STM32 CAN 控制器

CAN是ControllerAreaNetwork的縮寫（以下稱為CAN），是ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。在當(dāng)前的汽車產(chǎn)業(yè)中，出于對(duì)安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)了出來。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對(duì)可靠性的要求不盡相同，由多條總線構(gòu)成的情況很多，線束的數(shù)量也隨之增加。為適應(yīng)“減少線束的數(shù)量”、“通過多個(gè)LAN，進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的高速通信”的需要，1986年德國(guó)電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的CAN通信協(xié)議。此后，CAN通過ISO11898及ISO11519進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，現(xiàn)在在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

現(xiàn)在，CAN的高性能和可靠性已被認(rèn)同，并被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面。現(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

CAN控制器根據(jù)兩根線上的電位差來判斷總線電平。總線電平分為顯性電平和隱性電平，二者必居其一。發(fā)送方通過使總線電平發(fā)生變化，將消息發(fā)送給接收方。

STM32自帶的是bxCAN，即基本擴(kuò)展CAN。它支持CAN協(xié)議2.0A和2.0B。它的設(shè)計(jì)目標(biāo)是，以最小的CPU負(fù)荷來高效處理大量收到的報(bào)文。它也支持報(bào)文發(fā)送的優(yōu)先級(jí)要求(優(yōu)先級(jí)特性可軟件配置)。對(duì)于安全緊要的應(yīng)用，bxCAN提供所有支持時(shí)間觸發(fā)通信模式所需的硬件功能。

STM32的bxCAN的主要特點(diǎn)有：

l支持CAN協(xié)議2.0A和2.0B主動(dòng)模式

l波特率最高達(dá)1Mbps

l支持時(shí)間觸發(fā)通信

l具有3個(gè)發(fā)送郵箱

l具有3級(jí)深度的2個(gè)接收FIFO

l可變的過濾器組（最多28個(gè)）

在STM32互聯(lián)型產(chǎn)品中，帶有2個(gè)CAN控制器，而STM32F103ZET6屬于增強(qiáng)型，不是互聯(lián)型，只有1個(gè)CAN控制器

STM32的標(biāo)識(shí)符過濾是一個(gè)比較復(fù)雜的東東，它的存在減少了CPU處理CAN通信的開銷。STM32的過濾器組最多有28個(gè)（互聯(lián)型），但是STM32F103ZET6只有14個(gè)（增強(qiáng)型），每個(gè)濾波器組x由2個(gè)32為寄存器，CAN_FxR1和CAN_FxR2組成。

STM32每個(gè)過濾器組的位寬都可以獨(dú)立配置，以滿足應(yīng)用程序的不同需求。根據(jù)位寬的不同，每個(gè)過濾器組可提供：

CAN的初始化配置步驟,CAN相關(guān)的固件庫(kù)函數(shù)和定義分布在文件stm32f10x_can.c和頭文件stm32f10x_can.h文件中。

1）配置相關(guān)引腳的復(fù)用功能，使能CAN時(shí)鐘。

我們要用CAN，第一步就要使能CAN的時(shí)鐘。其次要設(shè)置CAN的相關(guān)引腳為復(fù)用輸出，這里我們需要設(shè)置PA11為上拉輸入（CAN_RX引腳）PA12為復(fù)用輸出（CAN_TX引腳），并使能PA口的時(shí)鐘。使能CAN1時(shí)鐘的函數(shù)是：

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1,ENABLE);//使能CAN1時(shí)鐘

2）設(shè)置CAN工作模式及波特率等。

這一步通過先設(shè)置CAN_MCR寄存器的INRQ位，讓CAN進(jìn)入初始化模式，然后設(shè)置CAN_MCR的其他相關(guān)控制位。再通過CAN_BTR設(shè)置波特率和工作模式（正常模式/環(huán)回模式）等信息。最后設(shè)置INRQ為0，退出初始化模式。

