CAN全称是Controller Area Network，控制器局域网络，是ISO国际标准化的串行通信协议。CAN是国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN通信只有两根信号线，分别是CAN_H和CAN_L，CAN 控制器根据这两根线上的电位差来判断总线电平。总线申平分为显性电平和隐性申平，二者必居其一。发送方通过使总线电平发生变化，将消息发送给接收方。
CAN总线遵从“线与”机制，显性电平可以覆盖隐性电平。这就导致只有所有节点都发送隐形电平时总线才处于隐性状态。
CAN通信有5种帧类型
| 帧类型 | 帧用途 |
|---|---|
| 数据帧 | 用于发送单元向接收单元传送数据的帧 |
| 遥控帧 | 用于接收单元向具有相同ID的发送单元请求数据的帧 |
| 错误帧 | 用于当检测出错误时向其它单元通知错误的帧 |
| 过载帧 | 用于接收单元通知其尚未做好接收准备的帧 |
| 帧间隔 | 用于将数据帧及遥控锁与前面的帧分离开来的帧 |
在上述的几种帧里，数据很和遥控帧有标准帧和扩展帧两种。标准帧有11位ID，扩展帧有29位ID。
CAN通信数据帧的构成如下
RTR是用来表示是否是远程帧（遥控帧）。RTR为0是数据帧，RTR为1是远程帧。扩展帧中的IDE是标识符的选择位，如果为0，使用标准标识符，如果为1，使用扩展标识符。扩展帧的SRR相当于标准帧中的RTR位。标准帧的ID禁止高七位是隐性电平。
由发送单元在非同步状态下每秒钟发送的位数称为位速率。一个位可以分成4段。
上面的这些段由称为Time Quantum（Tq）的最小时间单位组成。1个位分成4个段，一个段又分成若干个Tq，这成为位时序。
采样点是读取总线电平，并将读到的电平作为位值的点。
在总线空闲态，最先开始发送消息的单元获得发送权。当多个单元同时开始发送时，各发送单元从仲裁段的第一位开始进行仲裁。连续输出显性电平最多的单元可继续发送。
STM32F1芯片自带bxCAN 控制器 (Basic Extended CAN)，即基本扩展CAN，可与 CAN 网络进行交互，它支持 2.0A 和 B 版本的CAN 协议。STM32F1的bxCAN有以下特点
bxCAN模块可以完全自动地接收和发送CAN报文，且完全支持标准标识符(11位)和扩展标识符(29位)。
bXCAN有3个主要的工作模式：初始化模式、正常模式和睡眠模式。除此之外，还有测试模式，静默模式，环回模式。
首先看一下CAN主控制寄存器 (CAN_MCR)的INRQ位。
通过介绍可以直到，想要进入初始化模式，软件先将CAN_MCR的INRQ位置1。然后等待硬件将CAN主状态寄存器（CAN_MSR）的INAK位置1。此时进入初始化模式。
当bxCAN处于初始化模式时，禁止报文的接收和发送，并且CANTX引脚输出隐性位(高电平)。
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。继续看上面对于CAN主控制寄存器INRQ位的介绍。软件将INRQ位清0，可以使CAN从初始化模式进入正常模式。此时等待硬件将CAN主状态寄存器的INAK位清0即可。
bxCAN可工作在低功耗的睡眠模式。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。
可以看出，软件将CAN主控制寄存器的SLEEP置1，即可请求进入睡眠模式。清零该位，退出睡眠模式。另外，如果CAN_MCR寄存器的AWUM位为’1’，一旦检测到CAN总线的活动，硬件就自动对SLEEP位清’0’来唤醒bxCAN。
将CAN_BTR寄存器的SILM位置’1’，来选择静默模式。
在静默模式下，bxCAN可以正常地接收数据帧和远程帧，但只能发出隐性位，而不能真正发送报文。如果bxCAN需要发出显性位(确认位、过载标志、主动错误标志)，那么这样的显性位在内部被接回来从而可以被CAN内核检测到，同时CAN总线不会受到影响而仍然维持在隐性位状态。因此，静默模式通常用于分析CAN总线的活动，而不会对总线造成影响－显性位(确认位、错误帧)不会真正发送到总线上。
将CAN_BTR寄存器的LBKM位置’1’，来选择环回模式。在环回模式下，bxCAN把发送的报文当作接收的报文并保存(如果可以通过接收过滤)在接收邮箱里。
环回模式可用于自测试。为了避免外部的影响，在环回模式下CAN内核忽略确认错误(在数据/远程帧的确认位时刻，不检测是否有显性位)。在环回模式下，bxCAN在内部把Tx输出回馈到Rx输入上，而完全忽略CANRX引脚的实际状态。发送的报文可以在CANTX引脚上检测到。
STM32将每一位分成三段
其中tpclk是APB1总线的时钟频率，默认为36MHz。
| 复用功能 | 没有重映射 | 部分重映射 | 完全重映射 |
|---|---|---|---|
| CAN_RX | PA11 | PB8 | PD0 |
| CAN_TX | PA12 | PB9 | PD1 |
CAN_RX配置为上拉输入模式，CAN_TX配置为复用推挽输出。
uint8_t CAN_Init(CAN_TypeDef* CANx, CAN_InitTypeDef* CAN_InitStruct)
结构体成员如下
| 结构体成员 | 作用 |
|---|---|
| CAN_Prescaler | 设置Tq长度，范围为0~1023，实际为配置值加1 |
