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STM32CubeMX系列教程12:控制器局域网络(CAN)

2016-5-3 15:53| 发布者: MyMX1213| 查看: 82526| 评论: 14|原作者: MyMX1213

摘要: 本章介绍CAN总线协议。

一.CAN简介

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，是国际上应用最广泛的现场总线之一。

CAN控制器通过组成总线的2根线（CAN-H和CAN-L）的电位差来确定总线的电平，信号是以两线之间的“差分”电压形式出现，总线电平分为显性电平和隐性电平。

CAN总线采用两种互补的逻辑数值"显性"和"隐性"。"显性"数值表示逻辑"0"，而"隐性"表示逻辑"1"。当总线上同时出现“显性”位和“隐性”位时，最终呈现在总线上的是“显性”位。

在“隐性”状态下，VCAN_H和VCAN_L被固定与平均电压电平，Vdiff近似为零，此时VCAN_H和VCAN_L的标称值为2.5V。

“显性”位以大于最小阀值的差分电压表示，此时VCAN_H的标称值为3.5V，VCAN_L的标称值为1.5V。

本实验采用SN65HVD230芯片作为CAN收发器，其逻辑电路图以及管脚图如下。D为CAN发送，R为CAN 接收。CAN-H，CAN-L为CAN总线。CAN收发器即将TTL电平转换为CAN总线电平。

在总线空闲时，所有的单元都可开始发送消息（多主控制）。所有的消息都以固定的格式发送。

二.CAN帧结构

报文传输由以下4个不同的帧类型所表示和控制：

数据帧：数据帧携带数据从发送器至接收器。
远程帧：总线单元发出远程帧，请求发送具有同一识别符的数据帧。
错误帧：任何单元检测到一总线错误就发出错误帧。
帧间空 : 数据帧（或远程帧）通过帧间空间与前述的各帧分开。
过载帧：过载帧用以在先行的和后续的数据帧（或远程帧）之间提供一附加的延时。

1.数据帧

数据帧由7个不同的域组成。

（1）帧开始(Start of Frame)

这个域表示数据帧的开始。仅由一个“显性”位组成.

（2）仲裁域(Arbitration Frame)

这个域表示一个帧的优先级,仲裁场由标识符和远程发送请求位（RTR位）组成。RTR位在数据帧中为显性，在远程帧中为隐性。

IDE的全称是“识别符扩展位（Identifier Extension Bit）”，对于扩展格式，IDE位属于仲裁场；对于标准格式，IDE位属于控制场。标准格式的IDE位为“显性”，而扩展格式的IDE位为“隐性”。

（3）控制域(Control Frame)：

这个域表示保留位和数据帧长度代码(DLC),控制场由6个位组成，标准格式和扩展格式的控制场格式不同。标准格式里的帧包括数据长度代码、IDE位及保留位r0。扩展格式里的帧包括数据长度代码和两个保留位：r1和r0。

（4）数据域(Data Frame)：

这是数据内容，0~8个字节的数据能被发送,首先发送最高有效位。

（5）CRC域(CRC Frame)：

这个域用于检查帧的传输错误。

（6）ACK域(CRC Frame)：

是对帧已经被正常接收的一个证实。应答场长度为2个位，包含应答间隙（ACK Slot）和应答界定符（ACK Delimiter）

（7）帧结束(End of Frame)：

指示数据帧结束,这个标志序列由7个“隐性”位组成

2.远程帧

作为接收器的节点，可以通过向相应的数据源节点发送远程帧激活该源节点，让该源节点把数据发送给接收器。而且都由6个不同的位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、应答场、帧结尾。与数据帧相反，远程帧的远程发送请求位(RTR)是“隐性”的。它没有数据场，数据长度代码DLC的数值可以是任意值。

3.错误帧

错误帧由两个不同的场组成，

(1) 错误标志

主动(Active)错误标志。它由6个连续显性位组成。

被动(Passive)错误标志。它由6个连续隐性位组成。

(2)错误界定：错误界定符由8个隐性位组成。

4.帧间空间

帧间隔是用于分隔数据帧和遥控帧的帧。数据帧和遥控帧可通过插入帧间隔将本帧与前面的任何帧（数据帧、遥控帧、错误帧、过载帧）分开。

过载帧和错误帧前不能插入帧间隔。

5.过载帧

过载帧是用于接收单元通知其尚未完成接收准备的帧。过载帧由过载标志和过载界定符构成。

(1) 过载标志 6个位的显性位。过载标志的构成与主动错误标志的构成相同。

(2) 过载界定符 8个位的隐性位。过载界定符的构成与错误界定符的构成相同。

三. 波特率

CAN控制器只需进行少量设置就可以进行通信，其中较难设置部分就是波特率计算。CAN总线的波特率是一个范围。假如波特率为250KB/s，实际波特率可能为200~300KB/s.这样使得CAN总线有很强大容错性。

CAN的底层协议里将CAN数据的每一位时间(TBit)分为许多时间段（Tscl）,这些时间段包括：

A．同步段(SYNC_SEG)：位变化应该在此时间段内发生。只有一个时间片的固定长度(1 x tq)

B．位段1(BS1)：定义采样点的位置。其持续长度可以在 1 到 16 个时间片之间调整

C．位段2(BS2)：定义发送点的位置。其持续长度可以在 1 到 8 个时间片之间调整

D．同步跳转宽度（SJW）：定义位段加长或缩短的上限。它可以在 1 到 4 个时间片之间调整

这个结合STM32cubeMX软件设置讲解一下CAN的波特率设置。

上面设置分频为Prescaler=9, BS1=5, BS2=6, SJW=1

CAN外接是接到APB1上面，设置系统时钟为216MHz时，APB1外设时钟为54MHz.

