欢迎您访问程序员文章站本站旨在为大家提供分享程序员计算机编程知识!
您现在的位置是: 首页

基于STM32的CAN总线通信学习笔记

程序员文章站 2024-02-23 22:00:58
...

转自:https://blog.csdn.net/ludaoyi88/article/details/53350077

基于STM32的CAN总线通信学习笔记

本文主要简单介绍CAN总线的相关概念,以及通信协议等知识,和使用STM32自带的bxCAN外设进行CAN总线编程实验,以及编程心得。


1. CAN总线简要介绍

概念:CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称,是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的,并最终成为国际标准(ISO 11898),是国际上应用最广泛的现场总线之一。

—-源于百科 
http://baike.baidu.com/link?url=yFY-S4Nsmiiacm3VTFN7P_q59sdPua0fJ8f9lKzyOeJz_1_smgqLJKoPXHtlYqZ0u9Zl2N5-bykZUs5N3EXAcNJvnQGyErZOYU9tOplfSC7

因此,其在分布式控制中有很大用途,尤其在局域网络。

特点

  1. 多主控制
  2. 柔软性
  3. 速度快,距离远(最快1Mbps 可达10KM,当1Mbps时小于40m,速度越高,距离越远)
  4. 检测错误
  5. 故障封闭
  6. 连接节点多,可分布式控制

总线电平

采用差分信号通信,由CAN_H和CAN_L组成,电平分显性电平和隐形电平。

1 显性电平:CAN_H-CAN_L=2V左右,对应逻辑0。

2隐性电平:CAN_H-CAN_L=0V左右(看不见差别,故认为隐性),对应逻辑1。

通信协议

1. 常用的帧类型:数据帧,遥控帧,过载帧,间隔帧。(数据帧和遥控帧常用,重点介绍数据帧的通信协议)

2. 数据帧:

数据帧协议格式需了解清楚下面这张图:

基于STM32的CAN总线通信学习笔记 
数据帧主要分两种格式:标准格式和扩展格式。区别在于,扩展格式比标准格式多18位的ID(ID见下讲解),但实现的效果一样。

每个段的解释见下:(加粗的段为重点了解的段)

1)帧起始段:产生一个位的显性电平,表示该帧开始。

2)仲裁段(ID段):ID的设置是为了区分数据帧的优先级,优先级越高的数据帧,会被优先接收处理。判断优先级的高低通过识别:从ID的最高位(MSB)开始判断,若连续出现显性电平(逻辑0)个数最多的,优先级越高。

3)控制段:表数据帧里数据段的字节数

4)数据段:用户需要发送的数据内容,可一次性发送0–8个字节的数据。(每个数据占用一个字节)

5)CRC段:检查帧传输错误。(检查范围:起始端,仲裁段,控制段,数据段)

6)ACK段:确认并响应是否正常接收

7)帧结束:由7个隐形位(逻辑1)组成,因此ID仲裁断禁止出现1111111****形式的格式。

3. 遥控帧:请求指定ID发送数据,跟数据帧格式相比少一个数据段。

位时序(波特率的设置)

波特率大和位时间有关,为位时间的倒数关系。

一个位分为4段:同步段,传播时间段,相位缓冲段1,相位缓冲段2。每个段都是Tq的整数倍,通过设定每个段的Tq数可计算出:波特率=1/(n*Tq)。(可以不用详细了解每个段,但需知道与波特率的关系)


2. STM32的bxCAN外设介绍

STM32提供很好bxCAN外设,专门用于CAN总线编程。提供的很多的封装函数,提供了极大的便利,编程上大大减少时间,并易于理解。一般的103系列都有带有一个bxCAN外设,互联型的有2个bxCAN外设。

特点

由CAN_TX和CAN_RX两条收发线组成,外电路可通过芯片JT1050的CAN收发芯片,转换成CAN_H和CAN_L。

bxCAN模式选择(加粗部分为最常见的)

  1. 工作模式:初始化模式,正常模式,睡眠模式
  2. 测试模式:静默模式,环回模式,环回静默模式

    静默模式:只接不发。

    环回模式:不接收,但发的同时,不仅发给外设备还自发自接。

    环回静默模式:不接收,只能自发自接。

  3. 调试模式。

bxCAN的ID筛选器(关键)

