STM32 CAN学习

最近在搞stm32实验板的can现场总线实验，之前只是搞过STC51的串口通信，相比之下，发觉can总线都挺复杂的。开始时，知道自己是新手，只知道can总线跟串行通信，485通信，I2C通信一样都是用来传输数据通信的，对其工作原理一窍不通，还是从基础开始看书看资料，先了解它的基本原理吧。 
原来can总线有以下特点： 
主要特点 
? 支持CAN协议2.0A和2.0B主动模式 
? 波特率最高可达1兆位/秒 
? 支持时间触发通信功能 
发送 
? 3个发送邮箱 
? 发送报文的优先级特性可软件配置 
? 记录发送SOF时刻的时间戳 
接收 
? 3级深度的2个接收FIFO 
? 14个位宽可变的过滤器组－由整个CAN共享 
? 标识符列表 
? FIFO溢出处理方式可配置 
? 记录接收SOF时刻的时间戳 
可支持时间触发通信模式 
? 禁止自动重传模式 
? 16位自由运行定时器 
? 定时器分辨率可配置 
? 可在最后2个数据字节发送时间戳 
管理 
? 中断可屏蔽 
? 邮箱占用单独1块地址空间，便于提高软件效率 
看完这些特点后，疑问一个一个地出现， 
1. 什么是时间触发功能？ 
2. 发送邮箱是什么来的？ 
3. 报文是什么来的？ 
4. 什么叫时间戳？ 
5. 什么叫接收FIFO？ 
6. 什么叫过滤器？ 
好了，带着疑问往下看，看完一遍后， 
报文: 
报文包含了将要发送的完整的数据信息 
发送邮箱: 
共有3个发送邮箱供软件来发送报文。发送调度器根据优先级决定哪个邮箱的报文先被发送。 
接收过滤器: 
共有14个位宽可变/可配置的标识符过滤器组，软件通过对它们编程，从而在引脚收到的报文中选择它需要的报文，而把其它报文丢弃掉。 
接收FIFO 
共有2个接收FIFO，每个FIFO都可以存放3个完整的报文。它们完全由硬件来管理 
工作模式 
bxCAN有3个主要的工作模式：初始化、正常和睡眠模式。 
初始化模式 
*软件通过对CAN_MCR寄存器的INRQ位置1，来请求bxCAN进入初始化模式，然后等待硬件对CAN_MSR寄存器的INAK位置1来进行确认 
*软件通过对CAN_MCR寄存器的INRQ位清0，来请求bxCAN退出初始化模式，当硬件对CAN_MSR寄存器的INAK位清0就确认了初始化模式的退出。 
*当bxCAN处于初始化模式时，报文的接收和发送都被禁止，并且CANTX引脚输出隐性位（高电平） 
正常模式 
在初始化完成后，软件应该让硬件进入正常模式，以便正常接收和发送报文。软件可以通过对CAN_MCR寄存器的INRQ位清0，来请求从初始化模式进入正常模式，然后要等待硬件对CAN_MSR寄存器的INAK位置1的确认。在跟CAN总线取得同步，即在CANRX引脚上监测到11个连续的隐性位（等效于总线空闲）后，bxCAN才能正常接收和发送报文。 
过滤器初值的设置不需要在初始化模式下进行，但必须在它处在非激活状态下完成（相应的FACT位为0）。而过滤器的位宽和模式的设置，则必须在初始化模式下，进入正常模式前完成。 
睡眠模式（低功耗） 
*软件通过对CAN_MCR寄存器的SLEEP位置1，来请求进入这一模式。在该模式下，bxCAN的时钟停止了，但软件仍然可以访问邮箱寄存器。 
*当bxCAN处于睡眠模式，软件想通过对CAN_MCR寄存器的INRQ位置1，来进入初始化式，那么软件必须同时对SLEEP位清0才行 
*有2种方式可以唤醒（退出睡眠模式）bxCAN：通过软件对SLEEP位清0，或硬件检测CAN总线的活动。 
工作流程 
那么究竟can是怎样发送报文的呢？ 
发送报文的流程为： 
应用程序选择1个空发送邮箱；设置标识符，数据长度和待发送数据； 
然后对CAN_TIxR寄存器的TXRQ位置1，来请求发送。TXRQ位置1后，邮箱就不再是空邮箱；而一旦邮箱不再为空，软件对邮箱寄存器就不再有写的权限。TXRQ位置1后，邮箱马上进入挂号状态，并等待成为最高优先级的邮箱，参见发送优先级。一旦邮箱成为最高优先级的邮箱，其状态就变为预定发送状态。一旦CAN总线进入空闲状态，预定发送邮箱中的报文就马上被发送（进入发送状态）。一旦邮箱中的报文被成功发送后，它马上变为空邮箱；硬件相应地对CAN_TSR寄存器的RQCP和TXOK位置1，来表明一次成功发送。 
如果发送失败，由于仲裁引起的就对CAN_TSR寄存器的ALST位置1，由于发送错误引起的 
就对TERR位置1。 
原来发送的优先级可以由标识符和发送请求次序决定： 
由标识符决定 
当有超过1个发送邮箱在挂号时，发送顺序由邮箱中报文的标识符决定。根据CAN协议，标识符数值最低的报文具有最高的优先级。如果标识符的值相等，那么邮箱号小的报文先被发送。 
由发送请求次序决定 
通过对CAN_MCR寄存器的TXFP位置1，可以把发送邮箱配置为发送FIFO。在该模式下，发送的优先级由发送请求次序决定。 
该模式对分段发送很有用。 
时间触发通信模式 
在该模式下，CAN硬件的内部定时器被激活，并且被用于产生时间戳，分别存储在 
CAN_RDTxR/CAN_TDTxR寄存器中。内部定时器在接收和发送的帧起始位的采样点位置被采样，并生成时间戳（标有时间的数据）。 
接着又是怎样接收报文的呢? 
