STM32学习笔记(十) CAN通讯测试(环回模式)
1.CAN通讯的理解
想学习CAN通讯，那么要对通讯协议有一定的认知。通讯协议是指通信双方对数据传送控制的一种约定。约定中包括对数据格式，同步方式，传输速度，传送步骤，检纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定，通信双方必须共同遵守。
CAN通讯全称控制器局域网通讯，是用来在局域网中高效传输,处理信息的一种通讯方式。它采用数据块编码的方式，数据块根据帧类型的不同有四种格式，可使不同的节点接收到相同的数据，然后再根据各节点内CAN配置选择处理还是丢弃该信息(这与TCP/IP协议栈的链路层的MAC地址过滤很相似，是可以互通理解的)，CAN的位流是按照非归零(NRZ)码方式编码，一个完整的位电平有显性和隐性两种方式。显性和隐性是根据CAN总线上的差分电压VCAN1H-VCAN1L, 若小于阈值则为隐性位，代表逻辑1，大于阈值则为显性位，代表逻辑0，这种将单电平转换成两根差分线的方式提高了电路的可靠性，不过也决定局域网里同时只能有一路数据传输，因此CAN通讯是半双工的。
2.CAN通讯帧格式
CAN报文有四种不同的帧类型：
(1).数据帧：数据帧将数据从发送器传输到接收器。
数据帧和可以使用标准帧和扩展帧两种格式。它们用一个帧间空间与前面的帧分隔。
1).帧起始（SOF） 标志帧的开始，由一个“显性(0)”位构成。只有在总线空闲时才允许节点发送（信号），其它所有节点必须同步于首先开始发送报文的节点的帧起始前沿。
2).仲裁场 由标识符和传送帧类型(RTR)组成的仲裁场
标准帧格式：
扩展帧格式：
对于数据帧 RTR恒为0，SRR恒为1，因此可以根据仲裁场起始第12个字符数判断是标准帧还是扩展帧。
3).控制场 保留位R1，R0(恒为0)，以及帧长度选择位DLC(4位)构成的。
4).数据场 由数据帧里的发送数据组成，长度由DLC控制，但小于等于8字节。
5).CRC场 由CRC序列（CRC Sequence），以及CRC界定符（CRC Delimiter）构成。CRC序列之后是CRC界定符，它包含一个单独的“隐性(1)”位。
6).应答场（ACK Field） 2位，包含应答间隙（ACK Slot）和应答界定符（ACK Delimiter），当接收器正确地接收到有效的报文，接收器就会在应答间隙（ACK Slot）中写入显性位(0)，在返回给发送器，完成一次通讯(半双工).
① 应答间隙
所有接收到匹配CRC序列的节点会在应答间隙期间用“显性(0)”的位写入发送器的“隐性(1)”位来组成应答数据。
② 应答界定符
应答界定符是应答场的第二位，并且必须为“隐性(1)”的位。因此，应答间隙（ACK Slot）被两个“隐性”的位所包围，也就是CRC界定符和应答界定符。
7).帧结束 由7个隐性位构成，代表帧的结束。
(2).远程帧：总线节点发出远程帧，请求发送具有同一识别符的数据帧。
远程帧除了RTR位默认为1，没有数据场外，其它与数据帧相同，不在赘述。
(3).错误帧：报文发送过程中，检测到任一节点出错，即于下一位发送出错帧，通知发送端停止发送。
错误标志：有两种形式的错误标志：激活错误标志和认可错误标志。
1).激活错误”标志由6个连续的“显性”位组成
2).“认可错误”标志由6个连续的“隐性”的位组成，除非被其他节点的“显性”位重写。
错误界定符：错误界定符包括8个“隐性”的位。
错误标志传送了以后，每一个节点就发送一个“隐性”的位，并一直监视总线直到检测出一个“隐性”的位为止，然后就开始发送其余7个“隐性”位。
(4).过载帧：接收端用于要求发送端延缓发送下一个数据帧或者远程帧。
1).超载标志： 过载标志由6个“显性”的位组成。过载标志的所有形式和“激活错误”标志的一样
2).过载界定符包括8个“隐性”的位，具体动作与错误界定符一致
CAN通讯是数据块编码的半双工通讯方式，没有主从设备区别，因此发出报文的节点为该报文的发送器，该节点在总线空闲或丢失仲裁前恒为发送器；如果一个节点不是报文发送器，并且总线不处于空闲状态，则该节点为接收器。
3.CAN通讯的STM32实现
CAN协议是比较复杂的一种通讯协议，因此需要在学习如何使用stm32实现前了解协议本身的很多内容，下面就可以开始stm32中CAN协议环回测试，用来简单的理解CAN协议的测试。既然是要STM32实现，那么步骤的设计如下：
(1).工作原理图
了解了CAN通讯，下面进入正题，CAN通讯连接首先看原理图如下：
从上面可以看出CAN1_TX: PD1 CAN1_RX PD0
(2).CAN硬件驱动配置
CAN通讯端口配置还是比较简单的：
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = CAN1_TX_Pin;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //将CAN1输出端PD1配置为推挽输出模式
GPIO_Init(CAN1_TX_Port,&GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = CAN1_RX_Pin;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //将CAN1输入端PD0配置为浮空输入
GPIO_Init(CAN1_RX_Port, &GPIO_InitStructure);
CAN通讯模式配置（因为是简单的测试，因此配置为环回模式，过滤器配置为屏蔽位模式)
void CAN1_MODE_Config(void)
{
CAN_InitTypeDef CAN_InitStructure;
CAN_FilterInitTypeDef CAN_FilterInitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1, ENABLE);
CAN_DeInit(CAN1);
CAN_InitStructure.CAN_ABOM = DISABLE; //离线模式由软件实现
CAN_InitStructure.CAN_AWUM = DISABLE; //软件唤醒
CAN_InitStructure.CAN_TTCM = DISABLE; //禁止时间触发通信模式
CAN_InitStructure.CAN_NART = ENABLE; //禁止自动重传
CAN_InitStructure.CAN_TXFP = DISABLE; //优先级由报文的标识符来决定
CAN_InitStructure.CAN_RFLM = DISABLE; //接受溢出时FIFO不锁定，下一个收到的报文覆盖原有报文
CAN_InitStructure.CAN_Mode = CAN_Mode_LoopBack; //CAN硬件工作环回模式
CAN_InitStructure.CAN_SJW = CAN_SJW_1tq; //重新同步跳跃宽度为2个时间单位
CAN_InitStructure.CAN_BS1 = CAN_BS1_8tq; //时间段为8个时间单位
CAN_InitStructure.CAN_BS2 = CAN_BS2_7tq; //时间段为7个时间单位
