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基于STM32的CAN通訊實(shí)驗(yàn)

作者： 時(shí)間：2016-11-24 來源：網(wǎng)絡(luò) 收藏

CAN發(fā)送流程
CAN發(fā)送流程為：程序選擇1個(gè)空置的郵箱（TME=1）à設(shè)置標(biāo)識(shí)符（ID），數(shù)據(jù)長度和發(fā)送數(shù)據(jù)à設(shè)置CAN_TIxR的TXRQ位為1，請求發(fā)送à郵箱掛號(hào)（等待成為最高優(yōu)先級(jí)）à預(yù)定發(fā)送（等待總線空閑）à發(fā)送à郵箱空置。整個(gè)流程如圖30.1.12所示：

圖30.1.12 發(fā)送郵箱
上圖中，還包含了很多其他處理，不強(qiáng)制退出發(fā)送（ABRQ=1）和發(fā)送失敗處理等。通過這個(gè)流程圖，我們大致了解了CAN的發(fā)送流程，后面的數(shù)據(jù)發(fā)送，我們基本就是按照此流程來走。接下來再看看CAN的接收流程。
CAN接收流程
CAN接收到的有效報(bào)文，被存儲(chǔ)在3級(jí)郵箱深度的FIFO中。FIFO完全由硬件來管理，從而節(jié)省了CPU的處理負(fù)荷，簡化了軟件并保證了數(shù)據(jù)的一致性。應(yīng)用程序只能通過讀取FIFO輸出郵箱，來讀取FIFO中最先收到的報(bào)文。這里的有效報(bào)文是指那些正確被接收的（直到EOF都沒有錯(cuò)誤）且通過了標(biāo)識(shí)符過濾的報(bào)文。前面我們知道CAN的接收有2個(gè)FIFO，我們每個(gè)濾波器組都可以設(shè)置其關(guān)聯(lián)的FIFO，通過CAN_FFA1R的設(shè)置，可以將濾波器組關(guān)聯(lián)到FIFO0/FIFO1。
CAN接收流程為：FIFO空à收到有效報(bào)文à掛號(hào)_1（存入FIFO的一個(gè)郵箱，這個(gè)由硬件控制，我們不需要理會(huì)）à收到有效報(bào)文à掛號(hào)_2à收到有效報(bào)文à掛號(hào)_3à收到有效報(bào)文à溢出。
這個(gè)流程里面，我們沒有考慮從FIFO讀出報(bào)文的情況，實(shí)際情況是：我們必須在FIFO溢出之前，讀出至少1個(gè)報(bào)文，否則下個(gè)報(bào)文到來，將導(dǎo)致FIFO溢出，從而出現(xiàn)報(bào)文丟失。每讀出1個(gè)報(bào)文，相應(yīng)的掛號(hào)就減1，直到FIFO空。CAN接收流程如圖30.1.13所示：

圖30.1.13 FIFO接收報(bào)文
FIFO接收到的報(bào)文數(shù)，我們可以通過查詢CAN_RFxR的FMP寄存器來得到，只要FMP不為0，我們就可以從FIFO讀出收到的報(bào)文。
接下來，我們簡單看看STM32的CAN位時(shí)間特性，STM32的CAN位時(shí)間特性和之前我們介紹的，稍有點(diǎn)區(qū)別。STM32把傳播時(shí)間段和相位緩沖段1（STM32稱之為時(shí)間段1）合并了，所以STM32的CAN一個(gè)位只有3段：同步段（SYNC_SEG）、時(shí)間段1（BS1）和時(shí)間段2（BS2）。STM32的BS1段可以設(shè)置為1~16個(gè)時(shí)間單元，剛好等于我們上面介紹的傳播時(shí)間段和相位緩沖段1之和。STM32的CAN位時(shí)序如圖30.1.14所示：

圖30.1.14 STM32 CAN位時(shí)序
圖中還給出了CAN波特率的計(jì)算公式，我們只需要知道BS1和BS2的設(shè)置，以及APB1的時(shí)鐘頻率（一般為36Mhz），就可以方便的計(jì)算出波特率。比如設(shè)置TS1=6、TS2=7和BRP=4，在APB1頻率為36Mhz的條件下，即可得到CAN通信的波特率=36000/[(7+8+1)*5]=450Kbps。
接下來，我們介紹一下本章需要用到的一些比較重要的寄存器。首先，來看CAN的主控制寄存器（CAN_MCR），該寄存器各位描述如圖30.1.15：