使用筛选器,可以筛选出想要接收的指定ID数据,屏蔽不想要的数据,通过设置还筛选器,接收到的信息ID符合筛选器要求,那么消息将会被接收。一般STM32有14个筛选器,互联型有28个筛选器。

筛选器的两种工作模式

1屏蔽模式:即掩码模式,通过设置寄存器:CAN_FxR1和CAN_FxR2(x指使用x号筛选器)。CAN_FxR1配置为期望收到的ID,CAN_FxR2为可选择屏蔽不检查不关心的ID位,即设置掩码ID(0表不关心此位,1表关心此位)。

eg,举例(使用筛选器0):若CAN_F0R1=0xFFFF0000,CAN_F0R2=0xFF00FF00,表示最好期望能收到ID为0xFFFF0000的数据,但是设置了CAN_F0R2=0xFF00FF00,因此只关心[31:24][15:8]位的ID ,其他位不关心,因此只要传进来的ID为0xFFxx00xx,都可以接收。

2列表模式

列表模式没有设置掩码ID功能,因此CAN_F0R2充当CAN_F0R1使用,只要接受的ID符合CAN_F0R1或者CAN_F0R2都可以。

bxCAN的发送和接收

1. 发送:bxCAN有3个发送邮箱,进行消息的发送。

2. 接收:bxCAN有两个FIFO,每个FIFO有3个邮箱,通过设置哪个FIFO进行消息接收,当有消息时会分别依次存进每个邮箱,若邮箱的消息没有及时读出,会出现溢出。

bxCAN的位时序(波特率设置)

上面的CAN概念简单的介绍了波特率的设置,bxCAN将传播时间段和相位缓冲时间段合并成一个段,因此只有3个段的位时间:tsjw,tb1,tb2。

另外波特率还跟bxCAN外设的时钟总线频率(fAPB1)以及分频系数(brp)有关。波特率公式:Fpclk1/((tsjw+tbs1+tbs2)*brp)

eg,举例:一般地,bxCAN外设的时钟总线频率fAPB1=36Mhz(F4系列为42M)。设置tsjw=1,tb1=7,tb2=8,brp=5。 
则:波特率=Fpclk1/((tsjw+tbs1+tbs2)*brp) = 36M/(1+7+8)*5 = 450Kbps


3. STM32的bxCAN外设实验(程序设计)

bxCAN初始化流程

  1. 引脚配置以及使能时钟(APB1),其中CAN_RX引脚为上拉输入,CAN_TX为复用输出。
  2. 设置bxCAN模式(见上有讲解)。
  3. 设置波特率(tsjw,tb1,tb2,brp)
  4. 设置滤波器。

bxCAN设置滤波器流程

  1. 选择筛选器组号。
  2. 使用哪个FIFO(FIFO0或FIFO1)关联到筛选器号(即用哪个FIFO进行接收消息
  3. 设置筛选器模式以及需要筛选的ID

bxCAN发送流程

  1. 选用哪种帧类型(一般可选:标准数据帧,扩展数据帧,遥控帧)
  2. 设置标准帧(StdId),扩展帧(ExtId)的ID,以及需要一次性发送的数据长度(字节数)

  3. 将要发送的数据赋值给结构体成员(最多只能赋值8个字节的数据,每个数据1字节),并发送。

bxCAN接收流程

  1. 等待有消息到达。
  2. 将接收的消息(消息为结构体类型)存于指定FIFO(有2个FIFO,每个FIFO下有3个邮箱)。
  3. 把消息的数据提出。
  4. 将FIFO里的消息释放,避免堆积。

程序例程

实验内容:采用环回模式,过滤器采用掩码模式,进行扩展数据帧的bxCAN自发自接,并将接收的数据发送的电脑上位机显示。(程序只粘贴主要的内容)

    int main(void)
    {

        uint8_t  Data[8]="AJU8iK9a";//要发送的数据,一次不能超过8字节

        CanRxMsg RecieveMess; //注意!不能定义为指针形否则会卡死在CAN接收函数!
        char  Recievedata1[8]={0};
        char* Recievedata = Recievedata1;

