体验CH32V307/317强大的CAN总线

发表于 2025-10-30 21:15

Controller Area Network 控制器局域网络是ISO国际标准化的串行通信协议。在汽车产业中，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，在欧洲已是汽车网络的标准协议。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。近年来，它具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视，被广泛应用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强及振动大的工业环境。

CAN信号并不是低电平表示0高电平表示1，而是当两根数据线在同一时刻，如果有电压差表示0无电压差表示1。
Differential signal 差分信号：

相对于单信号线传输的方式，使用差分信号传输具有如下优点：
1. 抗干扰能力强：当外界存在噪声干扰时，几乎会同时耦合到两条信号线上，而接收端只关心两个信号的差值，所以外界的共模噪声可以被完全抵消。
2. 有效抑制电磁干扰：同样的道理，由于两根信号的极性相反，他们对外辐射的电磁场可以相互抵消，耦合的越紧密，泄放到外界的电磁能量越少。
3. 时序定位精确：由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点，而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断，因而受工艺，温度的影响小，能降低时序上的误差，同时也更适合于低幅度信号的电路

CH32V307 /317作为沁恒（WCH）高性能 RISCV 架构 MCU，其 CAN 外设具备多通道、高兼容性、灵活滤波、低功耗四大核心特点，同时支持 CAN 2.0A/B 协议. CAN控制器局域网是一种用于串行数据通信的高性能通信协议。CAN 控制器提供了一个完整的 CAN 协议实现方案，支持 CAN 协议 2.0A 和 2.0B。CAN 控制器可以用来构建强大的局域网来实现安全的分布式实时控制，以较小的 CPU 负荷来处理大量的数据报文。

一、核心硬件特性
1. 多通道与协议兼容性
双 CAN 控制器：内置 2 个独立 CAN 通道（CAN1、CAN2），支持同时与两条 CAN 总线通信，或实现主从备份、不同速率总线隔离（如一条 500Kbps 工业总线 + 一条 250Kbps 设备总线）。
协议支持：完全兼容 CAN 2.0A（标准帧，11 位 ID）和 CAN 2.0B（扩展帧，29 位 ID）协议，支持数据帧（最长 8 字节数据）和远程帧，满足绝大多数 CAN 通信场景。
2. 灵活的位时序与速率
宽速率范围：通信速率可配置为 10Kbps ~ 1Mbps，通过调整同步段（SJW）、时间段 1（BS1）、时间段 2（BS2）、分频系数（BRP）实现精准适配，支持工业常用的 125Kbps、250Kbps、500Kbps 速率。
时钟适配：CAN 外设时钟源自 APB1 总线（最高 108MHz），通过分频系数（BRP 范围 1~1024）灵活匹配不同总线时钟，无需额外外部时钟。

3. 强大的滤波机制
硬件滤波能力：每个 CAN 通道支持 14 个独立滤波组，每个滤波组可配置为 32 位或 16 位模式，支持两种滤波方式：
掩码模式：通过“ID + 掩码”筛选符合范围的帧（如仅匹配 ID 高 11 位，忽略低 3 位）。
列表模式：仅接收列表中明确指定的 ID 帧（如只接收 ID 为 0x317、0x318 的帧）。
软件滤波扩展：支持通过自定义逻辑扩展滤波功能（如你提供的代码中 `USE_SOFT_FILTER` 宏），可实现更复杂的滤波规则（如多 ID 组合、数据段筛选）。
二、可靠性与错误处理
1. 完善的错误检测与管理
错误检测：支持检测 CAN 总线的位错误、填充错误、CRC 错误、形式错误、应答错误，并记录错误计数器（发送错误计数器 TEC、接收错误计数器 REC）。
错误处理：
支持自动离线管理（ABOM）：当错误计数器超限（TEC > 127）时，自动进入离线状态，避免影响总线。
支持自动唤醒（AWUM）：离线后可通过总线活动自动唤醒，恢复通信。
支持禁止自动重发（NART）：配置为禁止后，发送失败时不重发，适合对实时性要求高的场景。
2. 抗干扰设计
总线引脚配置：CAN_RX 引脚支持上拉输入模式（如代码中 PB8 配置为 GPIO_Mode_IPU），可减少外部噪声干扰。
错误限制：通过“总线关闭”“错误被动”等状态机，限制故障节点对总线的影响，保证总线整体稳定性。
三、低功耗与实时性优化
1. 低功耗模式支持
支持在 MCU 进入睡眠模式、停机模式时，CAN 外设可配置为唤醒源：当总线有数据时，触发中断唤醒 MCU，适合电池供电的低功耗设备（如远程传感器）。
2. 高效的中断与 FIFO
多中断源：支持 FIFO 消息 pending、发送完成、错误警告等多种中断，可精准触发 CPU 处理，减少轮询开销。
双接收 FIFO：每个 CAN 通道配备 2 个接收 FIFO（FIFO0、FIFO1），每个 FIFO 深度为 3 帧，可暂存接收数据，避免数据丢失（尤其在 CPU 处理其他任务时）。
发送邮箱：配备 3 个发送邮箱，支持连续发送多帧数据，无需等待前一帧发送完成，提升发送效率。

