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CAN通信工作原理个人心得

2018-12-04 07:14:54来源：博客园阅读 ()

CAN总线结构示意图：

说明： 1：CAN收发器(示意图中的单元)根据两总线CAN_H和CAN_L的电位差来判断总线电平；

2：实际中CAN_H与CAN_L由双绞线组成；

3：数据传递终端的电阻器，是为了避免数据传输反射回来，使数据遭到破坏；

4：电阻阻值为120Ω；

5：CAN通信实际上为单元之间的数据传输

CAN通信单元的组成：

每个通信单元软件部分由数据帧、遥控帧、错误帧、过载帧、帧间隔组成；但不是上述5种帧都包含，具体看软件怎样编写

1 数据帧的发送

1) 数据帧的组成(遥控帧与数据帧的组成类似，只是不包含数据帧的数据段)

2)STM32软件编写发送数据帧及解释(遥控帧与数据帧的组成类似，只是不包含数据帧的数据段)

u8 CAN_Send_Msg(u8* msg,u8 len)

{

u8 mbox;
u16 i=0;
CanTxMsg TxMessage; //结构体的具体元素可查找STM32数据库手册
TxMessage.StdId=0x12; //报文的11位标准标识符，范围0x000~0x7FF (设置数据帧的仲裁段的标准表示符)
//TxMessage.ExtId=0x12; //报文的29位扩展标识符，范围0x00000000~0x1FFFFFFF,由于IDE选择为0，此元素可以不设置 (设置数据帧的仲裁段的扩展标识符)
TxMessage.IDE=0; // IDE 0：选择使用标准标识符 1：选择使用扩展标识符 (设置数据帧的仲裁段的选择)
TxMessage.RTR=0; // RTR 0：选择发送数据帧 1：选择发送遥控帧 (设置数据帧的控制段)
TxMessage.DLC=len; //DLC的大小为发送数据的长度，len最大为8，因为一个报文包含0~8个字节数据 (设置数据帧的控制段)
for(i=0;i<len;i++)
TxMessage.Data[i]=msg[i]; // 给数据帧的数据赋值
mbox= CAN_Transmit(CAN1, &TxMessage);
i=0;
while((CAN_TransmitStatus(CAN1, mbox)==CAN_TxStatus_Failed)&&(i<0XFFF)) //检测数据的发送状态。如果失败，等到i加到0xFFF退出循环，并返回"1"；成功则返回"0".

i++;
if(i>=0XFFF)

return 1;
return 0;
}

2 过滤器

在CAN协议里，报文的标识符不代表节点的地址，而是跟报文的内容相关的。因此，发送者以广播的形式把报文发送给所有接受者。节点在接收报文时，根据标识符的值，决定软件

是否需要该报文；如果需要，就拷贝到SRAM里；如果不需要，报文就被丢弃且无需软件的干预。

比如示意图中：单元1要发送报文，它会将报文发送给单元2、单元3、单元4、单元5，而单元2、单元3、单元4、单元5会根据标识符的值，决定是否接收改报文。

为了知道哪些报文需要接收，哪些需要放弃，所以在此过程中，引入过滤器。通过过滤器来接收需要的报文。

1 几个重要概念

1) 过滤器组

STM32总共提供14个过滤器组来处理CAN接收过滤问题，每个过滤器组包含两个32位寄存器，即CAN_FiR0和CAN_FiR1组成(i=0~13)，在设置为屏蔽位模式下，其中一个作为标

识符寄存器，另一个作为屏蔽码寄存器。过滤器组中的每个过滤器，编号(叫做过滤器号)从0开始，到某个最大数值（这时最大值并非13，而是取决于14个过滤器组的模式和位宽的设

置，当全部配置为位宽为16，且为标识符列表模式时，最大编号为14*4-1=55）。

F0R1

F0R2

F1R1

F1R2

F2R1

F2R2

F3R1

F3R2

F4R1

F4R2

F5R1

F5R2

F6R1

F6R2

F7R1

F7R2

F8R1

F8R2

F9R1

F9R2

F10R1

F10R2

F11R1

F11R2

F12R1

F12R2

F13R1

F13R2

2 过滤器过滤模式

过滤器过滤模式有屏蔽位模式和过滤器列表模式

1)屏蔽位模式

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；

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。

2)过滤器列表模式

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；

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。

3)过滤器的位宽

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

4)过滤器组的位宽模式和位宽设置

看手册

5)过滤器匹配序号及优先规则

看手册

2 CAN ID的分析

1) CAN ID分析

标准标识符：ID28~ID18

扩展标识符： ID28~D18 加上 ID17~D0

eg1:有标准标识符为：

0x6D1 (b 110 1101 0001) 占用ID的ID28~ID18，共11位

eg2:有扩展标识符为：

0x1EFEDFEA (b 1 1110 1111 1110 1101 1111 1110 1010) 其中红色部分为基本标识符粉色部分为扩展标识符

2)位宽为32位的屏蔽模式分析

如上图所示：此种模式下，过滤器包含一个32位的标识符寄存器和一个32位的屏蔽寄存器，灰色部分显示的是与CAN ID各位定位的映射关系。由图可以看出映像关系恰好等于扩展

