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.
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。
发送邮箱共有3个
具有 3 级深度的 2 个接收 FIFO
通过主控制寄存器的 RFLM 位,可设置锁定模式
CAN 总线上数据是以广播的形式发送的,所有连接在 CAN 总线的节点都会收到所有其它节点发出的有效数据,因而我们的 CAN 控制器大多具有根据 ID 过滤报文的功能,它可以控制自己只接收某些 ID的报文。减少了CPU处理CAN通信的开销。
STM32F103ZET6 只有 14 个(增强型)过滤器组。
STM32 每个过滤器组的位宽都可以独立配置
过滤器可配置为,屏蔽位模式和标识符列表模式。
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 28 个滤波器组的工作模式,都可以通过该寄存器设置,对 STM32F103ZET6 来说,只有[13:0]这 14 个位有效。
过滤器工作的两种模式
用来存储要筛选的 ID 或掩码
x(CAN_FiRx)(互联产品中 i=0~27,其它产品中 i=0~13;x=1/2)
后两个模式是在互联型产品中的,F103不需要关注。
举个简单的例子,我们设置过滤器组 0 工作在:1 个 32 位过滤器-标识符屏蔽模式,然后设置 CAN_F0R1=0XFFFF0000,CAN_F0R2=0XFF00FF00。
程序选择 1 个空置的邮箱(TME=1)→设置标识符(ID),数据长度和发送数据→设置 CAN_TIxR 的 TXRQ 位为 1,请求发送→邮箱挂号(等待成为最高优先级)→预定发送(等待总线空闲)→发送→邮箱空置。
整个流程如图
CAN 接收到的有效报文,被存储在 3 级邮箱深度的 FIFO 中。
CAN 接收流程为:FIFO 空→收到有效报文→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)→收到有效报文→挂号_2→收到有效报文→挂号_3→收到有效报文→溢出。
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。
STM32 外设定义的位时序与我们前面解释的 CAN 标准时序有一点区别。
STM32 的 CAN 一个位只有 3 段:
该寄存器用于设置分频、Tbs1、Tbs2以及 Tq 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。
位19-16:Tbs1
○ //tbs1:时间段 1 的时间单元. 范围:CAN_BS1_1tq ~CAN_BS1_16tq
位22-20: Tbs2
○ //tbs2:时间段 2 的时间单元. 范围:CAN_BS2_1tq~CAN_BS2_8tq;
位9-0:Tq,CAN1 和 CAN2 外设都是挂载在 APB1 总线上的,而位时序寄存器 CAN_BTR 中的 BRP[9:0]寄存器位可以设置 CAN 外设时钟的分频值。
○ PCLK 指 APB1 时钟,默认值为 45MHz。AHB预分频器
○ //tsjw:重新同步跳跃时间单元.范围:CAN_SJW_1tq~ CAN_SJW_4tq
○ //brp :波特率分频器.范围:1~1024; tq=(brp)*tpclk1
25-24:SJW,本成员可以配置 SJW 的极限长度,即 CAN 重新同步时单次可增加或缩短的最大长度,它可以被配置为 (CAN_SJW_1/2/3/4tq)。
位30LBKM:环回模式
○ STM32 提供了两种测试模式,环回模式和静默模式,当然他们还可以组合成环回静默模式。
○ 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
○ 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。
位31SILM:静默模式
○ 静默模式下,它自己的输出端的逻辑 0 数据会直接传输到它自己的输入端,逻辑1 可以被发送到总线
○ 所以它不能向总线发送显性位(逻辑 0),只能发送隐性位(逻辑 1)。
○ 输入端可以从总线接收内容。由于它只可发送的隐性位不会强制影响总线的状态,所以把它称为静默模式。
○ 这种模式一般用于监测,它可以用于分析总线上的流量,但又不会因为发送显性位而影响总线。
回环静默模式
○ 回环静默模式是以上两种模式的结合
○ 自己的输出端的所有内容都直接传输到自己的输入端
○ 并且不会向总线发送显性位影响总线,不能通过总线监测它的发送内容。
○ 输入端只接收自己发送端的内容,不接收来自总线上的内容。
○ 这种方式可以在“热自检”时使用,即自我检查的时候,不会干扰总线。
