1.CAN通讯的理解
想学习CAN通讯,那么要对通讯协议有一定的认知。通讯协议是指通信双方对数据传送控制的一种约定。约定中包括对数据格式,同步方式,传输速度,传送步骤,检纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定,通信双方必须共同遵守。
CAN通讯全称控制器局域网通讯,是用来在局域网中高效传输,处理信息的一种通讯方式。它采用数据块编码的方式,数据块根据帧类型的不同有四种格式,可使不同的节点接收到相同的数据,然后再根据各节点内CAN配置选择处理还是丢弃该信息(这与TCP/IP协议栈的链路层的MAC地址过滤很相似,是可以互通理解的),CAN的位流是按照非归零(NRZ)码方式编码,一个完整的位电平有显性和隐性两种方式。显性和隐性是根据CAN总线上的差分电压VCAN1H-VCAN1L, 若小于阈值则为隐性位,代表逻辑1,大于阈值则为显性位,代表逻辑0,这种将单电平转换成两根差分线的方式提高了电路的可靠性,不过也决定局域网里同时只能有一路数据传输,因此CAN通讯是半双工的。
2.CAN通讯帧格式
CAN报文有四种不同的帧类型:
(1).数据帧:数据帧将数据从发送器传输到接收器。
数据帧和可以使用标准帧和扩展帧两种格式。它们用一个帧间空间与前面的帧分隔。
1).帧起始(SOF) 标志帧的开始,由一个“显性(0)”位构成。只有在总线空闲时才允许节点发送(信号),其它所有节点必须同步于首先开始发送报文的节点的帧起始前沿。
2).仲裁场 由标识符和传送帧类型(RTR)组成的仲裁场
标准帧格式:
扩展帧格式:
对于数据帧 RTR恒为0,SRR恒为1,因此可以根据仲裁场起始第12个字符数判断是标准帧还是扩展帧。
3).控制场 保留位R1,R0(恒为0),以及帧长度选择位DLC(4位)构成的。
4).数据场 由数据帧里的发送数据组成,长度由DLC控制,但小于等于8字节。
5).CRC场 由CRC序列(CRC Sequence),以及CRC界定符(CRC Delimiter)构成。CRC序列之后是CRC界定符,它包含一个单独的“隐性(1)”位。
6).应答场(ACK Field) 2位,包含应答间隙(ACK Slot)和应答界定符(ACK Delimiter),当接收器正确地接收到有效的报文,接收器就会在应答间隙(ACK Slot)中写入显性位(0),在返回给发送器,完成一次通讯(半双工).
① 应答间隙
所有接收到匹配CRC序列的节点会在应答间隙期间用“显性(0)”的位写入发送器的“隐性(1)”位来组成应答数据。
② 应答界定符
应答界定符是应答场的第二位,并且必须为“隐性(1)”的位。因此,应答间隙(ACK Slot)被两个“隐性”的位所包围,也就是CRC界定符和应答界定符。
7).帧结束 由7个隐性位构成,代表帧的结束。
(2).远程帧:总线节点发出远程帧,请求发送具有同一识别符的数据帧。
远程帧除了RTR位默认为1,没有数据场外,其它与数据帧相同,不在赘述。
(3).错误帧:报文发送过程中,检测到任一节点出错,即于下一位发送出错帧,通知发送端停止发送。
错误标志:有两种形式的错误标志:激活错误标志和认可错误标志。
1).激活错误”标志由6个连续的“显性”位组成
2).“认可错误”标志由6个连续的“隐性”的位组成,除非被其他节点的“显性”位重写。
错误界定符:错误界定符包括8个“隐性”的位。
错误标志传送了以后,每一个节点就发送一个“隐性”的位,并一直监视总线直到检测出一个“隐性”的位为止,然后就开始发送其余7个“隐性”位。
(4).过载帧:接收端用于要求发送端延缓发送下一个数据帧或者远程帧。
1).超载标志: 过载标志由6个“显性”的位组成。过载标志的所有形式和“激活错误”标志的一样
2).过载界定符包括8个“隐性”的位,具体动作与错误界定符一致
CAN通讯是数据块编码的半双工通讯方式,没有主从设备区别,因此发出报文的节点为该报文的发送器,该节点在总线空闲或丢失仲裁前恒为发送器;如果一个节点不是报文发送器,并且总线不处于空闲状态,则该节点为接收器。
3.CAN通讯的STM32实现
CAN协议是比较复杂的一种通讯协议,因此需要在学习如何使用stm32实现前了解协议本身的很多内容,下面就可以开始stm32中CAN协议环回测试,用来简单的理解CAN协议的测试。既然是要STM32实现,那么步骤的设计如下:
(1).工作原理图
了解了CAN通讯,下面进入正题,CAN通讯连接首先看原理图如下:
从上面可以看出CAN1_TX: PD1 CAN1_RX PD0
(2).CAN硬件驱动配置
CAN通讯端口配置还是比较简单的:
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = CAN1_TX_Pin;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //将CAN1输出端PD1配置为推挽输出模式
GPIO_Init(CAN1_TX_Port,&GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = CAN1_RX_Pin;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //将CAN1输入端PD0配置为浮空输入
GPIO_Init(CAN1_RX_Port, &GPIO_InitStructure);
CAN通讯模式配置(因为是简单的测试,因此配置为环回模式,过滤器配置为屏蔽位模式)