四、易用性与开发支持
1. 丰富的开发资源
标准库支持：提供完整的 CAN 外设驱动库（如代码中的 `CAN_Init`、`CAN_FilterInit` 等函数），无需直接操作寄存器，降低开发难度。
示例代码：官方提供多种 CAN 通信示例（如正常收发、回环测试、软件滤波），可直接基于示例修改（如你提供的代码即为官方典型示例）。
2. 调试便利性
支持通过 DBGMCU 模块读取芯片 ID、配置调试模式，方便定位通信故障（如代码中 `DBGMCU_GetCHIPID()` 打印芯片 ID）。
部分型号支持 CAN 总线调试工具（如 CANoe、USBCAN）直接连接，实时监控总线数据，快速排查问题。
程序设计

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void CAN_Mode_Init( u8 tsjw, u8 tbs2, u8 tbs1, u16 brp, u8 mode )

 {

         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitSturcture={0};

         CAN_InitTypeDef CAN_InitSturcture={0};

         CAN_FilterInitTypeDef CAN_FilterInitSturcture={0};

         

         RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_AFIO | RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE ); 

         RCC_APB1PeriphClockCmd( RCC_APB1Periph_CAN1, ENABLE );        

         

         GPIO_PinRemapConfig( GPIO_Remap1_CAN1, ENABLE);        

         

         GPIO_InitSturcture.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;

         GPIO_InitSturcture.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;                

         GPIO_InitSturcture.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

         GPIO_Init( GPIOB, &GPIO_InitSturcture);

         

         GPIO_InitSturcture.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;

         GPIO_InitSturcture.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;        

         GPIO_Init( GPIOB, &GPIO_InitSturcture);

         

         CAN_InitSturcture.CAN_TTCM = DISABLE;                

         CAN_InitSturcture.CAN_ABOM = DISABLE;                

         CAN_InitSturcture.CAN_AWUM = DISABLE;                

         CAN_InitSturcture.CAN_NART = ENABLE;                

         CAN_InitSturcture.CAN_RFLM = DISABLE;                

         CAN_InitSturcture.CAN_TXFP = DISABLE;

         CAN_InitSturcture.CAN_Mode = mode;

         CAN_InitSturcture.CAN_SJW = tsjw;                

         CAN_InitSturcture.CAN_BS1 = tbs1;                

         CAN_InitSturcture.CAN_BS2 = tbs2;                

         CAN_InitSturcture.CAN_Prescaler = brp;                

         CAN_Init( CAN1, &CAN_InitSturcture );

         

         CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterNumber = 0;                

 

 #if (Frame_Format == Standard_Frame)

 /* identifier/mask mode, One 32-bit filter, StdId: 0x317 */

         CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterMode = CAN_FilterMode_IdMask;         

         CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterScale = CAN_FilterScale_32bit; 

         CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterIdHigh = 0x62E0;         

         CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterIdLow = 0; 

         CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterMaskIdHigh = 0xFFE0;          

         CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterMaskIdLow = 0x0006;         

         

#ifndef USE_SOFT_FILTER

 /* identifier/mask mode, Two 16-bit filters, StdId: 0x317,0x316 */

 //        CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterMode = CAN_FilterMode_IdMask;        

 //        CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterScale = CAN_FilterScale_16bit;        

 //        CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterIdHigh = 0x62E0;        

 //        CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterIdLow = 0xFFF8;                

 //        CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterMaskIdHigh = 0x62C0;         

 //        CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterMaskIdLow = 0xFFF8;

 #endif                

         

 /* identifier list mode, One 32-bit filter, StdId: 0x317,0x316 */

 //        CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterMode = CAN_FilterMode_IdList;        