| CAN_Mode | 设置CAN的工作模式 |
| CAN_SJW | 指定CAN硬件允许延长或缩短位以执行重新同步的最大时间量，可以配置为1~4Tq |
| CAN_BS1 | 设定BS1段的长度，范围是1~16Tq |
| CAN_BS2 | 设定BS2段的长度，范围是1~8Tq |
| CAN_TTCM | 是否使用时间触发功能 |
| CAN_ABOM | 是否使用自动离线管理，使用的话可以在结点离线后，适时的自动恢复，不需要软件干预 |
| CAN_AWUM | 是否使用自动唤醒 |
| CAN_NART | 是否使用自动重传 |
| CAN_RFLM | 是否使用锁存接收，接收FIFO溢出时，不使能该功能，则新的会覆盖旧的。使能该功能，会丢弃新的数据。 |
| CAN_TXFP | 设置发送报文优先级判定方法，使能时以报文发送邮箱的先后顺序发送，不使能，按照ID优先级发送。 |
波特率 = Fpclk1 / （（CAN_BS1 + CAN_BS2 + 1）* CAN_Prescaler）
void CAN_FilterInit(CAN_FilterInitTypeDef* CAN_FilterInitStruct)
结构体内容如下
| 结构体成员 | 作用 |
|---|---|
| CAN_FilterIdHigh | 如果筛选器工作在32位模式，该成员存储ID的高16位。如果筛选器工作在16位模式，该成员存储的是完整的16位筛选ID。 |
| CAN_FilterIdLow | 存储要筛选的ID，如果筛选器工作在32位模式，该成员存储ID的低16位。如果工作在16位模式，该成员存储第二个ID。 |
| CAN_FilterMaskIdHigh | 存储要筛选的掩码。当筛选器工作在标识符模式，与上面的第一个成员功能相同。当筛选器工作在掩码模式时，改为存储的是掩码的高16位，或者是一个完整的16位掩码。 |
| CAN_FilterMaskIdLow | 存储要筛选的掩码。当筛选器工作在标识符模式，与上面的第二个成员功能相同。当筛选器工作在掩码模式时，改为存储的是掩码的低16位，或者是一个完整的16位掩码。 |
| CAN_FilterFIFOAssignment | 报文通过删选后，该报文存储到哪个FIFO，可选择FIFO0，FIFO1 |
| CAN_FilterNumber | 选择要使用的筛选器编号，0~27 |
| CAN_FilterMode | 设置筛选器的工作模式，可以设置为列表模式和掩码模式 |
| CAN_FilterScale | 设置筛选器的位宽，32位或16位 |
| CAN_FilterActivation | 是否激活筛选器 |
void CAN_ITConfig(CAN_TypeDef* CANx, uint32_t CAN_IT, FunctionalState NewState)
CAN的中断类型有很多，这里就不再一一介绍了。
#define IS_CAN_IT(IT) (((IT) == CAN_IT_TME) || ((IT) == CAN_IT_FMP0) ||\
((IT) == CAN_IT_FF0) || ((IT) == CAN_IT_FOV0) ||\
((IT) == CAN_IT_FMP1) || ((IT) == CAN_IT_FF1) ||\
((IT) == CAN_IT_FOV1) || ((IT) == CAN_IT_EWG) ||\
((IT) == CAN_IT_EPV) || ((IT) == CAN_IT_BOF) ||\
((IT) == CAN_IT_LEC) || ((IT) == CAN_IT_ERR) ||\
((IT) == CAN_IT_WKU) || ((IT) == CAN_IT_SLK))
uint8_t CAN_Transmit(CAN_TypeDef* CANx, CanTxMsg* TxMessage)
发送之前需要配置好消息的结构体，消息结构体成员如下
| 结构体成员 | 作用 |
|---|---|
| StdId | 存储报文的11位的标准标识符，范围是0x0~0x7FF |
| ExtId | 存储报文的29位扩展标识符，范围是0x0~0x1FFFFFFF |
| IDE | 配置使用哪个标识符，配置为STD，为标准帧。配置为EXT，为扩展帧。 |
| RTR | 报文类型的标志，可以配置为CAN_RTR_Data，表示报文为数据帧。配置为CAN_RTR_Remote，表示报文为遥控帧。遥控帧没有数据段。 |
| DLC | 存储数据段的长度，0~8。如果报文为遥控帧，该值配置为0。 |
| Data[8] | 存储数据段数据 |
CAN接收函数为
void CAN_Receive(CAN_TypeDef* CANx, uint8_t FIFONumber, CanRxMsg* RxMessage)
CAN接收结构体与发送结构体基本相同，多了一个
| 结构体成员 | 作用 |
|---|---|
| FMI | 存储筛选器的编号，表示接收到的报文是从哪个筛选器进入FIFO的。 |
uint8_t CAN_TransmitStatus(CAN_TypeDef* CANx, uint8_t TransmitMailbox)
FlagStatus CAN_GetFlagStatus(CAN_TypeDef* CANx, uint32_t CAN_FLAG);
/*