第一步就要使能 CAN 的时钟。其次要设置 CAN 的相关引脚为复用输出,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。使能 CAN1 时钟的函数是:
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1, ENABLE);//使能 CAN1 时钟
具体函数
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);//使能 PORTA 时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1, ENABLE);//使能 CAN1 时钟
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化 IO
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; //上拉输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化 IO
CAN是挂载在APB1之下的。
在库函数中,提供了函数 CAN_Init()用来初始化 CAN 的工作模式以及波特率。
CAN_Init()函数体中,在初始化之前,会设置 CAN_MCR 寄存器的 INRQ 为 1 让其进入初始化模式,然后初始化 CAN_MCR 寄存器和 CRN_BTR 寄存器之后,会设置 CAN_MCR 寄存器的 INRQ 为 0让其退出初始化模式。
typedef struct
{
uint16_t CAN_Prescaler;
uint8_t CAN_Mode;
uint8_t CAN_SJW;
uint8_t CAN_BS1;
uint8_t CAN_BS2;
FunctionalState CAN_TTCM;
FunctionalState CAN_ABOM;
FunctionalState CAN_AWUM;
FunctionalState CAN_NART;
FunctionalState CAN_RFLM;
FunctionalState CAN_TXFP;
} CAN_InitTypeDef;
前面 5 个参数是用来设置寄存器 CAN_BTR,用来设置模式以及波特率相关的参数。
其他设置波特率相关的参数 CAN_Prescaler,CAN_SJW,CAN_BS1 和 CAN_BS2 分别用来设置波特率分频器,重新同步跳跃宽度以及时间段 1 和时间段 2 占用的时间单元数。
后面 6 个成员变量用来设置寄存器 CAN_MCR,也就是设置 CAN 通信相关的控制位。
初始化实例为:
CAN_InitStructure.CAN_TTCM=DISABLE; //非时间触发通信模式
CAN_InitStructure.CAN_ABOM=DISABLE; //软件自动离线管理
CAN_InitStructure.CAN_AWUM=DISABLE; //睡眠模式通过软件唤醒
CAN_InitStructure.CAN_NART=ENABLE; //禁止报文自动传送
CAN_InitStructure.CAN_RFLM=DISABLE; //报文不锁定,新的覆盖旧的
CAN_InitStructure.CAN_TXFP=DISABLE; //优先级由报文标识符决定
CAN_InitStructure.CAN_Mode= CAN_Mode_LoopBack; //模式设置: 1,回环模式;
//设置波特率
CAN_InitStructure.CAN_SJW=CAN_SJW_1tq;//重新同步跳跃宽度为个时间单位
CAN_InitStructure.CAN_BS1=CAN_BS1_8tq; //时间段 1 占用 8 个时间单位
CAN_InitStructure.CAN_BS2=CAN_BS2_7tq;//时间段 2 占用 7 个时间单位
CAN_InitStructure.CAN_Prescaler=5; //分频系数(Fdiv)
CAN_Init(CAN1, &CAN_InitStructure); // 初始化 CAN1
在库函数中,提供了函数 CAN_FilterInit ()用来初始化 CAN 的滤波器相关参数
CAN_FilterInit ()函数的定义:
void CAN_FilterInit(CAN_FilterInitTypeDef* CAN_FilterInitStruct);
这个函数只有一个入口参数就是 CAN 滤波器初始化结构体指针,结构体类型为CAN_FilterInitTypeDef,下面我们看看类型定义:
typedef struct
{
uint16_t CAN_FilterIdHigh;
uint16_t CAN_FilterIdLow;
uint16_t CAN_FilterMaskIdHigh;
