【连载】STM32开发指南--第三十章 CAN通信实验

只看该作者 · 2013-3-18 22:57

第三十章 CAN通讯实验

本章我们将向大家介绍如何使用STM32自带的CAN控制器来实现两个开发板之间的CAN通讯，并将结果显示在TFTLCD模块上。本章分为如下几个部分：

30.1 CAN简介

30.2 硬件设计

30.3 软件设计

30.4 下载验证

30.1 CAN简介

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。

CAN协议具有一下特点：

1） 多主控制。在总线空闲时，所有单元都可以发送消息（多主控制），而两个以上的单元同时开始发送消息时，根据标识符（Identifier 以下称为 ID）决定优先级。ID 并不是表示发送的目的地址，而是表示访问总线的消息的优先级。两个以上的单元同时开始发送消息时，对各消息ID 的每个位进行逐个仲裁比较。仲裁获胜（被判定为优先级最高）的单元可继续发送消息，仲裁失利的单元则立刻停止发送而进行接收工作。

2） 系统的若软性。与总线相连的单元没有类似于“地址”的信息。因此在总线上增加单元时，连接在总线上的其它单元的软硬件及应用层都不需要改变。

3） 通信速度较快，通信距离远。最高1Mbps（距离小于40M），最远可达10KM（速率低于5Kbps）。

4） 具有错误检测、错误通知和错误恢复功能。所有单元都可以检测错误（错误检测功能），检测出错误的单元会立即同时通知其他所有单元（错误通知功能），正在发送消息的单元一旦检测出错误，会强制结束当前的发送。强制结束发送的单元会不断反复地重新发送此消息直到成功发送为止（错误恢复功能）。

5） 故障封闭功能。CAN 可以判断出错误的类型是总线上暂时的数据错误（如外部噪声等）还是持续的数据错误（如单元内部故障、驱动器故障、断线等）。由此功能，当总线上发生持续数据错误时，可将引起此故障的单元从总线上隔离出去。

6） 连接节点多。CAN 总线是可同时连接多个单元的总线。可连接的单元总数理论上是没有限制的。但实际上可连接的单元数受总线上的时间延迟及电气负载的限制。降低通信速度，可连接的单元数增加；提高通信速度，则可连接的单元数减少。

正是因为CAN协议的这些特点，使得CAN特别适合工业过程监控设备的互连，因此，越来越受到工业界的重视，并已公认为最有前途的现场总线之一。

CAN协议经过ISO标准化后有两个标准：ISO11898标准和ISO11519-2标准。其中ISO11898是针对通信速率为125Kbps~1Mbps的高速通信标准，而ISO11519-2是针对通信速率为125Kbps以下的低速通信标准。

本章，我们使用的是450Kbps的通信速率，使用的是ISO11898标准，该标准的物理层特征如图30.1.1所示：

图30.1.1 ISO11898物理层特性

从该特性可以看出，显性电平对应逻辑0，CAN_H和CAN_L之差为2.5V左右。而隐性电平对应逻辑1，CAN_H和CAN_L之差为0V。在总线上显性电平具有优先权，只要有一个单元输出显性电平，总线上即为显性电平。而隐形电平则具有包容的意味，只有所有的单元都输出隐性电平，总线上才为隐性电平（显性电平比隐性电平更强）。另外，在CAN总线的起止端都有一个120Ω的终端电阻，来做阻抗匹配，以减少回波反射。

CAN协议是通过以下5种类型的帧进行的：

l 数据帧

l 要控帧

l 错误帧

l 过载帧

l 帧间隔

另外，数据帧和遥控帧有标准格式和扩展格式两种格式。标准格式有11 个位的标识符（ID），扩展格式有29 个位的ID。各种帧的用途如表30.1.1所示：

帧类型	帧用途
数据帧	用于发送单元向接收单元传送数据的帧
遥控帧	用于接收单元向具有相同 ID 的发送单元请求数据的帧
错误帧	用于当检测出错误时向其它单元通知错误的帧
过载帧	用于接收单元通知其尚未做好接收准备的帧
间隔帧	用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离开来的帧

表30.1.1 CAN协议各种帧及其用途

由于篇幅所限，我们这里仅对数据帧进行详细介绍，数据帧一般由7个段构成，即：

（1）帧起始。表示数据帧开始的段。

（2）仲裁段。表示该帧优先级的段。

（3）控制段。表示数据的字节数及保留位的段。

（4）数据段。数据的内容，一帧可发送0~8个字节的数据。

（5） CRC段。检查帧的传输错误的段。

（6） ACK段。表示确认正常接收的段。

（7）帧结束。表示数据帧结束的段。

数据帧的构成如图30.1.2所示：

图30.1.2 数据帧的构成

图中D表示显性电平，R表示隐形电平（下同）。

帧起始，这个比较简单，标准帧和扩展帧都是由1个位的显性电平表示帧起始。

仲裁段，表示数据优先级的段，标准帧和扩展帧格式在本段有所区别，如图30.1.3所示：

图30.1.3 数据帧仲裁段构成

标准格式的ID 有11 个位。从ID28 到ID18 被依次发送。禁止高7 位都为隐性（禁止设定：ID=1111111XXXX）。扩展格式的 ID 有29 个位。基本ID 从ID28 到ID18，扩展ID 由ID17 到ID0 表示。基本ID 和标准格式的ID 相同。禁止高7 位都为隐性（禁止设定：基本ID=1111111XXXX）。