圖30.1.15 寄存器CAN_MCR各位描述
該寄存器的詳細(xì)描述，請參考《STM32參考手冊》22.9.2節(jié)（439頁），這里我們僅介紹下INRQ位，該位用來控制初始化請求。
軟件對(duì)該位清0，可使CAN從初始化模式進(jìn)入正常工作模式：當(dāng)CAN在接收引腳檢測到連續(xù)的11個(gè)隱性位后，CAN就達(dá)到同步，并為接收和發(fā)送數(shù)據(jù)作好準(zhǔn)備了。為此，硬件相應(yīng)地對(duì)CAN_MSR寄存器的INAK位清’0’。
軟件對(duì)該位置1可使CAN從正常工作模式進(jìn)入初始化模式：一旦當(dāng)前的CAN活動(dòng)(發(fā)送或接收)結(jié)束，CAN就進(jìn)入初始化模式。相應(yīng)地，硬件對(duì)CAN_MSR寄存器的INAK位置’1’。
所以我們在CAN初始化的時(shí)候，先要設(shè)置該位為1，然后進(jìn)行初始化（尤其是CAN_BTR的設(shè)置，該寄存器，必須在CAN正常工作之前設(shè)置），之后再設(shè)置該位為0，讓CAN進(jìn)入正常工作模式。
第二個(gè)，我們介紹CAN位時(shí)序寄存器（CAN_BTR），該寄存器用于設(shè)置分頻、Tbs1、Tbs2以及Tsjw等非常重要的參數(shù)，直接決定了CAN的波特率。另外該寄存器還可以設(shè)置CAN的工作模式，該寄存器各位描述如圖30.1.16所示：

圖30.1.16 寄存器CAN_BTR各位描述
STM32提供了兩種測試模式，環(huán)回模式和靜默模式，當(dāng)然他們組合還可以組合成環(huán)回靜默模式。這里我們簡單介紹下環(huán)回模式。
在環(huán)回模式下，bxCAN把發(fā)送的報(bào)文當(dāng)作接收的報(bào)文并保存(如果可以通過接收過濾)在接收郵箱里。也就是環(huán)回模式是一個(gè)自發(fā)自收的模式，如圖30.1.17所示：

圖30.1.17 CAN環(huán)回模式
環(huán)回模式可用于自測試。為了避免外部的影響，在環(huán)回模式下CAN內(nèi)核忽略確認(rèn)錯(cuò)誤(在數(shù)據(jù)/遠(yuǎn)程幀的確認(rèn)位時(shí)刻，不檢測是否有顯性位)。在環(huán)回模式下，bxCAN在內(nèi)部把Tx輸出回饋到Rx輸入上，而完全忽略CANRX引腳的實(shí)際狀態(tài)。發(fā)送的報(bào)文可以在CANTX引腳上檢測到。
第三個(gè)，我們介紹CAN發(fā)送郵箱標(biāo)識(shí)符寄存器（CAN_TIxR）（x=0~3），該寄存器各位描述如圖30.1.18所示：

圖30.1.18 寄存器CAN_TIxR各位描述
該寄存器主要用來設(shè)置標(biāo)識(shí)符（包括擴(kuò)展標(biāo)識(shí)符），另外還可以設(shè)置幀類型，通過TXRQ值1，來請求郵箱發(fā)送。因?yàn)橛?個(gè)發(fā)送郵箱，所以寄存器CAN_TIxR有3個(gè)。
第四個(gè)，我們介紹CAN發(fā)送郵箱數(shù)據(jù)長度和時(shí)間戳寄存器 (CAN_TDTxR) (x=0~2)，該寄存器我們本章僅用來設(shè)置數(shù)據(jù)長度，即最低4個(gè)位。比較簡單，這里就不詳細(xì)介紹了。
第五個(gè)，我介紹的是CAN發(fā)送郵箱低字節(jié)數(shù)據(jù)寄存器 (CAN_TDLxR) (x=0~2)，該寄存器各位描述如圖30.1.19所示：