*==============================================================================
*函数名称：Drv_Can_Init
*函数功能：初始化CAN
*输入参数：tsjw：重新同步跳跃宽度(Tsjw)；tbs1：BS1长度；tbs2：BS2长度；
brp：Tq大小；mode：CAN工作模式
*返回值：无
*备 注：无
*==============================================================================
*/
void Drv_Can_Init (u8 tsjw,u8 tbs1,u8 tbs2,u16 brp,u8 mode)
{
// 结构体定义
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
CAN_InitTypeDef CAN_InitStructure;
CAN_FilterInitTypeDef CAN_FilterInitStructure;
// 开启时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1, ENABLE); // 打开CAN1时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); // PA端口时钟打开
// 初始化GPIO
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11; // PA11 CAN_RX
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; // 上拉输入模式
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12; // PA12 CAN_TX
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // IO口速度为50MHz
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
// 初始化CAN
CAN_InitStructure.CAN_TTCM=DISABLE; // 非时间触发通信模式
CAN_InitStructure.CAN_ABOM=DISABLE; // 软件自动离线管理
CAN_InitStructure.CAN_AWUM=DISABLE; // 睡眠模式通过软件唤醒(清除CAN->MCR的SLEEP位)
CAN_InitStructure.CAN_NART=ENABLE; // 使用报文自动传送
CAN_InitStructure.CAN_RFLM=DISABLE; // 报文不锁定,新的覆盖旧的
CAN_InitStructure.CAN_TXFP=DISABLE; // 优先级由报文标识符决定
CAN_InitStructure.CAN_Mode= mode; //CAN工作模式设置
CAN_InitStructure.CAN_SJW=tsjw; // 重新同步跳跃宽度(Tsjw)为tsjw+1个时间单位 CAN_SJW_1tq~CAN_SJW_4tq
CAN_InitStructure.CAN_BS1=tbs1; // Tbs1范围CAN_BS1_1tq ~CAN_BS1_16tq
CAN_InitStructure.CAN_BS2=tbs2; // Tbs2范围CAN_BS2_1tq ~ CAN_BS2_8tq
CAN_InitStructure.CAN_Prescaler=brp; //分频系数(Fdiv)为brp+1
CAN_Init(CAN1, &CAN_InitStructure); // 初始化CAN1
// 初始化过滤器
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterNumber=0; // 过滤器0
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMode=CAN_FilterMode_IdMask; // 掩码模式
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterScale=CAN_FilterScale_32bit; // 32位
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdHigh=0x0000; // 32位ID
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdLow=0x0000;
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdHigh=0x0000; // 32位MASK
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdLow=0x0000;
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterFIFOAssignment=CAN_Filter_FIFO0; // 过滤器0关联到FIFO0
CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterActivation=ENABLE; // 激活过滤器0
CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStructure); // 过滤器初始化
}
/*
*==============================================================================
*函数名称：Med_Can_Send_Msg
*函数功能：发送报文
*输入参数：msg：数据段指针；len：数据长度
*返回值：0：发送成功；1：发送失败
*备 注：固定ID为0x12
*==============================================================================
*/
u8 Med_Can_Send_Msg (u8* msg,u8 len)
{
u8 mbox;
u16 i = 0;
CanTxMsg TxMessage; // 定义发送报文结构体
TxMessage.StdId = 0x12; // 标准标识符
TxMessage.ExtId = 0x12; // 扩展标识符
TxMessage.IDE = CAN_Id_Standard; // 使用标准标识符
TxMessage.RTR = 0; // 消息类型为数据帧，一帧8位
TxMessage.DLC = len;
for(i = 0;i < len;i ++)
{
TxMessage.Data[i] = msg[i]; // 填充帧数据段
}
mbox = CAN_Transmit(CAN1,&TxMessage); // 发送报文
i = 0;
// 等待发送结束
while((CAN_TransmitStatus(CAN1,mbox) == CAN_TxStatus_Failed) && (i < 0XFFF))
{
i++;
}
// 返回发送情况
if(i >= 0XFFF)
{
return 1;
}
return 0;
}
/*
*==============================================================================
*函数名称：Med_Can_Receive_Msg
*函数功能：接收报文
*输入参数：buf：数据缓存区指针
*返回值：0：没有接收到数据；其他：接收数据长度
*备 注：无
*==============================================================================
*/
u8 Med_Can_Receive_Msg (u8 *buf)
{
u32 i;
CanRxMsg RxMessage; // 定义接收报文结构体
// 没有接收到数据,直接退出
if( CAN_MessagePending(CAN1,CAN_FIFO0) == 0)
{
return 0;
}
CAN_Receive(CAN1, CAN_FIFO0, &RxMessage); // 读取数据
for(i = 0;i < RxMessage.DLC;i ++)
{
buf[i] = RxMessage.Data[i];
}
return RxMessage.DLC;
}
利用按键WK UP控制报文的发送，按下一次发送一次报文。配置CAN波特率为500Kbps，环回模式。利用串口打印接收数据。需要注意的是，STM32只有CAN控制器，想要实现报文的收发，需要自己连接CAN收发器。首先初始化CAN
// 初始化CAN，500Kbps波特率
Drv_Can_Init(CAN_SJW_1tq,CAN_BS1_9tq,CAN_BS2_8tq,4,CAN_Mode_LoopBack);
然后编写主程序
u8 gKeyValue = 0; // 获取按键值
u8 gSendData[8] = {'1','2','3','4','5','6','7','8'}; // 发送内容数组
u8 gReceData[8]; // 接收内容数组
u8 gFlag = 0; // 接收发送标志
int main(void)
{
Med_Mcu_Iint(); // 系统初始化
while(1)
{
gKeyValue = Med_KeyScan();
// WK UP 按下发送消息
if (gKeyValue == 1)
{
gFlag = Med_Can_Send_Msg(gSendData,8);
// 发送失败
if (gFlag)
{
printf ("Send Defeat!\r\n");
}
else
{
printf ("Send Success!\r\n");
}
}
// 接收报文
gFlag = Med_Can_Receive_Msg(gReceData);
// 接收成功
if (gFlag)
{
printf ("Receive Data:%s\r\n",gReceData);
}
}
}
测试结果如下
上面的CAN收发测试程序，发送的内容是字符串“12345678”。如果发送的是数字12345678。在串口打印接收数据时需要先将接收到的数据转换成字符，然后再打印。转换方法很简单，只需要对接收数组的每一位加48即可。