其中RTR位用于标识是否是远程帧（0，数据帧；1，远程帧），IDE位为标识符选择位（0，使用标准标识符；1，使用扩展标识符），SRR位为代替远程请求位，为隐性位，它代替了标准帧中的RTR位。

控制段，由6个位构成，表示数据段的字节数。标准帧和扩展帧的控制段稍有不同，如图30.1.4所示：

图30.1.4 数据帧控制段构成

上图中，r0和r1为保留位，必须全部以显性电平发送，但是接收端可以接收显性、隐性及任意组合的电平。DLC段为数据长度表示段，高位在前，DLC段有效值为0~8，但是接收方接收到9~15的时候并不认为是错误。

数据段，该段可包含0~8个字节的数据。从最高位（MSB）开始输出，标准帧和扩展帧在这个段的定义都是一样的。如图30.1.5所示：

图30.1.5 数据帧数据段构成

CRC段，该段用于检查帧传输错误。由15个位的CRC顺序和1个位的CRC界定符（用于分隔的位）组成，标准帧和扩展帧在这个段的格式也是相同的。如图30.1.6所示：

图30.1.6 数据帧CRC段构成

此段CRC的值计算范围包括：帧起始、仲裁段、控制段、数据段。接收方以同样的算法计算 CRC 值并进行比较，不一致时会通报错误。

ACK段，此段用来确认是否正常接收。由ACK槽(ACK Slot)和ACK界定符2个位组成。标准帧和扩展帧在这个段的格式也是相同的。如图30.1.7所示：

图30.1.7 数据帧CRC段构成

发送单元的ACK，发送2个位的隐性位，而接收到正确消息的单元在ACK槽（ACK Slot）发送显性位，通知发送单元正常接收结束，这个过程叫发送ACK/返回ACK。发送 ACK 的是在既不处于总线关闭态也不处于休眠态的所有接收单元中，接收到正常消息的单元（发送单元不发送ACK）。所谓正常消息是指不含填充错误、格式错误、CRC 错误的消息。

帧结束，这个段也比较简单，标准帧和扩展帧在这个段格式一样，由7个位的隐性位组成。

至此，数据帧的7个段就介绍完了，其他帧的介绍，请大家参考光盘的CAN入门书.pdf相关章节。接下来，我们再来看看CAN的位时序。

由发送单元在非同步的情况下发送的每秒钟的位数称为位速率。一个位可分为 4 段。

l 同步段（SS）

l 传播时间段（PTS）

l 相位缓冲段1（PBS1）

l 相位缓冲段2（PBS2）

这些段又由可称为 Time Quantum（以下称为Tq）的最小时间单位构成。

1 位分为4 个段，每个段又由若干个Tq 构成，这称为位时序。

1 位由多少个Tq 构成、每个段又由多少个Tq 构成等，可以任意设定位时序。通过设定位时序，多个单元可同时采样，也可任意设定采样点。各段的作用和 Tq 数如表30.1.2所示：

表30.1.2 一个位各段及其作用

1个位的构成如图30.1.8所示：

图30.1.8 一个位的构成

上图的采样点，是指读取总线电平，并将读到的电平作为位值的点。位置在 PBS1 结束处。根据这个位时序，我们就可以计算CAN通信的波特率了。具体计算方法，我们等下再介绍，前面提到的CAN协议具有仲裁功能，下面我们来看看是如何实现的。

在总线空闲态，最先开始发送消息的单元获得发送权。

当多个单元同时开始发送时，各发送单元从仲裁段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。实现过程，如图30.1.9所示：

图30.1.9 CAN总线仲裁过程

上图中，单元1和单元2同时开始向总线发送数据，开始部分他们的数据格式是一样的，故无法区分优先级，直到T时刻，单元1输出隐性电平，而单元2输出显性电平，此时单元1仲裁失利，立刻转入接收状态工作，不再与单元2竞争，而单元2则顺利获得总线使用权，继续发送自己的数据。这就实现了仲裁，让连续发送显性电平多的单元获得总线使用权。

通过以上介绍，我们对CAN总线有了个大概了解（详细介绍参考光盘的：《CAN入门书.pdf》），接下来我们介绍下STM32的CAN控制器。

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，而我们使用的STM32F103ZET6属于增强型，不是互联型，只有1个CAN控制器。双CAN的框图如图30.1.10所示：

图30.1.10 双CAN框图

从图中可以看出两个CAN都分别拥有自己的发送邮箱和接收FIFO，但是他们共用28个滤波器。通过CAN_FMR寄存器的设置，可以设置滤波器的分配方式。

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：

● 1个32位过滤器，包括：STDID[10:0]、EXTID[17:0]、IDE和RTR位

● 2个16位过滤器，包括：STDID[10:0]、IDE、RTR和EXTID[17:15]位

此外过滤器可配置为，屏蔽位模式和标识符列表模式。

在屏蔽位模式下，标识符寄存器和屏蔽寄存器一起，指定报文标识符的任何一位，应该按照“必须匹配”或“不用关心”处理。

而在标识符列表模式下，屏蔽寄存器也被当作标识符寄存器用。因此，不是采用一个标识符加一个屏蔽位的方式，而是使用2个标识符寄存器。接收报文标识符的每一位都必须跟过滤器标识符相同。