CAN ID左移3位再加上IDE、RTR及一个显性电平得到。

所以如何将CAN ID所表示的各部分如何针对过滤器寄存器各部分对号入座，其主要是掌握其核心思想即可：1:在各种过滤器模式下，CAN ID与寄存器相应位置一定要匹配；2：在

屏蔽方式下，屏蔽寄存器某位为1表示接收到的CAN ID对应的位必须对验证码寄存器对应的位相同。

eg：下面以代码例子，假设我们要接收多个ID：0x6D1 , 1EFEDFEA, 前面为标准标识符，后面为扩展标识符，要同时能接收这两个标识符的情况来配置过滤器

u16 Std_ID =0x6D1;
u32 Ext_ID =0x1EFEDFEA;
u32 mask =0;

CAN_FilterInitTypeDef CAN_FilterInitStructure; //定义一个结构体变量
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterNumber=0; //设置过滤器组0
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMode=CAN_FilterMode_IdMask; //设置过滤器组0为屏蔽模式
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterScale=CAN_FilterScale_32bit; //设置过滤器组0位宽为32位

/**************************************************************************************************************************************

标识符寄存器的设置，Ext_ID<<3对齐，再>>16取高16位

***************************************************************************************************************************************/

CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdHigh=（(Ext_ID<<3) >>16) & 0xffff; //设置标识符寄存器高字节。

CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdLow=(u16)(Ext_ID<<3) | CAN_ID_EXT; //设置标识符寄存器低字节

/***********************************************************************************************************************************

这里也可以这样设置，设置标识符寄存器高字节.这里为什么是左移5位呢？从上图可以看出，CAN_FilterIdHigh包含的是STD[0~10]和EXID[13~17],标准CAN ID本身是不包

含扩展ID数据，因此为了要将标准CAN ID放入此寄存器，标准CAN ID首先应左移5位后才能对齐。设置标识符寄存器低字节,这里也可以设置为CAN_ID_STD

CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdHigh=Std_ID<<5;

CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdLow=0 | CAN_ID_EXT;
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

/*************************************************************************************************************************

屏蔽寄存器的设置这里的思路是先将标准CAN ID和扩展CAN ID对应的ID值先异或后取反，为什么？异或是为了找出两个CAN ID有哪些位是相同的，是相同的位则说明需

要关心，需要关心的位对应的屏蔽码位应该设置为1，因此需要取反一下。最后再整体左移3位。

****************************************************************************************************************************/

mask =(Std_ID<<18); //这里为什么左移18位？因为在标准CAN ID占ID18~ID28，为了与CAN_FilterIdHigh对齐，应左移2位，接着为了与扩展

CAN对应，还应该再左移16位，因此，总共应左移2+16＝18位。也可以用另一个方式来理解：直接看Mapping的内容，发现STDID相对EXID[0]偏移了18位,因此左移18位.

mask ^=Ext_ID; //将对齐后的标准CAN与扩展CAN异或后取反
mask =~mask;
mask <<=3; //再整体左移3位
mask |=0x02; //只接收数据帧，不接收远程帧
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdHigh=(mask>>16)&0xffff; //设置屏蔽寄存器高字节
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdLow=mask&0xffff; //设置屏蔽寄存器低字节

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterFIFOAssignment=CAN_FIFO0; //此过滤器组关联到接收FIFO0
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterActivation=ENABLE; //激活此过滤器组
CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStructure); //设置过滤器

3)位宽为32位的标识符列表模式

U16 std_id =0x6D1;
U32 ext_id =0x1EFEDFEA;

CAN_FilterInitTypeDef CAN_FilterInitStructure;
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterNumber=0; //设置过滤器组0，范围为0~13
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMode=CAN_FilterMode_IdList; //设置过滤器组0为标识符列表模式
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterScale=CAN_FilterScale_32bit; //设置过滤器组0位宽为32位

//设置屏蔽寄存器，这里当标识符寄存器用
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdHigh=std_id<<5) ; //为什么左移5位？与上面相同道理，这里不再重复解释
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdLow=0|CAN_ID_STD; //设置标识符寄存器低字节,CAN_FilterIdLow的ID位可以随意设置，在此模式下不会有效。

//设置标识符寄存器
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdHigh=((ext_id<<3)>>16) & 0xffff; //设置屏蔽寄存器高字节
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdLow=((ext_id<<3)& 0xffff) | CAN_ID_EXT; //设置屏蔽寄存器低字节

CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterFIFOAssignment=CAN_FIFO0; //此过滤器组关联到接收FIFO0
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterActivation=ENABLE; //激活此过滤器组
CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStructure); //设置过滤器

4)16位位宽屏蔽模式