 //        CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterScale = CAN_FilterScale_32bit;        

 //        CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterIdHigh = 0x62E0;        

 //        CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterIdLow = 0;

 //        CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterMaskIdHigh = 0x62C0;         

 //        CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterMaskIdLow = 0;        



 #ifndef USE_SOFT_FILTER

 /* identifier list mode, Two 16-bit filters, StdId: 0x317,0x316,0x315,0x314 */

 //        CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterMode = CAN_FilterMode_IdList;        

 //        CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterScale = CAN_FilterScale_16bit;        

 //        CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterIdHigh = 0x62E0;        

 //        CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterIdLow = 0x62C0;        

 //        CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterMaskIdHigh = 0x62A0;         

 //        CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterMaskIdLow = 0x6280;        

 #endif                

 

 #elif (Frame_Format == Extended_Frame)

 /* identifier/mask mode, One 32-bit filter, ExtId: 0x12124567 */

         CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterMode = CAN_FilterMode_IdMask;                

         CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterScale = CAN_FilterScale_32bit;        

         CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterIdHigh = 0x9092;        

         CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterIdLow = 0x2B3C;        

         CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterMaskIdHigh = 0xFFFF;         

         CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterMaskIdLow = 0xFFFE;        

         

 #endif

 

         CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterFIFOAssignment = CAN_Filter_FIFO0;

         CAN_FilterInitSturcture.CAN_FilterActivation = ENABLE;

 

 #ifdef USE_INTERRUPT

         CAN_ITConfig(CAN1,CAN_IT_FMP0,ENABLE);

         NVIC_EnableIRQ(USB_LP_CAN1_RX0_IRQn);

 #endif

 

 #ifdef USE_SOFT_FILTER

        (*(__IO uint32_t *)(0x40006600)) |= 0x1;         

        (*(__IO uint32_t *)(0x4000660C)) |= 0x3;        

        (*(__IO uint32_t *)(0x40006640)) = 0;        

        (*(__IO uint32_t *)(0x40006644)) = 0;        

        (*(__IO uint32_t *)(0x4000661C)) |= 0x3;        

        (*(__IO uint32_t *)(0x40006600)) &= ~0x1;                 

         CAN_SoftFilterInit( &CAN_FilterInitSturcture );

 #else

         CAN_FilterInit( &CAN_FilterInitSturcture );

 #endif // USE_SOFT_FILTER        

         

 }

该函数是 CAN 通信的基础，完成 GPIO、CAN 外设、滤波规则的初始化，核心步骤如下：
1..时钟使能：开启 GPIOB（CAN 引脚）、AFIO（引脚重映射）、CAN1 的时钟。
2. GPIO 配置：
PB9（CAN_TX）：推挽复用输出模式，速率 50MHz。
PB8（CAN_RX）：上拉输入模式，防止信号干扰。
3.引脚重映射：通过GPIO_Remap1_CAN1将 CAN1 的 TX/RX 映射到 PB9/PB8（部分 CH32 型号默认引脚可能不同，需重映射）。
4.  CAN 外设配置：设置 CAN 工作模式（正常 / 回环 / 静默等）、位时序（决定通信速率）、错误处理方式（如是否自动离线管理）。
   滤波初始化：根据USE_SOFT_FILTER宏，选择初始化硬件滤波（CAN_FilterInit）或软件滤波（CAN_SoftFilterInit）。

滤波机制（硬件 / 软件滤波）
  CAN 滤波的作用是筛选需要接收的 CAN 帧，忽略无关帧，减少 CPU 负担，代码支持两种滤波模式：
  硬件滤波（USE_SOFT_FILTER关闭）：直接使用 CH32 的 CAN 硬件滤波模块，支持 32 位 / 16 位的 “掩码模式” 和 “列表模式”：
  掩码模式：通过 “ID + 掩码” 筛选符合范围的帧（如掩码0xFFE0表示只匹配 ID 的高 11 位）。
列表模式：仅接收列表中明确指定的 ID 的帧（如只接收 ID 为 0x317 和 0x316 的帧）。
软件滤波（USE_SOFT_FILTER开启）：通过自定义结构体CANFilterStruct存储滤波规则，在CAN_ReceiveViaSoftFilter函数中遍历滤波组，软件判断接收帧是否符合规则，灵活性更高（支持更多滤波组）。

USB逻辑分析仪测试：

[单片机芯片] 体验CH32V307/317强大的CAN总线

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