通过CAN_FMR寄存器，可以配置过滤器组的位宽和工作模式，如图30.1.11所示：

图30.1.11 过滤器组位宽模式设置

为了过滤出一组标识符，应该设置过滤器组工作在屏蔽位模式。

为了过滤出一个标识符，应该设置过滤器组工作在标识符列表模式。

应用程序不用的过滤器组，应该保持在禁用状态。

过滤器组中的每个过滤器，都被编号为(叫做过滤器号，图30.1.11中的n)从0开始，到某个最大数值－取决于过滤器组的模式和位宽的设置。

举个简单的例子，我们设置过滤器组0工作在：1个32为位过滤器-标识符屏蔽模式，然后设置CAN_F0R1=0XFFFF0000，CAN_F0R2=0XFF00FF00。其中存放到CAN_F0R1的值就是期望收到的ID，即我们希望收到的映像（STID+EXTID+IDE+RTR）最好是：0XFFFF0000。而0XFF00FF00就是设置我们需要必须关心的ID，表示收到的映像，其位[31:24]和位[15:8]这16个位的必须和CAN_F0R1中对应的位一模一样，而另外的16个位则不关心，可以一样，也可以不一样，都认为是正确的ID，即收到的映像必须是0XFFxx00xx，才算是正确的（x表示不关心）。

关于标识符过滤的详细介绍，请参考《STM32参考手册》的22.7.4节（431页）。接下来，我们看看STM32的CAN发送和接收的流程。

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只看该作者 · 2013-3-18 22:59

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CAN发送流程

CAN发送流程为：程序选择1个空置的邮箱（TME=1）à设置标识符（ID），数据长度和发送数据à设置CAN_TIxR的TXRQ位为1，请求发送à邮箱挂号（等待成为最高优先级）à预定发送（等待总线空闲）à发送à邮箱空置。整个流程如图30.1.12所示：

图30.1.12 发送邮箱

上图中，还包含了很多其他处理，不强制退出发送（ABRQ=1）和发送失败处理等。通过这个流程图，我们大致了解了CAN的发送流程，后面的数据发送，我们基本就是按照此流程来走。接下来再看看CAN的接收流程。

CAN接收流程

CAN接收到的有效报文，被存储在3级邮箱深度的FIFO中。FIFO完全由硬件来管理，从而节省了CPU的处理负荷，简化了软件并保证了数据的一致性。应用程序只能通过读取FIFO输出邮箱，来读取FIFO中最先收到的报文。这里的有效报文是指那些正确被接收的（直到EOF都没有错误）且通过了标识符过滤的报文。前面我们知道CAN的接收有2个FIFO，我们每个滤波器组都可以设置其关联的FIFO，通过CAN_FFA1R的设置，可以将滤波器组关联到FIFO0/FIFO1。

CAN接收流程为：FIFO空à收到有效报文à挂号_1（存入FIFO的一个邮箱，这个由硬件控制，我们不需要理会）à收到有效报文à挂号_2à收到有效报文à挂号_3à收到有效报文à溢出。

这个流程里面，我们没有考虑从FIFO读出报文的情况，实际情况是：我们必须在FIFO溢出之前，读出至少1个报文，否则下个报文到来，将导致FIFO溢出，从而出现报文丢失。每读出1个报文，相应的挂号就减1，直到FIFO空。CAN接收流程如图30.1.13所示：

图30.1.13 FIFO接收报文

FIFO接收到的报文数，我们可以通过查询CAN_RFxR的FMP寄存器来得到，只要FMP不为0，我们就可以从FIFO读出收到的报文。

接下来，我们简单看看STM32的CAN位时间特性，STM32的CAN位时间特性和之前我们介绍的，稍有点区别。STM32把传播时间段和相位缓冲段1（STM32称之为时间段1）合并了，所以STM32的CAN一个位只有3段：同步段（SYNC_SEG）、时间段1（BS1）和时间段2（BS2）。STM32的BS1段可以设置为1~16个时间单元，刚好等于我们上面介绍的传播时间段和相位缓冲段1之和。STM32的CAN位时序如图30.1.14所示：

图30.1.14 STM32 CAN位时序

图中还给出了CAN波特率的计算公式，我们只需要知道BS1和BS2的设置，以及APB1的时钟频率（一般为36Mhz），就可以方便的计算出波特率。比如设置TS1=6、TS2=7和BRP=4，在APB1频率为36Mhz的条件下，即可得到CAN通信的波特率=36000/[(7+8+1)*5]=450Kbps。

接下来，我们介绍一下本章需要用到的一些比较重要的寄存器。首先，来看CAN的主控制寄存器（CAN_MCR），该寄存器各位描述如图30.1.15：

图30.1.15 寄存器CAN_MCR各位描述

该寄存器的详细描述，请参考《STM32参考手册》22.9.2节（439页），这里我们仅介绍下INRQ位，该位用来控制初始化请求。

软件对该位清0，可使CAN从初始化模式进入正常工作模式：当CAN在接收引脚检测到连续的11个隐性位后，CAN就达到同步，并为接收和发送数据作好准备了。为此，硬件相应地对CAN_MSR寄存器的INAK位清’0’。

软件对该位置1可使CAN从正常工作模式进入初始化模式：一旦当前的CAN活动(发送或接收)结束，CAN就进入初始化模式。相应地，硬件对CAN_MSR寄存器的INAK位置’1’。