void CAN1_MODE_Config(void) { CAN_InitTypeDef CAN_InitStructure; CAN_FilterInitTypeDef CAN_FilterInitStructure; NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1, ENABLE); CAN_DeInit(CAN1); CAN_InitStructure.CAN_ABOM = DISABLE; //离线模式由软件实现 CAN_InitStructure.CAN_AWUM = DISABLE; //软件唤醒 CAN_InitStructure.CAN_TTCM = DISABLE; //禁止时间触发通信模式 CAN_InitStructure.CAN_NART = ENABLE; //禁止自动重传 CAN_InitStructure.CAN_TXFP = DISABLE; //优先级由报文的标识符来决定 CAN_InitStructure.CAN_RFLM = DISABLE; //接受溢出时FIFO不锁定,下一个收到的报文覆盖原有报文 CAN_InitStructure.CAN_Mode = CAN_Mode_LoopBack; //CAN硬件工作环回模式 CAN_InitStructure.CAN_SJW = CAN_SJW_1tq; //重新同步跳跃宽度为2个时间单位 CAN_InitStructure.CAN_BS1 = CAN_BS1_8tq; //时间段为8个时间单位 CAN_InitStructure.CAN_BS2 = CAN_BS2_7tq; //时间段为7个时间单位 CAN_InitStructure.CAN_Prescaler = 5; //设定一个时间单位的长度为5,范围(1~1024) CAN_Init(CAN1, &CAN_InitStructure); CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMode = CAN_FilterMode_IdMask; //设定过滤器组为屏蔽位模式 CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterScale = CAN_FilterScale_32bit; //过滤器位宽为32位过滤器一个 CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdHigh = 0x0000; //设定过滤器标识符高位(32为高位段,16位为第一个) CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdLow = 0x0000; //设定过滤器标识符低位(32为低位段,16位为第二个) CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdHigh= 0x0000; //设定过滤器标识符高位(32为高位段,16位为第一个) CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdLow= 0x0000; //设定过滤器标识符低位(32为低位段,16位为第二个) CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterFIFOAssignment = CAN_Filter_FIFO0; //过滤器FIFO0指向过滤器0 CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterNumber = 1; //指定待初始化的过滤器,范围1~13 CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterActivation = ENABLE; //使能过滤器 CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStructure); CAN_ITConfig(CAN1, CAN_IT_FMP0, ENABLE); //FIF0消息挂号中断允许 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = CAN1_RX0_IRQn; //CAN1_RX0中断向量表中开启 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); }
完成了驱动方面的配置,下面要进行的就是发送CAN数据和接收CAN数据的生成和实现了:
//CAN发送帧构成
void CAN_TxMessageInit(uint32_t std_id, uint32_t ext_id, uint8_t ide, uint8_t rtr, uint8_t dlc, uint8_t *pdata)
{
uint8_t i;
assert_param(dlc>8);
CanTxMessage.StdId = std_id&0x7ff; //设定标准标识符0~0x7ff 11位
CanTxMessage.ExtId = ext_id&0x3ffff; //设定额外标识符0~0x3ffff 18位
CanTxMessage.IDE = ide; //输出标识符类型,STD(标准标识符)或EXT(额外标识符)
CanTxMessage.RTR = rtr; //输出帧类型,DATA(数据帧)或者REMOTE(远程帧)
CanTxMessage.DLC = dlc; //帧长度,0~8
for(i=0; i CanTxMessage.Data[i] = *(pdata+i); } } //CAN中断接收函数 void CAN1_RX0_IRQHandler(void) { ITStatus Status;
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