经过分频后的频率为54MHz / 9 =6MHz = ~ 166.666ns

CAN波特率为 54MHz / 9 / (SJW+BS1 +BS2 ) = 54MHz /9 /12 = 500KHz = 2000ns

四. 标识符筛选

在CAN通信中接收到信息时，接收器节点会根据标识符的值来判断信息是否需要，若不需要则丢弃信息。

五. 新建工程

复制串口printf的工程，修改文件夹名。击STM32F746I.ioc打开STM32cubeMX的工程文件重新配置，开启CAN1,CAN2，管脚配置如下。

CAN1,CNA2只需配置时间参数，波特率为500KHz，其他为默认不作修改。

生成报告以及代码，编译程序。在can.c文件中可以看到CAN初始化函数。在stm327xx_hal_can.h文件后面可以看到CAN操作函数。

在main.c文件前面添加变量，sFilterConfig为CAN滤波器结构体变量，TxMessage，RxMessage分别存储CAN发送和接收的消息。

/* USER CODE BEGIN PV */
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
CAN_FilterConfTypeDef  sFilterConfig;
static CanTxMsgTypeDef        TxMessage;
static CanRxMsgTypeDef        RxMessage;
/* USER CODE END PV */

在main函数中，初始化发送消息邮箱，设置为标准数据帧，数据长度为8个字节，数据为“CAN Test"。设置滤波器。

  /* USER CODE BEGIN 2 */
    hcan2.pTxMsg = &TxMessage;
    hcan1.pRxMsg = &RxMessage;
 
    printf("**** This is CAN test program ****\r\n\r\n");
 
    /*##-1- Configure CAN2 Transmission Massage #####################################*/
    hcan2.pTxMsg->StdId = 0x123;
    hcan2.pTxMsg->RTR = CAN_RTR_DATA;
    hcan2.pTxMsg->IDE = CAN_ID_STD;
    hcan2.pTxMsg->DLC = 8;
    hcan2.pTxMsg->Data[0] = 'C';
    hcan2.pTxMsg->Data[1] = 'A';
    hcan2.pTxMsg->Data[2] = 'N';
    hcan2.pTxMsg->Data[3] = ' ';
    hcan2.pTxMsg->Data[4] = 'T';
    hcan2.pTxMsg->Data[5] = 'e';
    hcan2.pTxMsg->Data[6] = 's';
    hcan2.pTxMsg->Data[7] = 't';
 
    /*##-2- Configure the CAN1 Filter ###########################################*/
    sFilterConfig.FilterNumber = 0;
    sFilterConfig.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK;
    sFilterConfig.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_32BIT;
    sFilterConfig.FilterIdHigh = 0x0000;
    sFilterConfig.FilterIdLow = 0x0000;
    sFilterConfig.FilterMaskIdHigh = 0x0000;
    sFilterConfig.FilterMaskIdLow = 0x0000;
    sFilterConfig.FilterFIFOAssignment = 0;
    sFilterConfig.FilterActivation = ENABLE;
    sFilterConfig.BankNumber = 14;
    HAL_CAN_ConfigFilter(&hcan1, &sFilterConfig);
  /* USER CODE END 2 */

在while循环中添加应用程序，CAN2发送信息给CAN1接收，正确接收到信息后打印输出。

  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
  /* USER CODE END WHILE */
  
  /* USER CODE BEGIN 3 */
        /*##-3- Start the CAN2 Transmission process #####################################*/
        if(HAL_CAN_Transmit(&hcan2, 10) != HAL_OK)
        {
            /* Transmition Error */
            Error_Handler();
        }
        if(HAL_CAN_GetState(&hcan2) != HAL_CAN_STATE_READY)
        {
            Error_Handler();
              
        }
        /*##-4- Start the CAN1 Reception process ########################################*/
        if(HAL_CAN_Receive(&hcan1, CAN_FIFO0,10) != HAL_OK)
        {
            /* Reception Error */
            Error_Handler();    
        }
        if(HAL_CAN_GetState(&hcan1) != HAL_CAN_STATE_READY)
        {
            Error_Handler();
        }
        printf("StdId : %x\r\n",hcan1.pRxMsg->StdId);
        printf("RxMsg : %s",hcan1.pRxMsg->Data);
        printf("\r\n\r\n");     
          
        HAL_Delay(1000);
  }
  /* USER CODE END 3 */

编译程序并下载到开发板。将两个 SN65HVD230 CAN Board模块分别连接到板上的 CAN1 和 CAN2 接口。用杜邦线连接两个 CAN 模块(CANL -> CANL, CANH -> CANH)。打开串口调试助手,设置波特率为115200,按下复位串口助手上面会显示如下信息。

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