所以我们在CAN初始化的时候，先要设置该位为1，然后进行初始化（尤其是CAN_BTR的设置，该寄存器，必须在CAN正常工作之前设置），之后再设置该位为0，让CAN进入正常工作模式。

第二个，我们介绍CAN位时序寄存器（CAN_BTR），该寄存器用于设置分频、Tbs1、Tbs2以及Tsjw等非常重要的参数，直接决定了CAN的波特率。另外该寄存器还可以设置CAN的工作模式，该寄存器各位描述如图30.1.16所示：

图30.1.16 寄存器CAN_BTR各位描述

STM32提供了两种测试模式，环回模式和静默模式，当然他们组合还可以组合成环回静默模式。这里我们简单介绍下环回模式。

在环回模式下，bxCAN把发送的报文当作接收的报文并保存(如果可以通过接收过滤)在接收邮箱里。也就是环回模式是一个自发自收的模式，如图30.1.17所示：

图30.1.17 CAN环回模式

环回模式可用于自测试。为了避免外部的影响，在环回模式下CAN内核忽略确认错误(在数据/远程帧的确认位时刻，不检测是否有显性位)。在环回模式下，bxCAN在内部把Tx输出回馈到Rx输入上，而完全忽略CANRX引脚的实际状态。发送的报文可以在CANTX引脚上检测到。

第三个，我们介绍CAN发送邮箱标识符寄存器（CAN_TIxR）（x=0~3），该寄存器各位描述如图30.1.18所示：

图30.1.18 寄存器CAN_TIxR各位描述

该寄存器主要用来设置标识符（包括扩展标识符），另外还可以设置帧类型，通过TXRQ值1，来请求邮箱发送。因为有3个发送邮箱，所以寄存器CAN_TIxR有3个。

第四个，我们介绍CAN发送邮箱数据长度和时间戳寄存器 (CAN_TDTxR) (x=0~2)，该寄存器我们本章仅用来设置数据长度，即最低4个位。比较简单，这里就不详细介绍了。

第五个，我介绍的是CAN发送邮箱低字节数据寄存器 (CAN_TDLxR) (x=0~2)，该寄存器各位描述如图30.1.19所示：

图30.1.19 寄存器CAN_TDLxR各位描述

该寄存器用来存储将要发送的数据，这里只能存储低4个字节，另外还有一个寄存器CAN_TDHxR，该寄存器用来存储高4个字节，这样总共就可以存储8个字节。CAN_TDHxR的各位描述同CAN_TDLxR类似，我们就不单独介绍了。

第六个，我们介绍CAN接收FIFO邮箱标识符寄存器 (CAN_RIxR) (x=0/1)，该寄存器各位描述同CAN_TIxR寄存器几乎一模一样，只是最低位为保留位，该寄存器用于保存接收到的报文标识符等信息，我们可以通过读该寄存器获取相关信息。

同样的，CAN接收FIFO邮箱数据长度和时间戳寄存器 (CAN_RDTxR) 、CAN接收FIFO邮箱低字节数据寄存器 (CAN_RDLxR)和CAN接收FIFO邮箱高字节数据寄存器 (CAN_RDHxR) 分别和发送邮箱的：CAN_TDTxR、CAN_TDLxR以及CAN_TDHxR类似，这里我们就不单独一一介绍了。详细介绍，请参考《STM32参考手册》22.9.3节（447页）。

第七个，我们介绍CAN过滤器模式寄存器（CAN_FM1R），该寄存器各位描述如图30.1.20所示：

图30.1.20 寄存器CAN_FM1R各位描述

该寄存器用于设置各滤波器组的工作模式，对28个滤波器组的工作模式，都可以通过该寄存器设置，不过该寄存器必须在过滤器处于初始化模式下（CAN_FMR的FINIT位=1），才可以进行设置。对STM32F103ZET6来说，只有[13:0]这14个位有效。

第八个，我们介绍CAN过滤器位宽寄存器(CAN_FS1R)，该寄存器各位描述如图30.1.21所示：

图30.1.21 寄存器CAN_FS1R各位描述

该寄存器用于设置各滤波器组的位宽，对28个滤波器组的位宽设置，都可以通过该寄存器实现。该寄存器也只能在过滤器处于初始化模式下进行设置。对STM32F103ZET6来说，同样只有[13:0]这14个位有效。

第九个，我们介绍CAN过滤器FIFO关联寄存器（CAN_FFA1R），该寄存器各位描述如图30.1.22所示：

图30.1.22 寄存器CAN_FFA1R各位描述

该寄存器设置报文通过滤波器组之后，被存入的FIFO，如果对应位为0，则存放到FIFO0；如果为1，则存放到FIFO1。该寄存器也只能在过滤器处于初始化模式下配置。

第十个，我们介绍CAN过滤器激活寄存器（CAN_FA1R），该寄存器各位对应滤波器组和前面的几个寄存器类似，这里就不列出了，对对应位置1，即开启对应的滤波器组；置0则关闭该滤波器组。

最后，我们介绍CAN的过滤器组i的寄存器x（CAN_FiRx）（互联产品中i=0~27，其它产品中i＝0~13；x=1/2）。该寄存器各位描述如图30.1.23所示：