在庫(kù)函數(shù)中，提供了函數(shù)CAN_Init()用來初始化CAN的工作模式以及波特率，CAN_Init()函數(shù)體中，在初始化之前，會(huì)設(shè)置CAN_MCR寄存器的INRQ為1讓其進(jìn)入初始化模式，然后初始化CAN_MCR寄存器和CRN_BTR寄存器之后，會(huì)設(shè)置CAN_MCR寄存器的INRQ為0讓其退出初始化模式。所以我們?cè)谡{(diào)用這個(gè)函數(shù)的前后不需要再進(jìn)行初始化模式設(shè)置。下面我們來看看CAN_Init()函數(shù)的定義：

uint8_tCAN_Init(CAN_TypeDef*CANx,CAN_InitTypeDef*CAN_InitStruct)；

第一個(gè)參數(shù)就是CAN標(biāo)號(hào)，這里我們的芯片只有一個(gè)CAN，所以就是CAN1。

第二個(gè)參數(shù)是CAN初始化結(jié)構(gòu)體指針，結(jié)構(gòu)體類型是CAN_InitTypeDef，下面我們來看看這個(gè)結(jié)構(gòu)體的定義：

typedefstruct

{

uint16_tCAN_Prescaler;

uint8_tCAN_Mode;

uint8_tCAN_SJW;

uint8_tCAN_BS1;

uint8_tCAN_BS2;

FunctionalStateCAN_TTCM;

FunctionalStateCAN_ABOM;

FunctionalStateCAN_AWUM;

FunctionalStateCAN_NART;

FunctionalStateCAN_RFLM;

FunctionalStateCAN_TXFP;

}CAN_InitTypeDef;

這個(gè)結(jié)構(gòu)體看起來成員變量比較多，實(shí)際上參數(shù)可以分為兩類。前面5個(gè)參數(shù)是用來設(shè)置寄存器CAN_BTR，用來設(shè)置模式以及波特率相關(guān)的參數(shù)，設(shè)置模式的參數(shù)是CAN_Mode，我們實(shí)驗(yàn)中用到回環(huán)模式CAN_Mode_LoopBack和常規(guī)模式CAN_Mode_Normal，大家還可以選擇靜默模式以及靜默回環(huán)模式測(cè)試。其他設(shè)置波特率相關(guān)的參數(shù)CAN_Prescaler，CAN_SJW，CAN_BS1和CAN_BS2分別用來設(shè)置波特率分頻器，重新同步跳躍寬度以及時(shí)間段1和時(shí)間段2占用的時(shí)間單元數(shù)。后面6個(gè)成員變量用來設(shè)置寄存器CAN_MCR，也就是設(shè)置CAN通信相關(guān)的控制位。

初始化實(shí)例為：

CAN_InitStructure.CAN_TTCM=DISABLE;//非時(shí)間觸發(fā)通信模式

CAN_InitStructure.CAN_ABOM=DISABLE;//軟件自動(dòng)離線管理

CAN_InitStructure.CAN_AWUM=DISABLE;//睡眠模式通過軟件喚醒

CAN_InitStructure.CAN_NART=ENABLE;//禁止報(bào)文自動(dòng)傳送

CAN_InitStructure.CAN_RFLM=DISABLE;//報(bào)文不鎖定,新的覆蓋舊的

CAN_InitStructure.CAN_TXFP=DISABLE;//優(yōu)先級(jí)由報(bào)文標(biāo)識(shí)符決定

CAN_InitStructure.CAN_Mode=CAN_Mode_LoopBack;//模式設(shè)置：1,回環(huán)模式;

//設(shè)置波特率

CAN_InitStructure.CAN_SJW=CAN_SJW_1tq;//重新同步跳躍寬度為個(gè)時(shí)間單位

CAN_InitStructure.CAN_BS1=CAN_BS1_8tq;//時(shí)間段1占用8個(gè)時(shí)間單位

CAN_InitStructure.CAN_BS2=CAN_BS2_7tq;//時(shí)間段2占用7個(gè)時(shí)間單位

CAN_InitStructure.CAN_Prescaler=5;//分頻系數(shù)(Fdiv)

CAN_Init(CAN1,&CAN_InitStructure);//初始化CAN

3）設(shè)置濾波器。

我們將使用濾波器組0，并工作在32位標(biāo)識(shí)符屏蔽位模式下。先設(shè)置CAN_FMR的FINIT位，讓過濾器組工作在初始化模式下，然后設(shè)置濾波器組0的工作模式以及標(biāo)識(shí)符ID和屏蔽位。最后激活濾波器，并退出濾波器初始化模式。