        ALL_init();//时钟,GPIO,串口,延时初始化(不粘贴)

        //can1 环回模式(即发送数据同时还能给自己发,用于测试) 450Kbps波特率
        CANInit(CAN1 , CAN_Mode_LoopBack ,CAN_SJW_1tq , CAN_BS1_7tq , CAN_BS2_8tq ,5);

        printf("下面是CAN自测试(环回模式)\r\n");

        while(1)
        {

            if(CAN_TX_data(Data , sizeof(Data)/sizeof(uint8_t)))//注意长度获取不能在形参内去获取,否则出错
            {
                printf("发送成功\r\n");

                if(CAN_RX_data(RecieveMess , (u8*)Recievedata))
                {
                    printf("接收到数据:%s\r\n",Recievedata);
                }
                else
                {
                    printf("接收不到\r\n");
                }

            }
            else
            {
                printf("发送失败\r\n");
            }
            delay_ms(100);

        }
    }

    /*
    函数描述:can初始化配置(包括对时钟和IO配置)
    参数: CANx  CAN模式(环回模式和正常模式) 波特率有关的参数(tsjw,tbs1,tbs2,brp)
    返回:初始化成功返回1,否则0
    流程:
    1:CAN初始化(环回模式和正常模式)
    2:过滤器初始化(掩码模式和列表模式)

    CAN波特率计算方法:
        CAN1位于APB1线上,时钟36M
        波特率=Fpclk1/((tsjw+tbs1+tbs2)*brp) = 36M/(1+7+8)*5 = 450Kbps;

    */

    char CANInit(CAN_TypeDef* CANx  ,u8 CAN_Mode_xyz ,u8 tsjw,u8 tbs1,u8 tbs2 ,u8 brp)
    {

        char StateFlag = 0;
        CAN_InitTypeDef CAN_InitStruct;
        CAN_FilterInitTypeDef CAN_FilterInitStruct;

        //时钟和复用IO口配置
        if(CANx == CAN1)
        {
            RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA , ENABLE);
            RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1  , ENABLE);

            GPIOInit(GPIOA , GPIO_Pin_11 , GPIO_Mode_IPU , 1 ); //can_RX   GPIO_Mode_IN_FLOATING
            GPIOInit(GPIOA , GPIO_Pin_12 , GPIO_Mode_AF_PP ,2); //can_TX
        }

        if(CANx == CAN2)
        {
            RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB , ENABLE);
            RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN2  , ENABLE);

                GPIOInit(GPIOB , GPIO_Pin_12 ,GPIO_Mode_IN_FLOATING ,1); //can_RX
            GPIOInit(GPIOB , GPIO_Pin_13 , GPIO_Mode_AF_PP , 1 ); //can_TX

        }

        CAN_DeInit(CANx);

        ///////////////CAN参数初始化///////////////
        CAN_InitStruct.CAN_ABOM = DISABLE;
        CAN_InitStruct.CAN_AWUM = DISABLE;
        CAN_InitStruct.CAN_Mode = CAN_Mode_xyz;//can模式   CAN_Mode_LoopBack;// CAN_Mode_Normal  
        CAN_InitStruct.CAN_NART = DISABLE;
        CAN_InitStruct.CAN_RFLM = DISABLE;
        CAN_InitStruct.CAN_TTCM = DISABLE;
        CAN_InitStruct.CAN_TXFP = DISABLE;  

        CAN_InitStruct.CAN_Prescaler = brp; //分频
        CAN_InitStruct.CAN_SJW = tsjw;//CAN_SJW_1tq;//同步时间  Tq
        CAN_InitStruct.CAN_BS1 = tbs1;//CAN_BS1_1tq;
        CAN_InitStruct.CAN_BS2 = tbs2;//CAN_BS2_4tq;



        StateFlag = CAN_Init(CANx, &CAN_InitStruct);//初始化成功返回1

        ///////////过滤器初始化(掩码模式)////////////
        CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterActivation = ENABLE;//使能过滤器
        CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterNumber = 0;  //过滤器号,可选0--13(F103)
        CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterFIFOAssignment = CAN_FilterFIFO0; //使用FIFO0,过滤器0关联到FIFO0(可选FIFO0和FIFO1)

