stm32 CAN通信 TJA1040

CAN协议特点

1.多主控制
所有单元都可以发送消息，根据标识符（Identifier简称ID）决定优先级。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.系统的柔软性
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

总线拓扑
总线电平分为显性电平和隐性电平两种。“显性”具有“优先”的意味，只要有一个单元输出显性电平，总线上即为显性电平。并且，“隐性”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

帧的种类

帧的种类及用途

数据帧的构成

帧起始：数据帧开始
仲裁段：该帧优先级
控制段：数据的字节数及保留位
数据段：数据的内容，可发送0～8个字节的数据
CRC段：检查帧的传输错误
ACK段：确认正常接收
帧结束：数据帧结束

遥控帧的构成
遥控帧没有数据帧的数据段

错误帧

错误标志：包括主动错误标志和被动错误标志两种。主动错误标志为6位的显性位；被动错误标志为6位的隐性位
错误界定符：由8位的隐性位构成

过载帧

过载标志：6位的显性位（与主动错误标志的构成相同）
过载界定符：8位的隐性位（与错误界定符的构成相同）

帧间隔

间隔：3位的隐性位
延迟传送：8位的隐性位
总线空闲：隐性电平，无长度限制（0 亦可）

数据帧

帧起始
标准、扩展格式相同。1位的显性位

仲裁段

扩展帧的仲裁段有29位，可以出现2^{29种报文。标准帧的仲裁段是11位，可以出现2}11种报文。扩展帧能扩展更多的CAN节点，更好地支持上层协议

控制段

数据长度码和字节数的关系:

“D”为显性电平；“R”为隐性电平

数据段
数据段可包含0～8个字节的数据。从MSB（最高位）开始输出

CRC段
由15位的CRC顺序和1位的CRC界定符（用于分隔的位）构成

ACK段
由ACK槽(ACK Slot)和ACK界定符2位构成

帧结束
由7位的隐性位构成

优先级的决定

连续输出显性电平最多的单元可继续发送

数据帧和遥控帧的优先级
具有相同ID 的数据帧和遥控帧在总线上竞争时，仲裁段的最后一位（RTR）为显性位的数据帧具有优先权，可继续发送

标准格式和扩展格式的优先级
标准格式的RTR位为显性位的具有优先权，可继续发送

bxCAN工作模式

bxCAN有3个主要的工作模式：初始化、正常和睡眠模式

初始化模式
设置CAN_MCR寄存器的INRQ位为’1’，请求bxCAN进入初始化模式，然后等待硬件对CAN_MSR寄存器的INAK位置’1’来进行确认

正常模式
软件对CAN_MCR寄存器的INRQ位清’0’，来请求从初始化模式进入正常模式，然后等待硬件对CAN_MSR寄存器的INAK位置’1’的确认

睡眠模式
软件对CAN_MCR寄存器的SLEEP位置’1’，来请求进入这一模式

测试模式

通过对CAN_BTR寄存器的SILM和LBKM配置

静默模式（CAN_Mode_Silent）
通过对CAN_BTR寄存器的SILM位置’1’，来选择静默模式

环回模式（CAN_Mode_LoopBack）
通过对CAN_BTR寄存器的LBKM位置’1’，来选择环回模式

环回静默模式（CAN_Mode_Silent_LoopBack）
通过对CAN_BTR寄存器的LBKM和SILM位同时置’1’，可以选择环回静默模式

超过8字节数据发送

可以采取拆包、组包方法。记录包id和是否为结尾包标识。接收方如果未接收完整个包，直到接收完整包再进行处理
详细参考：uavcan

CAN配置步骤

1.使能CAN时钟
2.使能GPIO端口时钟
3.GPIO端口模式设置
4.配置CAN工作模式、波特率等
5.配置CAN筛选器
6.选择CAN中断类型，开启中断
7.初始化NVIC外设
8.编写CAN中断处理函数
9.CAN发送和接收消息
10.CAN状态获取

硬件设计

举例

typedef struct
{
	uint32_t StdId; //标准标识符
	uint32_t ExtId; //扩展标识符
	uint8_t IDE; //标识符选择
	uint8_t RTR; //远程发送请求
	uint8_t DLC; //发送数据长度
	uint8_t Data[8]; //数据字节
} CanTxMsg;

void CAN_transmit(u8 *data, u8 len)
{
	u8 i = 0, box;
	CanTxMsg msg = {0};
	
	msg.StdId = 0x12;
	msg.ExtId = 0x12;
	msg.IDE = CAN_Id_Standard; //使用标准标识符
	msg.RTR = CAN_RTR_Data; //数据帧
	msg.DLC = len;
	
	for(i = 0; i < len; i++)
	{
		msg.Data[i] = data[i];
	}
	
	box = CAN_Transmit(CAN1, &msg);

	while(CAN_TransmitStatus(CAN1, box) == CAN_TxStatus_Failed);
	
	return;
}

u8 CAN_receive(u8 *data)
{
	u8 i = 0;
	CanRxMsg msg = {0};

	if(CAN_MessagePending(CAN1, CAN_FIFO0) == 0)
	{
		return 0;
	}

	CAN_Receive(CAN1, CAN_FIFO0, &msg);

	for(i = 0; i < msg.DLC; i++)
	{
		 data[i] = msg.Data[i];
	}

	return msg.DLC;
}

#ifdef CAN_IT
void USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler()
{
	u8 data[8], len;
	
	if(CAN_GetITStatus(CAN1, CAN_IT_FMP0) == SET)
	{
		len = CAN_receive(data);