图30.1.23 寄存器CAN_FiRx各位描述

每个滤波器组的CAN_FiRx都由2个32位寄存器构成，即：CAN_FiR1和CAN_FiR2。根据过滤器位宽和模式的不同设置，这两个寄存器的功能也不尽相同。关于过滤器的映射，功能描述和屏蔽寄存器的关联，请参见图30.1.11。

关于CAN的介绍，就到此结束了。接下来，我们看看本章我们将实现的功能，及CAN的配置步骤。

本章，我们通过WK_UP按键选择CAN的工作模式（正常模式/环回模式），然后通过KEY0控制数据发送，并通过查询的办法，将接收到的数据显示在LCD模块上。如果是环回模式，我们不需要2个开发板。如果是正常模式，我们就需要2个战舰开发板，并且将他们的CAN接口对接起来，然后一个开发板发送数据，另外一个开发板将接收到的数据显示在LCD模块上。

最后，我们来看看本章的CAN的初始化配置步骤：

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，CAN的时钟通过APB1ENR的第25位来设置。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

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。

3）设置滤波器。

本章，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。

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，本章因为没用到中断，所以就不作介绍了。

30.2 硬件设计

本章要用到的硬件资源如下：

1）指示灯DS0

2） KEY0和WK_UP按键

3） TFTLCD模块

4） CAN

5） CAN收发芯片JTA1050

前面3个之前都已经详细介绍过了，这里我们介绍STM32与TJA1050连接关系，如图30.2.1所示：

图30.2.1 STM32与TJA1050连接电路图

从上图可以看出：STM32的CAN通过P13的设置，连接到TJA1050收发芯片，然后通过接线端子（CAN）同外部的CAN总线连接。图中可以看出，在战舰STM32开发板上面是带有120Ω的终端电阻的，如果我们的开发板不是作为CAN的终端的话，需要把这个电阻去掉，以免影响通信。

这里还要注意，我们要设置好开发板上P13排针的连接，通过跳线帽将PA11和PA12分别连接到CRX（CAN_RX）和CTX（CAN_TX）上面，如图30.2.2所示：

图30.2.2 硬件连接示意图

最后，我们用2根导线将两个开发板CAN端子的CAN_L和CAN_L，CAN_H和CAN_H连接起来。这里注意不要接反了（CAN_L接CAN_H），接反了会导致通讯异常！！

30.3 软件设计

打开上一章的工程，首先在HARDWARE文件夹下新建一个CAN的文件夹，然后新建一个can.c和can.h的文件保存在CAN文件夹下，并将CAN文件夹加入头文件包含路径。

打开can.c文件，输入如下代码：

#include "can.h"

#include "led.h"

#include "delay.h"

#include "usart.h"

//CAN初始化

//tsjw:重新同步跳跃时间单元.范围:1~3;

//tbs2:时间段2的时间单元.范围:1~8;

//tbs1:时间段1的时间单元.范围:1~16;

//brp :波特率分频器.范围:1~1024;(实际要加1,也就是1~1024) tq=(brp)*tpclk1

//注意以上参数任何一个都不能设为0,否则会乱.

//波特率=Fpclk1/((tbs1+tbs2+1)*brp);

//mode:0,普通模式;1,回环模式;

//Fpclk1的时钟在初始化的时候设置为36M,如果设置CAN_Normal_Init(1,8,7,5,1);

//则波特率为:36M/((8+7+1)*5)=450Kbps

//返回值:0,初始化OK;

// 其他,初始化失败;

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

{

u16 i=0;

if(tsjw==0||tbs2==0||tbs1==0||brp==0)return 1;

tsjw-=1;//先减去1.再用于设置

tbs2-=1;

tbs1-=1;

brp-=1;

RCC->APB2ENR|=1<<2; //使能PORTA时钟

GPIOA->CRH&=0XFFF00FFF;

GPIOA->CRH|=0X000B8000;//PA11 RX,PA12 TX推挽输出

GPIOA->ODR|=3<<11;

RCC->APB1ENR|=1<<25;//使能CAN时钟 CAN使用的是APB1的时钟(max:36M)

CAN->MCR=0x0000; //退出睡眠模式(同时设置所有位为0)

CAN->MCR|=1<<0; //请求CAN进入初始化模式

while((CAN->MSR&1<<0)==0)

{

i++;

if(i>100)return 2;//进入初始化模式失败

}

CAN->MCR|=0<<7; //非时间触发通信模式

CAN->MCR|=0<<6; //软件自动离线管理

CAN->MCR|=0<<5; //睡眠模式通过软件唤醒(清除CAN->MCR的SLEEP位)

CAN->MCR|=1<<4; //禁止报文自动传送

CAN->MCR|=0<<3; //报文不锁定,新的覆盖旧的

CAN->MCR|=0<<2; //优先级由报文标识符决定

CAN->BTR=0x00000000;//清除原来的设置.

CAN->BTR|=mode<<30; //模式设置 0,普通模式;1,回环模式;

CAN->BTR|=tsjw<<24; //重新同步跳跃宽度(Tsjw)为tsjw+1个时间单位

CAN->BTR|=tbs2<<20; //Tbs2=tbs2+1个时间单位

CAN->BTR|=tbs1<<16; //Tbs1=tbs1+1个时间单位

CAN->BTR|=brp<<0; //分频系数(Fdiv)为brp+1

//波特率:Fpclk1/((Tbs1+Tbs2+1)*Fdiv)

CAN->MCR&=~(1<<0); //请求CAN退出初始化模式

while((CAN->MSR&1<<0)==1)

{

i++;

if(i>0XFFF0)return 3;//退出初始化模式失败

}

//过滤器初始化

CAN->FMR|=1<<0; //过滤器组工作在初始化模式

CAN->FA1R&=~(1<<0); //过滤器0不激活

CAN->FS1R|=1<<0; //过滤器位宽为32位.