接收管理 
接收到的报文，被存储在3级邮箱深度的FIFO中。FIFO完全由硬件来管理，从而节省了CPU 
的处理负荷，简化了软件并保证了数据的一致性。应用程序只能通过读取FIFO输出邮箱，来读取FIFO中最先收到的报文。 
有效报文 
根据CAN协议，当报文被正确接收（直到EOF域的最后1位都没有错误），且通过了标识符 
过滤，那么该报文被认为是有效报文。 
接收相关的中断条件 
* 一旦往FIFO存入1个报文，硬件就会更新FMP[1:0]位，并且如果CAN_IER寄存器的FMPIE位为1，那么就会产生一个中断请求。 
* 当FIFO变满时（即第3个报文被存入），CAN_RFxR寄存器的FULL位就被置1，并且如果CAN_IER寄存器的FFIE位为1，那么就会产生一个满中断请求。 
* 在溢出的情况下，FOVR位被置1，并且如果CAN_IER寄存器的FOVIE位为1，那么就会产生一个溢出中断请求 
标识符过滤 
在CAN协议里，报文的标识符不代表节点的地址，而是跟报文的内容相关的。因此，发送者以广播的形式把报文发送给所有的接收者。（注：不是一对一通信，而是多机通信）节点在接收报文时－根据标识符的值－决定软件是否需要该报文；如果需要，就拷贝到SRAM里；如果不需要，报文就被丢弃且无需软件的干预。 
为满足这一需求，bxCAN为应用程序提供了14个位宽可变的、可配置的过滤器组（13~0），以便只接收那些软件需要的报文。硬件过滤的做法节省了CPU开销，否则就必须由软件过滤从而占用一定的CPU开销。每个过滤器组x由2个32位寄存器，CAN_FxR0和CAN_FxR1组成。 
过滤器的模式的设置 
通过设置CAN_FM0R的FBMx位，可以配置过滤器组为标识符列表模式或屏蔽位模式。 
为了过滤出一组标识符，应该设置过滤器组工作在屏蔽位模式。 
为了过滤出一个标识符，应该设置过滤器组工作在标识符列表模式。 
应用程序不用的过滤器组，应该保持在禁用状态。 
过滤器优先级规则 
? 1位宽为32位的过滤器，优先级高于位宽为16位的过滤器 
? 2对于位宽相同的过滤器，标识符列表模式的优先级高于屏蔽位模式 
? 3位宽和模式都相同的过滤器，优先级由过滤器号决定，过滤器号小的优先级高 
图128 过滤器机制的例子 
   
 (原文件名:无标题.jpg)  引用图片
上面的例子说明了bxCAN的过滤器规则：在接收一个报文时，其标识符首先与配置在标识符列表模式下的过滤器相比较；如果匹配上，报文就被存放到相关联的FIFO中，并且所匹配的过滤器的序号被存入过滤器匹配序号中。如同例子中所显示，报文标识符跟#4标识符匹配， 
因此报文内容和FMI4被存入FIFO。 
如果没有匹配，报文标识符接着与配置在屏蔽位模式下的过滤器进行比较。 
如果报文标识符没有跟过滤器中的任何标识符相匹配，那么硬件就丢弃该报文，且不会对软件有任何打扰。 
接收邮箱（FIFO） 
在接收到一个报文后，软件就可以访问接收FIFO的输出邮箱来读取它。一旦软件处理了报文（如把它读出来），软件就应该对CAN_RFxR寄存器的RFOM位进行置1，来释放该报文，以便为后面收到的报文留出存储空间。 
中断 
bxCAN占用4个专用的中断向量。通过设置CAN中断允许寄存器(CAN_IER)，每个中断源都可以单独允许和禁用。 
? 发送中断可由下列事件产生： 
─ 发送邮箱0变为空，CAN_TSR寄存器的RQCP0位被置1。 
─ 发送邮箱1变为空，CAN_TSR寄存器的RQCP1位被置1。 
─ 发送邮箱2变为空，CAN_TSR寄存器的RQCP2位被置1。 
? FIFO0中断可由下列事件产生： 
─ FIFO0接收到一个新报文，CAN_RF0R寄存器的FMP0位不再是‘00’。 
─ FIFO0变为满的情况，CAN_RF0R寄存器的FULL0位被置1。 
─ FIFO0发生溢出的情况，CAN_RF0R寄存器的FOVR0位被置1。 
? FIFO1中断可由下列事件产生： 
─ FIFO1接收到一个新报文，CAN_RF1R寄存器的FMP1位不再是‘00’。 
─ FIFO1变为满的情况，CAN_RF1R寄存器的FULL1位被置1。 
─ FIFO1发生溢出的情况，CAN_RF1R寄存器的FOVR1位被置1。 
? 错误和状态变化中断可由下列事件产生： 
─ 出错情况，关于出错情况的详细信息请参考CAN错误状态寄存器(CAN_ESR)。 
─ 唤醒情况，在CAN接收引脚上监视到帧起始位(SOF)。 
─ CAN进入睡眠模式。 
工作流程大概就是这个样子，接着就是一大堆烦人的can寄存器，看了一遍总算有了大概的了解，况且这么多的寄存器要一下子把他们都记住是不可能的。根据以往的经验，只要用多几次，对寄存器的功能就能记住。 
好了，到读具体实验程序的时候了，这时候就要打开“STM32库函数”的资料因为它里面有STM32打包好的库函数的解释，对读程序很有帮助。 
下面是主程序： 
int main(void) 
{ 
//  int press_count = 0; 
char data = '0'; 
int sent = FALSE; 
#ifdef DEBUG 
  debug(); 
#endif 
  /* System Clocks Configuration */ 
  RCC_Configuration(); 