uint16_t CAN_FilterMaskIdLow;
uint16_t CAN_FilterFIFOAssignment;
uint8_t CAN_FilterNumber;
uint8_t CAN_FilterMode;
uint8_t CAN_FilterScale;
FunctionalState CAN_FilterActivation;
} CAN_FilterInitTypeDef;
第 1 个至第 4 个是用来设置过滤器的 32 位 id 以及 32 位 mask id,分别通过 2 个 16 位来组合的
CAN_FilterIdHigh
○ 用于存储要筛选的 ID,若筛选器工作在 32 位模式,它存储的是所筛选 ID 的高 16 位;
○ 若筛选器工作在 16 位模式,它存储的就是一个完整的要筛选的 ID。
CAN_FilterIdLow
○ 也是用于存储要筛选的 ID,若筛选器工作在 32 位模式,它存储的是所筛选 ID 的低 16 位;
○ 若筛选器工作在 16 位模式,它存储的就是一个完整的要筛选的 ID。
CAN_FilterMaskIdHigh
○ 存储的内容分两种情况,当筛选器工作在标识符列表模式时,它的功能与 CAN_FilterIdHigh 相同,都是存储要筛选的 ID;
○ 当筛选器工作在掩码模式时,它存储的是 CAN_FilterIdHigh 成员对应的掩码,与 CAN_FilterIdLow 组成一组筛选器。
CAN_FilterMaskIdLow
○ 存储的内容也分两种情况,当筛选器工作在标识符列表模式时,它的功能与 CAN_FilterIdLow 相同,都是存储要筛选的 ID;
○ 而当筛选器工作在掩码模式时,它存储的是 CAN_FilterIdLow 成员对应的掩码,与CAN_FilterIdLow 组成一组筛选器。
CAN_FilterFIFOAssignment
○ 用来设置 FIFO 和过滤器的关联关系,当报文通过筛选器的匹配后,该报文会被存储到哪一个接收 FIFO
CAN_FilterNumber
○ 用来设置初始化的过滤器组编号,取值范围为 0~13。
FilterMode
○ 用来设置过滤器组的模式,取值为标识符列表模式CAN_FilterMode_IdList 和标识符屏蔽位模式CAN_FilterMode_IdMask。
FilterScale
○ 用来设置过滤器的位宽为 2 个 16 位 CAN_FilterScale_16bit 还是 1 个32 位 CAN_FilterScale_32bit。
CAN_FilterActivation
○ 用来激活该过滤器。
过滤器初始化参考实例代码:
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterNumber=0; //过滤器 0
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMode=CAN_FilterMode_IdMask;
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterScale=CAN_FilterScale_32bit; //32 位
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdHigh=0x0000;32 位 ID
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdLow=0x0000;
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdHigh=0x0000;//32 位 MASK
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdLow=0x0000;
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterFIFOAssignment=CAN_Filter_FIFO0;// FIFO0
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterActivation=ENABLE; //激活过滤器 0
CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStructure);//滤波器初始化
标准ID是前11位。重要的话说三遍。
0xFF700000的前面几位就是标准ID的最低11位,标准ID就是0-7FF。
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。
CAN_ITConfig(CAN1,CAN_IT_FMP0,ENABLE); //FIFO0 消息挂号中断允许.