CAN->FM1R|=0<<0; //过滤器0工作在标识符屏蔽位模式

CAN->FFA1R|=0<<0; //过滤器0关联到FIFO0

CAN->sFilterRegister[0].FR1=0X00000000;//32位ID

CAN->sFilterRegister[0].FR2=0X00000000;//32位MASK

CAN->FA1R|=1<<0; //激活过滤器0

CAN->FMR&=0<<0; //过滤器组进入正常模式

#if CAN_RX0_INT_ENABLE

//使用中断接收

CAN->IER|=1<<1; //FIFO0消息挂号中断允许.

MY_NVIC_Init(1,0,USB_LP_CAN_RX0_IRQChannel,2);//组2

#endif

return 0;

}

只看该作者 · 2013-3-18 23:01

//id:标准ID(11位)/扩展ID(11位+18位)

//ide:0,标准帧;1,扩展帧

//rtr:0,数据帧;1,远程帧

//len:要发送的数据长度(固定为8个字节,在时间触发模式下,有效数据为6个字节)

//*dat:数据指针.

//返回值:0~3,邮箱编号.0XFF,无有效邮箱.

u8 Can_Tx_Msg(u32 id,u8 ide,u8 rtr,u8 len,u8 *dat)

{

u8 mbox;

if(CAN->TSR&(1<<26))mbox=0; //邮箱0为空

else if(CAN->TSR&(1<<27))mbox=1; //邮箱1为空

else if(CAN->TSR&(1<<28))mbox=2; //邮箱2为空

else return 0XFF; //无空邮箱,无法发送

CAN->sTxMailBox[mbox].TIR=0; //清除之前的设置

if(ide==0) //标准帧

{

id&=0x7ff;//取低11位stdid

id<<=21;

}else //扩展帧

{

id&=0X1FFFFFFF;//取低32位extid

id<<=3;

}

CAN->sTxMailBox[mbox].TIR|=id;

CAN->sTxMailBox[mbox].TIR|=ide<<2;

CAN->sTxMailBox[mbox].TIR|=rtr<<1;

len&=0X0F;//得到低四位

CAN->sTxMailBox[mbox].TDTR&=~(0X0000000F);

CAN->sTxMailBox[mbox].TDTR|=len; //设置DLC.

//待发送数据存入邮箱.

CAN->sTxMailBox[mbox].TDHR=(((u32)dat[7]<<24)|

((u32)dat[6]<<16)|

((u32)dat[5]<<8)|

((u32)dat[4]));

CAN->sTxMailBox[mbox].TDLR=(((u32)dat[3]<<24)|

((u32)dat[2]<<16)|

((u32)dat[1]<<8)|

((u32)dat[0]));

CAN->sTxMailBox[mbox].TIR|=1<<0; //请求发送邮箱数据

return mbox;

}

//获得发送状态.

//mbox:邮箱编号;

//返回值:发送状态. 0,挂起;0X05,发送失败;0X07,发送成功.

u8 Can_Tx_Staus(u8 mbox)

{

u8 sta=0;

switch (mbox)

{

case 0:

sta |= CAN->TSR&(1<<0); //RQCP0

sta |= CAN->TSR&(1<<1); //TXOK0

sta |=((CAN->TSR&(1<<26))>>24); //TME0

break;

case 1:

sta |= CAN->TSR&(1<<8)>>8; //RQCP1

sta |= CAN->TSR&(1<<9)>>8; //TXOK1

sta |=((CAN->TSR&(1<<27))>>25); //TME1

break;

case 2:

sta |= CAN->TSR&(1<<16)>>16; //RQCP2

sta |= CAN->TSR&(1<<17)>>16; //TXOK2

sta |=((CAN->TSR&(1<<28))>>26); //TME2

break;

default:

sta=0X05;//邮箱号不对,肯定失败.

break;

}

return sta;

}

//得到在FIFO0/FIFO1中接收到的报文个数.

//fifox:0/1.FIFO编号;

//返回值:FIFO0/FIFO1中的报文个数.

u8 Can_Msg_Pend(u8 fifox)

{

if(fifox==0)return CAN->RF0R&0x03;

else if(fifox==1)return CAN->RF1R&0x03;

else return 0;

}

//接收数据

//fifox:邮箱号

//id:标准ID(11位)/扩展ID(11位+18位)

//ide:0,标准帧;1,扩展帧

//rtr:0,数据帧;1,远程帧

//len:接收到的数据长度(固定为8个字节,在时间触发模式下,有效数据为6个字节)

//dat:数据缓存区

void Can_Rx_Msg(u8 fifox,u32 *id,u8 *ide,u8 *rtr,u8 *len,u8 *dat)

{

*ide=CAN->sFIFOMailBox[fifox].RIR&0x04;//得到标识符选择位的值

if(*ide==0)//标准标识符

{

*id=CAN->sFIFOMailBox[fifox].RIR>>21;

}else //扩展标识符

{

*id=CAN->sFIFOMailBox[fifox].RIR>>3;

}

*rtr=CAN->sFIFOMailBox[fifox].RIR&0x02; //得到远程发送请求值.

