stm32 hal uart_STM32学习笔记—CAN总线收发数据常见问题分析

CAN，Controller Area Network（控制器局域网络），在汽车电子、工业控制领域的应用比较多，通常用于局域组网。

这是第9篇学习分享文章，《STM32学习笔记》之CAN总线收发数据常见问题分析。

CAN总线和UART、I2C、SPI总线最大的区别主要在于取消了传统的地址编码方式，理论上讲总线上的互联节点数不受限制，拥有强大的握手与出错管理及重发机制，具有很强的抗干扰能力。

STM32 CAN 基础内容

CAN网络中主要由CAN控制器和CAN收发器组成，大部分STM32内部都集成了CAN控制器，如果需要使用CAN功能，还需要在外部连接一个CAN收发器才能使用。

▲ CAN 网络拓扑结构图

STM32内部集成的CAN控制器，支持 2.0A 和 B 版本的 CAN 协议。还有通信速度更快的CAN FD、 CAN XL，目前一部分STM32支持CAN FD（比如STM32H7）。

下面结合STM32F4描述一下关于CAN基本的信息：

1. CAN总线

CAN总线上的数据是基于差分信号，通常只有两根线：CAN_L和CAN_H。从STM32芯片引出来的两个信号脚CAN发送和CAN接收，有点类似UART的收发引脚，但内部控制逻辑完全不一样。经过CAN收发器后形成两根信号线CAN_L和CAN_H挂到CAN总线上。

2. CAN波特率

CAN 总线属于异步通信，和UART类似，因此具有通信的波特率，标准 CAN 波特率通常支持高达 1 Mb/s。当然，也可以配置成500Kb/s、 250Kb/s等。

CAN 波特率由多个参数决定，下面章节会讲述波特率配置。

3. CAN发送

STM32集成的CAN控制器支持三个发送邮箱，也就是说可以支持队列发送消息（数据），如果同一时间发送数据比较多，使用邮箱就比较高效，不用消耗CPU资源，CAN控制器自动发送，直到完成。

4. CAN接收

和发送类似，CAN接收支持接收FIFO，可以连续接收多个消息（数据），CPU空闲了再去处理接收到的数据。

同时，CAN控制器还支持接收过滤配置，也就是说，有些数据我不需要，CAN控制器可以自动过滤掉。

通过一张CAN框图来认识CAN控制器：

关于CAN的更多信息，可以参看芯片对应的手册和CAN相关协议资料。

STM32 CAN 常规配置

STM32 CAN控制器需要配置的参数比较多，对于初学者而言，重点就是波特率。如果你只使用一些基本的功能，不使用的功能建议参考官方代码默认配置即可。

1. CAN引脚时钟配置

引脚和时钟是使用外设基本的配置，比如F4例程：

GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;

RCC_AHB1PeriphClockCmd(CAN_GPIO_CLK, ENABLE);
RCC_APB1PeriphClockCmd(CAN_CLK, ENABLE);

GPIO_PinAFConfig(CAN_GPIO_PORT, CAN_RX_SOURCE, CAN_AF_PORT);
GPIO_PinAFConfig(CAN_GPIO_PORT, CAN_TX_SOURCE, CAN_AF_PORT);

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = CAN_RX_PIN | CAN_TX_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd  = GPIO_PuPd_UP;
GPIO_Init(CAN_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

2. CAN常规配置

这些基本参数，需要进一步功能的作用，默认DISABLE。

CAN_InitTypeDef CAN_InitStructure;

CAN_InitStructure.CAN_TTCM = DISABLE;
CAN_InitStructure.CAN_ABOM = DISABLE;
CAN_InitStructure.CAN_AWUM = DISABLE;
CAN_InitStructure.CAN_NART = DISABLE;
CAN_InitStructure.CAN_RFLM = DISABLE;
CAN_InitStructure.CAN_TXFP = DISABLE;
CAN_InitStructure.CAN_Mode = CAN_Mode_Normal;

3. CAN波特率配置

波特率是第一步需要掌握的，波特率不对，就不能正常通信。波特率 = 时钟 ÷ Prescaler ÷ （SJW + BS1 + BS2）；

比如：42M / 2 / (1 + 12 +8) = 1M

CAN_InitStructure.CAN_SJW = CAN_SJW_1tq;
CAN_InitStructure.CAN_BS1 = CAN_BS1_12tq;
CAN_InitStructure.CAN_BS2 = CAN_BS2_8tq;
CAN_InitStructure.CAN_Prescaler = 2;

4. CAN过滤配置

CAN过滤是相对更高级的功能，建议深入了解，否则建议默认配置即可。

CAN_FilterInitTypeDef  CAN_FilterInitStructure;
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterNumber = 0;
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMode = CAN_FilterMode_IdMask;
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterScale = CAN_FilterScale_32bit;
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdHigh = 0x0000;
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdLow = 0x0000;
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdHigh = 0x0000;
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdLow = 0x0000;
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterFIFOAssignment = 0;
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterActivation = ENABLE;
CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStructure);

以上是通过标准外设库配置的参数，使用STM32CubeMX就可以很轻松的一键配置了。

对CAN有一定基础了解，同时掌握HAL库使用方法的人，建议直接使用STM32CubemMX 配置并生成初始化代码。

STM32 CAN 常见问题

STM32的CAN控制器功能相对比较强大，实际开发过程中容易遇到问题，软件硬件都有可能导致通信异常，下面整理几点常见问题。

问题一：CAN总线接线问题

CAN控制器出来的信号为CAN_TX和CAN_RX，有点类似UART，但它和外面的收发器接法是TX对应TX，不是UART交叉连接。

同时，CAN总线和485类似是差分信号，具有极性。通常CAN总线只有两根线CAN_L和CAN_H。

上面指出来的两点，任意一处接线错误都会导致通信失败。所以，建议参考官方给出的电路原理图。

问题二：通信波特率配置问题

CAN属于异步通信，如果波特率不对，就会通信失败，或者接收到乱码。影响波特率的因素有很多：CAN时钟、分频值、位时序。

CAN时钟也就是RCC出来进入CAN控制器的APB时钟，比如上面代码中配置的是APB1，42M时钟。（一定要分清，不能认为是84M）。

位时序也是比较重要的一个配置，包含同步段、位段等，需要根据实际情况调整对应的值。

问题三：CAN接收数据丢包问题

通常来说，CAN组网之后，总线上的数据量比较大，如果你配置或者处理不正确，就会导致丢失数据的情况。

1. CAN接收数据，通常使用中断

CAN中断入口和CAN中断函数处理比较容易引起数据丢失的问题。

有些CAN中断入口和其它外设的共用，比如STM32F103的CAN和USB共用一个中断入口。

通信时，由于CAN中断频率较高，中断函数不能占用太多时间，通常来说，只对接收到的数据进行一些简单搬运处理，不建议在中断程序里处理较为复杂的逻辑或算法运算。

2. 双CAN过滤器管理问题

部分STM32芯片具有双CAN模块，从整体功能上讲，两个CAN是独立的。但是，两个CAN共用过滤器管理模块，对于STM32芯片来讲，该过滤器控制模块由CAN1统一管理，所以即使只是单独使用CAN2进行收发，也须开启CAN1，否则会因为过滤器未能开启，导致单独使用CAN2时无法收发的情形。

3.CAN接收过滤

CAN总线接收可以通过配置，对一些“无用”或不需要的信息进行过滤，换言之即对总线上的信息选择性地进行接收。这个功能也算是CAN总线的高级功能，只有深入理解该功能之后方能灵活使用之。否则会因为过滤配置不当导致收发异常。

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