        //能通过的标准ID号
        CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterIdHigh =0xABCDEF98>>16;//0xABC<<4;//;  //标准ID不能为:1111111xxxx类型
        CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterIdLow =0xABCDEF98&0x0000FFF8;// 0x00 ;

    //接收的ID号需要严格检测的位,该位不符合标准ID号相应的位,则不让通过
        CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterMaskIdHigh = 0xFFFF ;//0x0000; //0表此位不关心
        CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterMaskIdLow = 0xFFF8 & 0xFFF8;//扩展帧下,掩码模式只能关心前29位,后3位不能关心
        CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterMode = CAN_FilterMode_IdMask;  //过滤器为掩码模式   //CAN_FilterMode_IdList为列表模式
        ;
        CAN_FilterInitStruct.CAN_FilterScale = CAN_FilterScale_32bit;//过滤器为32位

        CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStruct); 

        return StateFlag;

    }

    /*
    函数描述:can数据发送
    参数: 发送的数据
    返回:发送成功返回1
    说明: 发送数据得配置发送数据的参数,将数据和相关参数写入结构体再发送

    发送参数配置流程:
    1:选择帧类型(标准数据帧 ,扩展数据帧,遥控帧)
    (标准帧ID11位 扩展帧ID29位  遥控帧:只有ID无数据,请求指定ID发数据)
    2:写入ID
    3:写入数据(帧数据总长度64位,可最多一次性写入8个数据,每个数据只占1字节)
    4:通过结构体把数据及ID参数发出去,并自动返回发出的邮箱号(发送邮箱一共有3个)
    5:等待发送成功
    */
    char CAN_TX_data(u8 *TXdata ,u8 DataLen)
    {
        int i=0;
        u8 mailbox;
        CanTxMsg TxMessage;
        uint8_t TXdata1[8]={0};

        //设置为标准数据帧   (还有扩展数据帧  遥控帧)
        TxMessage.RTR = CAN_RTR_Data;//数据帧
        TxMessage.IDE =CAN_Id_Extended;//CAN_Id_Standard// CAN_Id_Standard;//使用标准帧id

        TxMessage.StdId = 0xABC>>1;//0x12;//标准帧ID
        TxMessage.ExtId = 0xABCDEF98>>3;//0x12;//扩展帧ID
        TxMessage.DLC = DataLen;//sizeof(TXdata)/sizeof(uint8_t); //需要一次性发送的数据个数(不超过8个)


        for(i =0 ;i < DataLen ; i++)//
        {
            TxMessage.Data[i] = TXdata[i];//Data个数小于8个,并且每个数据大小为1字节
    //      printf("%d ",sizeof(TXdata));
        }

        mailbox = CAN_Transmit(CAN1, &TxMessage);//将消息发送出去。返回值为发送出去的邮箱号


        //等待发送成功
        i = 0xfff;
        while(CAN_TransmitStatus(CAN1, mailbox) != CAN_TxStatus_Ok &&i) //获取该邮箱号的发送成功与否标志,一定的延迟防止死循环
        {
        i--;
        }

        if(i==0)  return  0;  //发送失败 ,返回0
        else  return 1;  //发送成功,返回1
     //
    }
  •  
    /*
    函数描述:can数据接收
    参数: 接收的数据和参数的结构体   接收的数据部分
    返回:接收成功返回1
    说明:接收数据存于结构体中,应对结构体进行解析读取。

    接收流程:
    1:等待有消息到达
    2:将接收的消息(消息为结构体类型)存于指定FIFO(有2个FIFO,每个FIFO下有3个邮箱)
    3:把消息的数据提出
    4:将FIFO里的消息释放,避免堆积。

    注意:函数定义形参:CanRxMsg  RecieveData; 应该为非指针形。否则会出现多一个字符的乱码现象。
    */
    char CAN_RX_data(CanRxMsg  RecieveData , uint8_t *RXdata)
    {
    //  CanRxMsg  RecieveData1;
        int i = 0xfff;

        if(!CAN_MessagePending(CAN1, CAN_FIFO0)) //注意:CAN_FIFO0,不是CAN_FilterFIFO0
        {
            return  0;//没有数据接收 ,返回0
        }