*len=CAN->sFIFOMailBox[fifox].RDTR&0x0F;//得到DLC

//*fmi=(CAN->sFIFOMailBox[FIFONumber].RDTR>>8)&0xFF;//得到FMI

//接收数据

dat[0]=CAN->sFIFOMailBox[fifox].RDLR&0XFF;

dat[1]=(CAN->sFIFOMailBox[fifox].RDLR>>8)&0XFF;

dat[2]=(CAN->sFIFOMailBox[fifox].RDLR>>16)&0XFF;

dat[3]=(CAN->sFIFOMailBox[fifox].RDLR>>24)&0XFF;

dat[4]=CAN->sFIFOMailBox[fifox].RDHR&0XFF;

dat[5]=(CAN->sFIFOMailBox[fifox].RDHR>>8)&0XFF;

dat[6]=(CAN->sFIFOMailBox[fifox].RDHR>>16)&0XFF;

dat[7]=(CAN->sFIFOMailBox[fifox].RDHR>>24)&0XFF;

if(fifox==0)CAN->RF0R|=0X20;//释放FIFO0邮箱

else if(fifox==1)CAN->RF1R|=0X20;//释放FIFO1邮箱

}

#if CAN_RX0_INT_ENABLE //使能RX0中断

//中断服务函数

void USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler(void)

{

u8 rxbuf[8];

u32 id;

u8 ide,rtr,len;

Can_Rx_Msg(0,&id,&ide,&rtr,&len,rxbuf);

printf("id:%d\r\n",id);

printf("ide:%d\r\n",ide);

printf("rtr:%d\r\n",rtr);

printf("len:%d\r\n",len);

printf("rxbuf[0]:%d\r\n",rxbuf[0]);

printf("rxbuf[1]:%d\r\n",rxbuf[1]);

printf("rxbuf[2]:%d\r\n",rxbuf[2]);

printf("rxbuf[3]:%d\r\n",rxbuf[3]);

printf("rxbuf[4]:%d\r\n",rxbuf[4]);

printf("rxbuf[5]:%d\r\n",rxbuf[5]);

printf("rxbuf[6]:%d\r\n",rxbuf[6]);

printf("rxbuf[7]:%d\r\n",rxbuf[7]);

}

#endif

//can发送一组数据(固定格式:ID为0X12,标准帧,数据帧)

//len:数据长度(最大为8)

//msg:数据指针,最大为8个字节.

//返回值:0,成功;

// 其他,失败;

u8 Can_Send_Msg(u8* msg,u8 len)

{

u8 mbox;

u16 i=0;

mbox=Can_Tx_Msg(0X12,0,0,len,msg);

while((Can_Tx_Staus(mbox)!=0X07)&&(i<0XFFF))i++;//等待发送结束

if(i>=0XFFF)return 1; //发送失败?

return 0; //发送成功;

}

//can口接收数据查询

//buf:数据缓存区;

//返回值:0,无数据被收到;

// 其他,接收的数据长度;

u8 Can_Receive_Msg(u8 *buf)

{

u32 id;

u8 ide,rtr,len;

if(Can_Msg_Pend(0)==0)return 0; //没有接收到数据,直接退出

Can_Rx_Msg(0,&id,&ide,&rtr,&len,buf); //读取数据

if(id!=0x12||ide!=0||rtr!=0)len=0; //接收错误

return len;

}

此部分代码总共8个函数，我们挑其中几个比较重要的函数简单介绍下，首先是：CAN_Mode_Init函数。该函数用于CAN的初始化，该函数带有5个参数，可以设置CAN通信的波特率和工作模式等，在该函数中，我们就是按30.1节末尾的介绍来初始化的，本章中，我们设计滤波器组0工作在32位标识符屏蔽模式，从设计值可以看出，该滤波器是不会对任何标识符进行过滤的，因为所有的标识符位都被设置成不需要关心，这样设计，主要是方便大家实验。

第二个函数，Can_Tx_Msg函数。该函数用于CAN报文的发送，该函数先查找空的发送邮箱，然后设置标识符ID等信息，最后写入数据长度和数据，并请求发送，实现一次报文的发送。

第三个函数，Can_Msg_Pend函数。该函数用于查询接收FIFOx（x=0/1）是否为空，如果返回0，则表示FIFOx空，如果为其他值，则表示FIFOx有数据。

第四个函数，Can_Rx_Msg函数。该函数用于CAN报文的接收，该函数先读取标识符，然后读取数据长度，并读取接收到的数据，最后释放邮箱数据。

can.c里面，还包含了中断接收的配置，通过can.h的CAN_RX0_INT_ENABLE宏定义，来配置是否使能中断接收，本章我们不开启中断接收的。其他函数我们就不一一介绍了，都比较简单，大家自行理解即可。保存can.c，并把该文件加入HARDWARE组下面，然后我们打开can.h在里面输入如下代码：

#ifndef __CAN_H

#define __CAN_H

#include "sys.h"

//CAN接收RX0中断使能

#define CAN_RX0_INT_ENABLE 0 //0,不使能;1,使能.

