9位，其他位忽略

第三步：将忽略后的结果与1156进行比较

第四步：比较结果相同则通过，不同则不能通过

这种方式，我们称之为掩码模式。

只看该作者 · 2022-4-30 18:38

2.3. 验证码与屏蔽码
仔细查看上面4个步骤，这不就是C代码中的if语句吗？如下：

只看该作者 · 2022-4-30 18:39

复制

if( x & y ==z) //x表示待检查身份*号码，y表示只关注第7~9位的屏蔽码，Z则为1156，这里叫做验证码

{

        //可以通过

}

else

{

        //不可以通过

}

只看该作者 · 2022-4-30 18:39

对于机器来说，我们要为它准备好两张纸片，一片写上屏蔽码，另一片纸片写上验证码，屏蔽码上相应位为1时，表示此位需要与验证码对应位进行比较，反之，则表示不需要。机器在执行任务的时候先将获取的身份*号码与屏蔽码进行“与”操作，再将结果与验证码的进行比较，根据判断是否相同来决定是否通过。

只看该作者 · 2022-4-30 18:40

整个判别流程如下所示：

只看该作者 · 2022-4-30 18:41

从上图可以很容易地理解屏蔽码与验证码的含义，这样一来，能通过的结果数量就完全取决于屏蔽码，设得宽，则可以通过的多(所有位为0，则不过任何过滤操作，则谁都可以通过)，设得窄，则通过的少(所有位设为1，则只有一个能通过)。那么知道这个有什么用呢？因为bxCAN的过滤器的掩码模式就是采用这种方式，在bxCAN中，分别采用了两个寄存器(CAN_FiR1,CAN_FiR2)来存储屏蔽码与验证码，从而实现掩码模式的工作流程的。这样,我们就知道了bxCAN过滤器的掩码模式的大概工作原理。

只看该作者 · 2022-4-30 18:41

但是，我们得注意到，采用掩码模式的方式并不能精确的对每一个ID进行过滤，打个比方，还是采用之前的守卫的例子，假如城主要求只有1150~1158年出生的人能通过，那么，若我们还是才用掩码模式，那么掩码就设为第7~9位为”1”，对应的，验证码的7~9位分别为”115”，这样就可以了。但是，仔细一想，出生于1159的人还是可以通过，是不是？但总体来说，虽然没有做到精确过滤，但我们还是能做到大体过滤的，而这个就是掩码模式的缺点了。在实际应用时，取决于需求，有时我们会同时使用到列表模式和掩码模式，这都是可能的。

只看该作者 · 2022-4-30 18:42

2.4. 列表模式与掩码模式的对比
综合之前所述，下面我们来对比一下列表模式与掩码模式这两种模式的优缺点。

只看该作者 · 2022-4-30 18:43

只看该作者 · 2022-4-30 19:41

2.5. 标准CAN ID与扩展CAN ID
1986 年德国电气商BOSCH公司开发出面向汽车的CAN 通信协议，刚开始的时候，CAN ID定义为11位，我们称之为标准格式，ISO11898-1标准中CAN的基本格式如下图所示：

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如上图所示，标准CAN ID存放在上图ID18~ID28中，共11位。随着工业发展，后来发现11位的CAN ID已经不够用，于是就增加了18位，扩展CAN ID到29位，如下图所示：