CAN_InitStructure.CAN_Prescaler = 5; //设定一个时间单位的长度为5,范围(1~1024)
CAN_Init(CAN1, &CAN_InitStructure);
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMode = CAN_FilterMode_IdMask; //设定过滤器组为屏蔽位模式
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterScale = CAN_FilterScale_32bit; //过滤器位宽为32位过滤器一个
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdHigh = 0x0000; //设定过滤器标识符高位(32为高位段，16位为第一个)
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdLow = 0x0000; //设定过滤器标识符低位(32为低位段，16位为第二个)
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdHigh= 0x0000; //设定过滤器标识符高位(32为高位段，16位为第一个)
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdLow= 0x0000; //设定过滤器标识符低位(32为低位段，16位为第二个)
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterFIFOAssignment = CAN_Filter_FIFO0; //过滤器FIFO0指向过滤器0
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterNumber = 1; //指定待初始化的过滤器,范围1~13
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterActivation = ENABLE; //使能过滤器
CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStructure);
CAN_ITConfig(CAN1, CAN_IT_FMP0, ENABLE); //FIF0消息挂号中断允许
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = CAN1_RX0_IRQn; //CAN1_RX0中断向量表中开启
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
完成了驱动方面的配置，下面要进行的就是发送CAN数据和接收CAN数据的生成和实现了：
//CAN发送帧构成
void CAN_TxMessageInit(uint32_t std_id, uint32_t ext_id, uint8_t ide, uint8_t rtr, uint8_t dlc, uint8_t *pdata)
{
uint8_t i;
assert_param(dlc>8);
CanTxMessage.StdId = std_id&0x7ff; //设定标准标识符0~0x7ff 11位
CanTxMessage.ExtId = ext_id&0x3ffff; //设定额外标识符0~0x3ffff 18位
CanTxMessage.IDE = ide; //输出标识符类型,STD(标准标识符)或EXT(额外标识符)
CanTxMessage.RTR = rtr; //输出帧类型,DATA(数据帧)或者REMOTE(远程帧)
CanTxMessage.DLC = dlc; //帧长度，0~8
for(i=0; i<dlc; i++)
{
CanTxMessage.Data[i] = *(pdata+i);
}
}
//CAN中断接收函数
void CAN1_RX0_IRQHandler(void)
{
ITStatus Status;
Status = CAN_GetITStatus(CAN1, CAN_IT_FMP0); //判断接受到过滤器中断信号
if(Status == SET)
{
CAN_Receive(CAN1, CAN_FIFO0, &CanRxMessage); //接收一个CAN报文
memcpy(rdata, &(CanRxMessage.Data[0]), 8); //将接收到的数据转存到rdata数组中
}
CAN_ClearITPendingBit(CAN1, CAN_IT_FMP0);
}
因为错误帧和超载帧是有stm32自带的硬件实现的，因此由我们提供的是远程帧和数据帧，单个帧内数据0~8字节，如果要发送多个数据，需要在其上添加传输层实现，具体实现我会在以后在研究(双CAN多帧通讯实验)。
主函数的实现如下：
int main(void)
{
BSP_Init(); //硬件初始化
CAN_TxMessageInit(0x011, 0x0000, CAN_ID_STD,
CAN_RTR_DATA, sizeof(tdata), tdata); //生成CAN报文
CAN_Transmit(CAN1, &CanTxMessage); //发送CAN报文
GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_LED_1);
ARM_DELAY(1000000);
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_LED_1);
ARM_DELAY(1000000);
while(1)
{
if(CanRxMessage.StdId == 0x11 && CanRxMessage.DLC == sizeof(tdata)) //判断接收到的报文
{
if(strncmp((char *)tdata, (char *)rdata, sizeof(rdata)) == 0)
{
GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_LED_1);
printf("stdID is %x, DIC is %x, receive data is %s \r\n",
CanRxMessage.StdId, CanRxMessage.DLC, rdata);
}
memset(&CanRxMessage, 0, sizeof(CanRxMessage)); //清除接收到的报文
CAN_Transmit(CAN1, &CanTxMessage); //发送CAN报文
}
ARM_DELAY(1000000);
GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_LED_1);
ARM_DELAY(1000000);
}
}
如此就完成了简单的CAN环回测试实验，具体实验可通过串口接收端口查看，如下：
具体代码参考：https://files.cnblogs.com/files/zc110747/8.CAN-Loopback.7z