  /* NVIC Configuration */ 
  NVIC_Configuration(); 
   
  /* GPIO ports pins Configuration */ 
  GPIO_Configuration(); 
  USART_Configuration(); 
  CAN_Configuration(); 
  Serial_PutString("\r\nXX科技 http://www.gzweiyan.com\r\n"); 
  Serial_PutString("CAN test\r\n");  
  while(1){ 
    if(GPIO_Keypress(GPIO_KEY, BUT_RIGHT)){ 
      GPIO_SetBits(GPIO_LED, GPIO_LD1); //检测到按键按下 
      if(sent == TRUE) 
        continue; 
      sent = TRUE; 
      data++; 
      if(data > 'z') 
        data = '0'; 
      CAN_TxData(data); 
    } 
    else{ //按键放开 
      GPIO_ResetBits(GPIO_LED, GPIO_LD1);   
      sent = FALSE; 
    } 
  } 
} 
前面的RCC、NVIC、GPIO、USART配置和之前的实验大同小异，关键是分析CAN_Configuration() 
函数如下： 
void CAN_Configuration(void)//CAN配置函数 
{ 
  CAN_InitTypeDef        CAN_InitStructure; 
  CAN_FilterInitTypeDef  CAN_FilterInitStructure; 
  /* CAN register init */ 
  CAN_DeInit(); 
//  CAN_StructInit(&CAN_InitStructure); 
  /* CAN cell init */ 
  CAN_InitStructure.CAN_TTCM=DISABLE;//禁止时间触发通信模式 
  CAN_InitStructure.CAN_ABOM=DISABLE;//，软件对CAN_MCR寄存器的INRQ位进行置1随后清0后，一旦硬件检测 
                                     //到128次11位连续的隐性位，就退出离线状态。 
  CAN_InitStructure.CAN_AWUM=DISABLE;//睡眠模式通过清除CAN_MCR寄存器的SLEEP位，由软件唤醒 
  CAN_InitStructure.CAN_NART=ENABLE;//DISABLE;CAN报文只被发送1次，不管发送的结果如何（成功、出错或仲裁丢失） 
  CAN_InitStructure.CAN_RFLM=DISABLE;//在接收溢出时FIFO未被锁定，当接收FIFO的报文未被读出，下一个收到的报文会覆盖原有 
                                                            //的报文 
  CAN_InitStructure.CAN_TXFP=DISABLE;//发送FIFO优先级由报文的标识符来决定 
//  CAN_InitStructure.CAN_Mode=CAN_Mode_LoopBack; 
  CAN_InitStructure.CAN_Mode=CAN_Mode_Normal; //CAN硬件工作在正常模式  
  CAN_InitStructure.CAN_SJW=CAN_SJW_1tq;//重新同步跳跃宽度1个时间单位 
  CAN_InitStructure.CAN_BS1=CAN_BS1_8tq;//时间段1为8个时间单位 
  CAN_InitStructure.CAN_BS2=CAN_BS2_7tq;//时间段2为7个时间单位 
  CAN_InitStructure.CAN_Prescaler = 9; //(pclk1/((1+8+7)*9)) = 36Mhz/16/9 = 250Kbits设定了一个时间单位的长度9 
  CAN_Init(&CAN_InitStructure); 
  /* CAN filter init 过滤器初始化*/ 
  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterNumber=0;//指定了待初始化的过滤器0 
  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMode=CAN_FilterMode_IdMask;//指定了过滤器将被初始化到的模式为标识符屏蔽位模式 
  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterScale=CAN_FilterScale_32bit;//给出了过滤器位宽1个32位过滤器 