        CAN_Receive(CAN1, CAN_FIFO0 , &RecieveData);//接收FIOFO_0下的邮箱(CAN1有两个FIFO,每个FIFO有3级邮箱)

        //把这次接收所有数据都提取并存起来
        for(i=0; i<RecieveData.DLC ;i++)
        {
            RXdata[i] =RecieveData.Data[i];
        }

    //  printf("长度%d ",RecieveData.DLC);

        CAN_FIFORelease(CAN1, CAN_FilterFIFO0);  //释放FIFO_0邮箱的消息,以便接收新消息

        return 1;  //接收成功,返回1
    }
  •  

编程调试心得(总结一些知识要点)

1 对CAN_RX_data的函数定义

  1. 如果函数定义成形式:char CAN_RX_data(CanRxMsg* RecieveData , uint8_t *RXdata);会出现如下反应: 
    i:如果 CanRxMsg RecieveMess; 放在CAN_RX_data函数外,即主函数里,将会多打印出一字符:”接收到数据:AED9i8ua”(会多接收到一个的乱码) 
    ii:如果 CanRxMsg RecieveMess; 放在函数内,显示正常:”接收到数据:AED9i8ua”

  2. 如果函数定义成形式:char CAN_RX_data(CanRxMsg RecieveData , uint8_t *RXdata);,即:RecieveData为非指针。 
    无论CanRxMsg RecieveMess; 在函数内还是函数外不影响。

    分析原因:和形参的指针有关(形参应该为非指针形式)。具体详细原因未解。

2 知识难点(针对过滤器(筛选器)的理解与配置):

  1. 如果是接收的数据是标准帧格式: 
    标准帧ID占用位数为11位, 在发送函数中设置的标准帧ID(StdId)只需为低11位赋值即可,另外高5位可任意。

    过滤器的ID号与接收的标准帧ID是左对齐形式(即32位与11位的左对齐),因此过滤器的ID号的高11位有过滤的效果,其他位可设任意值。

    举例,如:发送函数配置的标志帧ID:StdId=0xFA8B;则标准帧ID= 010 1000 1011(取最低的11位) 
    如果在掩码模式的所有位都在检测的情况下,那么过滤器ID号高11位和标准帧ID应该一样, 
    可以取:CAN_FilterIdHigh=0x516F=010 1000 1011 01111 ( CAN_FilterIdLow 任意)

  2. 同理,如果是接收的数据是扩展帧格式: 
    标准帧ID占用位数为29位,只需对ExtId的低29位赋值即可。 
    过滤时和过滤ID好也是左对齐,因此过滤器的ID号的高29位有过滤的效果,其他位可设任意值。

3 对过滤器(筛选器)配置方法的改进:

改进:由于以上给帧ID和过滤器ID赋值格式不统一,也不容易计算。为了统一并方便观察, 
对取标准/扩展帧ID和过滤器ID的赋值进行如下改进。(最严格情况:掩码模式对所有位都要关心)

  1. 举例(标准帧),如程序可设置标准帧ID宏定义为:0xABC(取前11位,最后一位必须取0,不作为标准ID位)。但是,将其写入StdId时,需右移动一位,取出高11位作为有效位: 
    StdId = 0xABC>>1; //(取出11位) 
    CAN_FilterIdHigh= 0xABC<<4; //11个有效位移动到最左端(使32位过滤ID与11位标准帧的左对齐)

  2. 举例(扩展帧):如程序可设置扩展帧ID宏定义为:0xABCDEF98(取前29位,最后3位必须取0,不作为标准ID位),但是,将其写入ExtId为时,需右移动3位,取出高29位作为有效位: 
    ExtId = 0xABCDEF98>>3;(取出29位) 
    CAN_FilterIdHigh = 0xABCDEF98>>16; 
    CAN_FilterIdLow = 0xABCDEF98&0x0000FFF8 ;//29个有效位移到最高位(使32位过滤ID与29位标准帧的左对齐)

  3. 需要注意: 
    在标准帧下,对于32位的过滤器,设置掩码ID只能关心高11位,后25位不能关心。(掩码ID:0表不关心此位,1表关心此位) 
    在扩展帧下,设置掩码ID只能关心高29位,后3位不能关心。