		CAN_transmit(data, len);

		led1 = ~led1;	
	}

	CAN_ClearFlag(CAN1, CAN_IT_FMP0);
}
#endif

typedef struct
{
	uint16_t CAN_Prescaler; //波特率分频器
	uint8_t CAN_Mode; //测试模式
	uint8_t CAN_SJW; //重新同步跳跃宽度
	uint8_t CAN_BS1; //时间段1
	uint8_t CAN_BS2; //时间段2
	FunctionalState CAN_TTCM; //时间触发通信模式
	FunctionalState CAN_ABOM; //自动离线管理
	FunctionalState CAN_AWUM; //自动唤醒模式
	FunctionalState CAN_NART; //禁止报文自动重传 
	FunctionalState CAN_RFLM; //接收FIFO锁定模式
	FunctionalState CAN_TXFP; //发送FIFO优先级
} CAN_InitTypeDef;

typedef struct
{
	uint16_t CAN_FilterIdHigh;
	uint16_t CAN_FilterIdLow;
	uint16_t CAN_FilterMaskIdHigh;
	uint16_t CAN_FilterMaskIdLow;
	uint16_t CAN_FilterFIFOAssignment; //过滤器位宽设置
	uint8_t CAN_FilterNumber;
	uint8_t CAN_FilterMode; //过滤器模式
	uint8_t CAN_FilterScale; //过滤器位宽设置
	FunctionalState CAN_FilterActivation; //过滤器激活
} CAN_FilterInitTypeDef;

void CAN_init()
{
	GPIO_InitTypeDef gpio11 = 
	{
		GPIO_Pin_11,
		GPIO_Speed_50MHz,
		GPIO_Mode_IPU
	};	

	GPIO_InitTypeDef gpio12 = 
	{
		GPIO_Pin_12,
		GPIO_Speed_50MHz,
		GPIO_Mode_AF_PP
	};	

	CAN_InitTypeDef can = {0};
	CAN_FilterInitTypeDef can_filter = {0};

	NVIC_InitTypeDef nvic = 
    {
        USB_LP_CAN1_RX0_IRQn,
        2,
        2,
        ENABLE
    };

	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

	GPIO_Init(GPIOA, &gpio11);
	GPIO_Init(GPIOA, &gpio12);

	can.CAN_Prescaler = 4;
	can.CAN_Mode = CAN_Mode_LoopBack; //环回模式
	can.CAN_SJW = CAN_SJW_1tq; //占用1个时间单元
	can.CAN_BS1 = CAN_BS1_9tq; //占用9个时间单元
	can.CAN_BS2 = CAN_BS2_8tq; //占用8个时间单元
	can.CAN_TTCM = DISABLE; //详见上图
	can.CAN_ABOM = DISABLE;
	can.CAN_AWUM = DISABLE;
	can.CAN_NART = ENABLE;
	can.CAN_RFLM = DISABLE;
	can.CAN_TXFP = DISABLE;
	CAN_Init(CAN1, &can);

	can_filter.CAN_FilterIdHigh = 0;
	can_filter.CAN_FilterIdLow = 0;
	can_filter.CAN_FilterMaskIdHigh = 0;
	can_filter.CAN_FilterMaskIdLow = 0;
	can_filter.CAN_FilterFIFOAssignment = CAN_FilterFIFO0; //过滤器被关联到FIFO0
	can_filter.CAN_FilterNumber = 0;
	can_filter.CAN_FilterMode = CAN_FilterMode_IdMask; //过滤器组x的2个32位寄存器工作在标识符屏蔽位模式
	can_filter.CAN_FilterScale = CAN_FilterScale_32bit;  //过滤器位宽为单个32位
	can_filter.CAN_FilterActivation = ENABLE; //过滤器被激活
	CAN_FilterInit(&can_filter);

#ifdef CAN_IT
	CAN_ITConfig(CAN1, CAN_IT_FMP0, ENABLE);

	NVIC_Init(&nvic);
#endif
}

int main(void)
{
	CAN_init();

	for(i = 0; i < 8; i++)
	{
		txbuf[i] = i;
	}
	while(1)
	{
		led1 = ~led1;

		CAN_transmit(txbuf, 8);
		
		res = CAN_receive(rxbuf);
		if(res)
		{
			for(i = 0; i < 8; i++)
			{
				rxbuf[i] = rxbuf[i] + 0x30;
			}
			printf("CAN_receive len %d, %s\n", res, rxbuf);
		}

		delay_ms(1000);
	}
}

CAN过滤器组配置：http://blog.csdn.net/zhangxuechao_/article/details/78488603