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USB_LP_CAN1_RX0_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; / 主优先级为 1
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; // 次优先级为 0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
//中断服务函数
void USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler(void)
{
CanRxMsg RxMessage;
int i=0;
CAN_Receive(CAN1, 0, &RxMessage);
for(i=0;i<8;i++)
printf("rxbuf[%d]:%d\r\n",i,RxMessage.Data[i]);
}
CAN1_Mode_Init(CAN_SJW_1tq,CAN_BS2_6tq,CAN_BS1_7tq,6,
CAN_Mode_LoopBack); //CAN 初始化环回模式,波特率 500Kbps
在初始化 CAN 相关参数以及过滤器之后,接下来就是发送和接收消息了。库函数中提供了发送和接受消息的函数。发送消息的函数是:
uint8_t CAN_Transmit(CAN_TypeDef* CANx, CanTxMsg* TxMessage);
接受消息的函数是:
void CAN_Receive(CAN_TypeDef* CANx, uint8_t FIFONumber, CanRxMsg* RxMessage);
发送结构体
*/
typedef struct {
uint32_t StdId; /*存储报文的标准标识符 11 位, 范围是0-0x7FF. */
uint32_t ExtId; /*存储报文的扩展标识符 29 位, 0-0x1FFFFFFF. */
//ExtId 与 StdId 这两个成员根据下面的 IDE 位配置,只有一个是有效的。
uint8_t IDE; /*存储 IDE 扩展标志 */
//当它的值为宏 CAN_ID_STD 时表示本报文是标准帧,使用 StdId 成员存储报文 ID;
//当它的值为宏 CAN_ID_EXT 时表示本报文是扩展帧,使用 ExtId 成员存储报文 ID。
uint8_t RTR; /*存储 RTR 远程帧标志*/
//当它的值为宏 CAN_RTR_Data 时表示本报文是数据帧;
//当它的值为宏 CAN_RTR_Remote 时表示本报文是遥控帧,由于遥控帧没有数据段,所以当报文是遥控帧时,下面的 Data[8]成员的内容是无效的。
uint8_t DLC; /*存储报文数据段的长度, 0-8 */
uint8_t Data[8]; /*存储报文数据段的内容 */
} CanTxMsg;
/**
* @brief CAN Rx message structure definition
* 接收结构体
*/
typedef struct {
uint32_t StdId; /*存储了报文的标准标识符 11 位, 0-0x7FF. */
uint32_t ExtId; /*存储了报文的扩展标识符 29 位, 0-0x1FFFFFFF. */
uint8_t IDE; /*存储了 IDE 扩展标志 */
uint8_t RTR; /*存储了 RTR 远程帧标志*/
uint8_t DLC; /*存储了报文数据段的长度, 0-8 */
uint8_t Data[8]; /*存储了报文数据段的内容 */
uint8_t FMI; /*存储了 本报文是由经过筛选器存储进 FIFO 的, 0-0xFF */
//它存储了筛选器的编号,表示本报文是经过哪个筛选器存储进接收 FIFO 的,可以用它简化软件处理。
} CanRxMsg;
发送和接收代码
u8 CAN1_Send_Msg(u8* msg,u8 len)
{
u8 mbox;
u16 i=0;
CanTxMsg TxMessage;
TxMessage.StdId=0x12; // 标准标识符为 0
TxMessage.ExtId=0x12; // 设置扩展标示符(29 位)
TxMessage.IDE=0; // 使用扩展标识符
TxMessage.RTR=0; // 消息类型为数据帧,一帧 8 位
TxMessage.DLC=len; // 发送两帧信息
for(i=0;i<len;i++)
TxMessage.Data[i]=msg[i]; // 第一帧信息
mbox= CAN_Transmit(CAN1, &TxMessage);
i=0;
while((CAN_TransmitStatus(CAN1, mbox)==CAN_TxStatus_Failed)&&(i<0XFFF))i++;
if(i>=0XFFF)return 1;
return 0;
}
//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 CAN1_Receive_Msg(u8 *buf)
{ u32 i;
CanRxMsg RxMessage;
if( CAN_MessagePending(CAN1,CAN_FIFO0)==0)return 0;//没有接收到数据,直接退出
CAN_Receive(CAN1, CAN_FIFO0, &RxMessage);//读取数据
for(i=0;i<RxMessage.DLC;i++)
buf[i]=RxMessage.Data[i];
return RxMessage.DLC; //返回接受到的数据长度
}
对于 CAN 发送消息的状态,挂起消息数目等等之类的传输状态信息,库函数提供了一些列的函数,包括 CAN_TransmitStatus()函数,CAN_MessagePending()函数,CAN_GetFlagStatus()函数等