圖30.1.19 寄存器CAN_TDLxR各位描述
該寄存器用來存儲(chǔ)將要發(fā)送的數(shù)據(jù)，這里只能存儲(chǔ)低4個(gè)字節(jié)，另外還有一個(gè)寄存器CAN_TDHxR，該寄存器用來存儲(chǔ)高4個(gè)字節(jié)，這樣總共就可以存儲(chǔ)8個(gè)字節(jié)。CAN_TDHxR的各位描述同CAN_TDLxR類似，我們就不單獨(dú)介紹了。
第六個(gè)，我們介紹CAN接收FIFO郵箱標(biāo)識(shí)符寄存器 (CAN_RIxR) (x=0/1)，該寄存器各位描述同CAN_TIxR寄存器幾乎一模一樣，只是最低位為保留位，該寄存器用于保存接收到的報(bào)文標(biāo)識(shí)符等信息，我們可以通過讀該寄存器獲取相關(guān)信息。
同樣的，CAN接收FIFO郵箱數(shù)據(jù)長度和時(shí)間戳寄存器 (CAN_RDTxR) 、CAN接收FIFO郵箱低字節(jié)數(shù)據(jù)寄存器 (CAN_RDLxR)和CAN接收FIFO郵箱高字節(jié)數(shù)據(jù)寄存器 (CAN_RDHxR) 分別和發(fā)送郵箱的：CAN_TDTxR、CAN_TDLxR以及CAN_TDHxR類似，這里我們就不單獨(dú)一一介紹了。詳細(xì)介紹，請參考《STM32參考手冊》22.9.3節(jié)（447頁）。
第七個(gè)，我們介紹CAN過濾器模式寄存器（CAN_FM1R），該寄存器各位描述如圖30.1.20所示：
圖30.1.20寄存器CAN_FM1R各位描述
該寄存器用于設(shè)置各濾波器組的工作模式，對(duì)28個(gè)濾波器組的工作模式，都可以通過該寄存器設(shè)置，不過該寄存器必須在過濾器處于初始化模式下（CAN_FMR的FINIT位=1），才可以進(jìn)行設(shè)置。對(duì)STM32F103ZET6來說，只有[13:0]這14個(gè)位有效。
第八個(gè)，我們介紹CAN過濾器位寬寄存器(CAN_FS1R)，該寄存器各位描述如圖30.1.21所示：

圖30.1.21 寄存器CAN_FS1R各位描述
該寄存器用于設(shè)置各濾波器組的位寬，對(duì)28個(gè)濾波器組的位寬設(shè)置，都可以通過該寄存器實(shí)現(xiàn)。該寄存器也只能在過濾器處于初始化模式下進(jìn)行設(shè)置。對(duì)STM32F103ZET6來說，同樣只有[13:0]這14個(gè)位有效。
第九個(gè)，我們介紹CAN過濾器FIFO關(guān)聯(lián)寄存器（CAN_FFA1R），該寄存器各位描述如圖30.1.22所示：

圖30.1.22 寄存器CAN_FFA1R各位描述
該寄存器設(shè)置報(bào)文通過濾波器組之后，被存入的FIFO，如果對(duì)應(yīng)位為0，則存放到FIFO0；如果為1，則存放到FIFO1。該寄存器也只能在過濾器處于初始化模式下配置。
第十個(gè)，我們介紹CAN過濾器激活寄存器（CAN_FA1R），該寄存器各位對(duì)應(yīng)濾波器組和前面的幾個(gè)寄存器類似，這里就不列出了，對(duì)對(duì)應(yīng)位置1，即開啟對(duì)應(yīng)的濾波器組；置0則關(guān)閉該濾波器組。
最后，我們介紹CAN的過濾器組i的寄存器x（CAN_FiRx）（互聯(lián)產(chǎn)品中i=0~27，其它產(chǎn)品中i＝0~13；x=1/2）。該寄存器各位描述如圖30.1.23所示：

圖30.1.23 寄存器CAN_FiRx各位描述
每個(gè)濾波器組的CAN_FiRx都由2個(gè)32位寄存器構(gòu)成，即：CAN_FiR1和CAN_FiR2。根據(jù)過濾器位寬和模式的不同設(shè)置，這兩個(gè)寄存器的功能也不盡相同。關(guān)于過濾器的映射，功能描述和屏蔽寄存器的關(guān)聯(lián)，請參見圖30.1.11。
關(guān)于CAN的介紹，就到此結(jié)束了。接下來，我們看看本章我們將實(shí)現(xiàn)的功能，及CAN的配置步驟。
本章，我們通過WK_UP按鍵選擇CAN的工作模式（正常模式/環(huán)回模式），然后通過KEY0控制數(shù)據(jù)發(fā)送，并通過查詢的辦法，將接收到的數(shù)據(jù)顯示在LCD模塊上。如果是環(huán)回模式，我們不需要2個(gè)開發(fā)板。如果是正常模式，我們就需要2個(gè)戰(zhàn)艦開發(fā)板，并且將他們的CAN接口對(duì)接起來，然后一個(gè)開發(fā)板發(fā)送數(shù)據(jù)，另外一個(gè)開發(fā)板將接收到的數(shù)據(jù)顯示在LCD模塊上。
最后，我們來看看本章的CAN的初始化配置步驟：
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，CAN的時(shí)鐘通過APB1ENR的第25位來設(shè)置。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
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。
3）設(shè)置濾波器。
本章，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。
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，本章因?yàn)闆]用到中斷，所以就不作介紹了。
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