在庫(kù)函數(shù)中，提供了函數(shù)CAN_FilterInit()用來初始化CAN的濾波器相關(guān)參數(shù)，CAN_Init()函數(shù)體中，在初始化之前，會(huì)設(shè)置CAN_FMR寄存器的INRQ為INIT讓其進(jìn)入初始化模式，然后初始化CAN濾波器相關(guān)的寄存器之后，會(huì)設(shè)置CAN_FMR寄存器的FINIT為0讓其退出初始化模式。所以我們?cè)谡{(diào)用這個(gè)函數(shù)的前后不需要再進(jìn)行初始化模式設(shè)置。下面我們來看看CAN_FilterInit()函數(shù)的定義：

voidCAN_FilterInit(CAN_FilterInitTypeDef*CAN_FilterInitStruct)；

這個(gè)函數(shù)只有一個(gè)入口參數(shù)就是CAN濾波器初始化結(jié)構(gòu)體指針，結(jié)構(gòu)體類型為CAN_FilterInitTypeDef，下面我們看看類型定義：

typedefstruct

{

uint16_tCAN_FilterIdHigh;

uint16_tCAN_FilterIdLow;

uint16_tCAN_FilterMaskIdHigh;

uint16_tCAN_FilterMaskIdLow;

uint16_tCAN_FilterFIFOAssignment;

uint8_tCAN_FilterNumber;

uint8_tCAN_FilterMode;

uint8_tCAN_FilterScale;

FunctionalStateCAN_FilterActivation;

}CAN_FilterInitTypeDef;

結(jié)構(gòu)體一共有9個(gè)成員變量，第1個(gè)至第4個(gè)是用來設(shè)置過濾器的32位id以及32位maskid，分別通過2個(gè)16位來組合的

第5個(gè)成員變量CAN_FilterFIFOAssignment用來設(shè)置FIFO和過濾器的關(guān)聯(lián)關(guān)系，我們的實(shí)驗(yàn)是關(guān)聯(lián)的過濾器0到FIFO0，值為CAN_Filter_FIFO0。

第6個(gè)成員變量CAN_FilterNumber用來設(shè)置初始化的過濾器組，取值范圍為0~13。

第7個(gè)成員變量FilterMode用來設(shè)置過濾器組的模式，取值為標(biāo)識(shí)符列表模式CAN_FilterMode_IdList和標(biāo)識(shí)符屏蔽位模式CAN_FilterMode_IdMask。

第8個(gè)成員變量FilterScale用來設(shè)置過濾器的位寬為2個(gè)16位CAN_FilterScale_16bit還是1個(gè)32位CAN_FilterScale_32bit。

第9個(gè)成員變量CAN_FilterActivation就很明了了，用來激活該過濾器。

過濾器初始化參考實(shí)例代碼：

CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterNumber=0;//過濾器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;//激活過濾器0

CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStructure);//濾波器初始化

至此，CAN就可以開始正常工作了。如果用到中斷，就還需要進(jìn)行中斷相關(guān)的配置

4）發(fā)送接受消息

在初始化CAN相關(guān)參數(shù)以及過濾器之后，接下來就是發(fā)送和接收消息了。庫(kù)函數(shù)中提供了發(fā)送和接受消息的函數(shù)。發(fā)送消息的函數(shù)是：

uint8_tCAN_Transmit(CAN_TypeDef*CANx,CanTxMsg*TxMessage)；

這個(gè)函數(shù)比較好理解，第一個(gè)參數(shù)是CAN標(biāo)號(hào)，我們使用CAN1。第二個(gè)參數(shù)是相關(guān)消息結(jié)構(gòu)體CanTxMsg指針類型，CanTxMsg結(jié)構(gòu)體的成員變量用來設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識(shí)符，擴(kuò)展標(biāo)示符，消息類型和消息幀長(zhǎng)度等信息。

接受消息的函數(shù)是：

voidCAN_Receive(CAN_TypeDef*CANx,uint8_tFIFONumber,CanRxMsg*RxMessage)；

前面兩個(gè)參數(shù)也比較好理解，CAN標(biāo)號(hào)和FIFO號(hào)。第二個(gè)參數(shù)RxMessage是用來存放接受到的消息信息。

結(jié)構(gòu)體CanRxMsg和結(jié)構(gòu)體CanTxMsg比較接近，分別用來定義發(fā)送消息和描述接受消息，

5）CAN狀態(tài)獲取

對(duì)于CAN發(fā)送消息的狀態(tài)，掛起消息數(shù)目等等之類的傳輸狀態(tài)信息，庫(kù)函數(shù)提供了一些列的函數(shù)，包括CAN_TransmitStatus()函數(shù)，CAN_MessagePending()函數(shù)，CAN_GetFlagStatus()函數(shù)等等，大家可以根據(jù)需要來調(diào)用。