  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdHigh=0x0000;//用来设定过滤器标识符（32位位宽时为其高段位，16位位宽时为第一个） 
  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdLow=0x0000;//用来设定过滤器标识符（32位位宽时为其低段位，16位位宽时为第二个 
  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdHigh=0x0000;//用来设定过滤器屏蔽标识符或者过滤器标识符（32位位宽时为其高段位，16位位宽时为第一个 
  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdLow=0x0000;//用来设定过滤器屏蔽标识符或者过滤器标识符（32位位宽时为其低段位，16位位宽时为第二个 
  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterFIFOAssignment=CAN_FIFO0;//设定了指向过滤器的FIFO0 
  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterActivation=ENABLE;//使能过滤器 
  CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStructure); 
  /* CAN FIFO0 message pending interrupt enable */  
  CAN_ITConfig(CAN_IT_FMP0, ENABLE);//使能指定的CAN中断 
} 
再看看发送程序： 
TestStatus CAN_TxData(char data) 
{ 
  CanTxMsg TxMessage; 
  u32 i = 0; 
  u8 TransmitMailbox = 0; 
/* 
  u32 dataLen; 
  dataLen = strlen(data); 
  if(dataLen > 8) 
   dataLen = 8; 
   */ 
  /* transmit 1 message生成一个信息 */ 
  TxMessage.StdId=0x00;// 设定标准标识符 
  TxMessage.ExtId=0x1234;// 设定扩展标识符 
  TxMessage.IDE=CAN_ID_EXT;// 设定消息标识符的类型 
  TxMessage.RTR=CAN_RTR_DATA;// 设定待传输消息的帧类型 
/*  TxMessage.DLC= dataLen; 
for(i=0;i TxMessage.Data[i] = data[i];  
*/ 
  TxMessage.DLC= 1; //设定待传输消息的帧长度 
  TxMessage.Data[0] = data;// 包含了待传输数据 
  TransmitMailbox = CAN_Transmit(&TxMessage);//开始一个消息的传输 
  i = 0; 
  while((CAN_TransmitStatus(TransmitMailbox) != CANTXOK) && (i != 0xFF))//通过检查CANTXOK位来确认发送是否成功 
  { 
    i++; 
  } 
   
  return (TestStatus)ret; 
} 
CAN_Transmit（）函数的操作包括： 
1. [选择一个空的发送邮箱] 
2. [设置Id]* 
3. [设置DLC待传输消息的帧长度] 
4. [请求发送] 
请求发送语句： 
CAN->sTxMailBox[TransmitMailbox].TIR |= TMIDxR_TXRQ;//对CAN_TIxR寄存器的TXRQ位置1，来请求发送 
发送方面搞定了，但接收方面呢？好像在主程序里看不到有接收的语句。 
原来是用来中断方式来接收数据，原来它和串口一样可以有两种方式接收数据，一种是中断方式一种是轮询方式，若采用轮询方式则要调用主函数的CAN_Polling(void)函数。 
接着又遇到一个问题，为什么中断函数CAN_Interrupt(void)的最后要关中断呢？ 
因为一旦往FIFO存入1个报文，硬件就会更新FMP[1:0]位，并且如果CAN_IER寄存器的FMPIE位为1，那么就会产生一个中断请求。所以中断函数执行完后就要清除FMPIE标志位。这时我才回想起来，原来我对CAN的理解还不够，对程序设计的初衷不够明确，于是我重新看了一遍CAN的工作原理，这时后我发现比以前容易理解了，可能是因为看了程序以后知道了大概的流程，然后看资料就有了针对性。 
发送者以广播的形式把报文发送给所有的接收者（注：不是一对一通信，而是多机通信）节点在接收报文时－根据标识符的值－决定软件是否需要该报文；如果需要，就拷贝到SRAM里；如果不需要，报文就被丢弃且无需软件的干预。一旦往FIFO存入1个报文，硬件就会更新FMP[1:0]位，并且如果CAN_IER寄存器的FMPIE位为1，那么就会产生一个中断请求。所以中断函数执行完后就要清除FMPIE标志位。