u8 CAN_Mode_Init(u8 tsjw,u8 tbs2,u8 tbs1,u16 brp,u8 mode); //CAN初始化

u8 Can_Tx_Msg(u32 id,u8 ide,u8 rtr,u8 len,u8 *dat); //发送数据

u8 Can_Msg_Pend(u8 fifox); //查询邮箱报文

void Can_Rx_Msg(u8 fifox,u32 *id,u8 *ide,u8 *rtr,u8 *len,u8 *dat);//接收数据

u8 Can_Tx_Staus(u8 mbox); //返回发送状态

u8 Can_Send_Msg(u8* msg,u8 len); //发送数据

u8 Can_Receive_Msg(u8 *buf); //接收数据

#endif

其中CAN_RX0_INT_ENABLE用于设置是否使能中断接收，本章我们不用中断接收，故设置为0。保存can.h。最后，我们在test.c里面，修改main函数如下：

int main(void)

{

u8 key;

u8 i=0,t=0;

u8 cnt=0;

u8 canbuf[8];

u8 res;

u8 mode=1;//CAN工作模式;0,普通模式;1,环回模式

Stm32_Clock_Init(9); //系统时钟设置

uart_init(72,9600); //串口初始化为9600

delay_init(72); //延时初始化

LED_Init(); //初始化与LED连接的硬件接口

LCD_Init(); //初始化LCD

usmart_dev.init(72); //初始化USMART

KEY_Init(); //按键初始化

CAN_Mode_Init(1,8,7,5,mode);//CAN初始化,波特率450Kbps

POINT_COLOR=RED;//设置字体为红色

LCD_ShowString(60,50,200,16,16,"WarShip STM32");

LCD_ShowString(60,70,200,16,16,"CAN TEST");

LCD_ShowString(60,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");

LCD_ShowString(60,110,200,16,16,"2012/9/11");

LCD_ShowString(60,130,200,16,16,"LoopBack Mode");

LCD_ShowString(60,150,200,16,16,"KEY0:Send WK_UP:Mode");//显示提示信息

POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝色

LCD_ShowString(60,170,200,16,16,"Count:"); //显示当前计数值

LCD_ShowString(60,190,200,16,16,"Send Data:"); //提示发送的数据

LCD_ShowString(60,250,200,16,16,"Receive Data:"); //提示接收到的数据

while(1)

{

key=KEY_Scan(0);

if(key==KEY_RIGHT)//KEY0按下,发送一次数据

{

for(i=0;i<8;i++)

{

canbuf=cnt+i;//填充发送缓冲区

if(i<4)LCD_ShowxNum(60+i*32,210,canbuf,3,16,0X80); //显示数据

else LCD_ShowxNum(60+(i-4)*32,230,canbuf,3,16,0X80); //显示数据

}

res=Can_Send_Msg(canbuf,8);//发送8个字节

if(res)LCD_ShowString(60+80,190,200,16,16,"Failed"); //提示发送失败

else LCD_ShowString(60+80,190,200,16,16,"OK "); //提示发送成功

}else if(key==KEY_UP)//WK_UP按下，改变CAN的工作模式

{

mode=!mode;

CAN_Mode_Init(1,8,7,5,mode);//CAN模式初始化,波特率450Kbps

POINT_COLOR=RED;//设置字体为红色

if(mode==0)//普通模式，需要2个开发板

{

LCD_ShowString(60,130,200,16,16,"Nnormal Mode ");

}else //回环模式,一个开发板就可以测试了.

{

LCD_ShowString(60,130,200,16,16,"LoopBack Mode");

}

POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝色

}

key=Can_Receive_Msg(canbuf);

if(key)//接收到有数据

{

LCD_Fill(60,270,130,310,WHITE);//清除之前的显示

for(i=0;i<key;i++)

{

if(i<4)LCD_ShowxNum(60+i*32,270,canbuf,3,16,0X80); //显示数据

else LCD_ShowxNum(60+(i-4)*32,290,canbuf,3,16,0X80); //显示数据

}

t++;

delay_ms(10);

if(t==20)

{

LED0=!LED0;//提示系统正在运行

t=0;

cnt++;

LCD_ShowxNum(60+48,170,cnt,3,16,0X80); //显示数据

}

此部分代码，我们主要关注下CAN_Mode_Init(1,8,7,5,mode);该函数用于设置波特率和CAN的模式，根据前面的波特率计算公式，我们知道这里的波特率被初始化为450Kbps。mode参数用于设置CAN的工作模式（普通模式/环回模式），通过WK_UP按键，可以随时切换模式。cnt是一个累加数，一旦KEY_RIGHT（KEY0）按下，就以这个数位基准连续发送5个数据。当CAN总线收到数据的时候，就将收到的数据直接显示在LCD屏幕上。

30.4 下载验证
在代码编译成功之后，我们通过下载代码到ALIENTEK战舰STM32开发板上，得到如图30.4.1所示：

图30.4.1 程序运行效果图
伴随DS0的不停闪烁，提示程序在运行。默认我们是设置的环回模式，此时，我们按下KEY0就可以在LCD模块上面看到自发自收的数据（如上图所示），如果我们选择普通模式（通过WK_UP按键切换），就必须连接两个开发板的CAN接口，然后就可以互发数据了。如图30.4.2所示：

图30.4.2 CAN普通模式数据收发测试
上图中，左侧的图片来自开发板A，发送了8个数据，右侧来自开发板B，收到了来自开发板A的8个数据。