CAN通讯协议详解

阅读引言：本篇博文想给需要的人介绍一下CAN总线，这个也算是我从B站学习记得笔记分享吧也算是。简单的介绍了CAN总线的大致内容，简述支持CAN功能的STM32的简单使用例程。本视频的中的图片内容均来自B站爱上半导体博主的内容。

CAN高质量教学视频

1.CAN总线详细讲解

2.STM32的CAN总线通信的简单引入

1.CAN总线详细讲解

CAN通讯总线的简单介绍

Can 总线应用最多的是汽车领域，Can 是Control every network 的首字母缩写，意思是控制器局域网

控制器局域网，该通信总线应用最多的是汽车领域。

局域网，想必大家都很熟悉，就是把几台电脑连到一个路由器上, 这样这几台电脑就可以通讯了

那CAN 和这个也类似,这里的控制器在汽车中的专业术语叫Ecu, 电子控制单元

意思是电子控制单元，它可以看作是一台超小型的计算机，它内部集成了供电系统，单片机驱动系统是汽车里面最小的控制模块，为了能让Ecu之间进行通讯，

ECU是汽车中的最小控制单元

为了能让ECU之间能够进行通信，人们设计了can通讯，为了减少线束的数量

而如果不使用看总线，ECU之间是点对点通信的，那将使用数倍长的铜线，而且线数还非常杂乱，而通过Can 这么多Ecu 只需要挂载到看总线上就可以组成局域网通讯了，大大减少了线束的长度，那接下来我们就来说，一下看总线到底是如何通讯的。

CAN的通讯实现

要进行看通讯，需要专门的看收发芯片，这是单片机的发送和接收线，它的逻辑一是高电平逻辑理应是低电平，这种普通逻辑我们很好理解

但是经过CAN收发器之后，普通信号就会被转化成差分信号，差分线是用2根线表示一个信号

如果我们使用单片机给CAN收发器发送一个低电平，它的2根线分别输出3.5伏和1.5伏，它们的电压差是两伏，这是显示电平表示逻辑零而当我们给它发送高电平，平时，它的2根线输出的都是2.5伏压差，电压差是零伏，表示逻辑一，这就是差分信号

同样的看收发器，也可以把接收到的差分信号转化成普通电瓶信号，然后再发给单片机，那采用差分信号有什么好处呢？

那这样有什么好处呢？如果只有一根线，但某一点受到干扰，它的电瓶就会发生跳变，这样就会导致传输出现错误，所以不能进行长距离传输，而看通讯采用的差分信号是2根线共同作用

而CAN通讯采用的时两根线共同作用，而且是双脚线缠绕，这样即使是受到干扰，也是2根线同时受到干扰，它们的压差也会保持不变，这样就能保证传递的信息不受干扰，所以看信号可以传输的距离很长，可达1000米

CAN的数据帧

那接下来我们来说一下CAN通讯到底在传递什么可以看一下，这是一帧标准的数据帧

第一位是起始位，它一定得是逻辑0

接下来的11位是识别码根据是11位识别码就能知道这一张信息是发给哪一个设备呢，每一个设备都有属于自己的11位识别码

接下来的一位是用来区分数据帧或者远程请求帧，如果是远程请求帧，这一位是一，而我们这是一串数据帧，这里就必须得是零

接下来的6位是控制码，它是控制数据长度的，先说它的第一位, IDE位，第一位用来区分标准格式和拓展格式，

在标准格式当中，有11位识别码，这一位是逻辑零而在拓展格式中，它的识别码有11位，这一位是逻辑0

下面一位是预留位，它是逻辑零

接下来的4位是DLC 位及数据长度代码，它的二进制编码是零到八，

如果是一则后面的数据位，就只有一个字节8位，而如果它的值是八则后面的数据位就是8个字节64位

接下来是16位Crc 码及循环冗余校验位，它是为了确保数据的准确性而设置的，首先是15位Crc 校验码设备接收端会根据数据计算出它的Crc 位，如果计算出来的和接收到的Crc 不一致，说明数据存在问题，就会重新发送一遍，数据帧下面一位是Crc 的界定符，他是逻辑一目的是为了把后面的信息隔开

然后是2位Ac k 码，第一位是Ac k 确认操发送端发送的是逻辑一而接收端，回复的是逻辑0应来表示应答，第2位是Ac k 界定位，它一定是逻辑一作用是把后面的数据隔开

最后是7位结束位，这7位都是逻辑一表示数据帧传输结束

这就是一串标准数据帧，如果用差分信号表示它的电瓶是这样的。

因为看总线上挂载了很多设备，如果是2个设备同时发送信息，此时哪一个设备发送的信息优先呢，这就得看11位的识别码了，它不仅是设备的唯一识别码，而且还代表了优先级，比如这两帧数据是同时发出的

应该以哪一个为准呢，当总线上同时出现逻辑零和逻辑一的时候，总线会被制为逻辑零，此后上面那个数据帧就不会再发送了好了，这就是我对开通讯的理解，希望对你理解有帮助

2.STM32的CAN总线通信的简单引入

CAN（Controller Area Network）是一种高级串行通信总线，常用于工业控制、汽车电子等领域。STM32微控制器系列中的许多型号都内置了CAN控制器，能够方便地实现CAN总线通信。本文将介绍STM32的CAN总线通信原理以及如何在STM32上实现CAN通信的方法。

CAN总线通信基本原理：

CAN总线是一种基于多主机、分布式、多节点的串行通信系统，支持高速数据传输和优先级控制。CAN总线使用两根不同的线路：CANH和CANL，以差分信号的形式传输数据。CAN总线采用CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）的冲突检测机制，可以避免冲突发生。

要在STM32上实现CAN总线通信，首先需要对CAN硬件进行配置和初始化，然后可以使用相应的API函数进行数据的发送和接收。

以下是一个使用STM32的CAN总线实现数据发送和接收的示例代码：

#include "stm32xxxx.h"

CAN_HandleTypeDef hcan1;

void CAN_Init(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
  
  // 使能CAN时钟
  __HAL_RCC_CAN1_CLK_ENABLE();
  
  // 配置CAN引脚
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_11 | GPIO_PIN_12;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
  GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF_CAN1;
  HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
  
  // 配置CAN控制器
  hcan1.Instance = CAN1;
  hcan1.Init.Mode = CAN_MODE_NORMAL;
  hcan1.Init.AutoBusOff = ENABLE;
  hcan1.Init.AutoWakeUp = DISABLE;
  hcan1.Init.AutoRetransmission = DISABLE;
  hcan1.Init.ReceiveFifoLocked = DISABLE;
  hcan1.Init.TransmitFifoPriority = DISABLE;
  hcan1.Init.SyncJumpWidth = CAN_SJW_1TQ;
  hcan1.Init.TimeSeg1 = CAN_BS1_3TQ;
  hcan1.Init.TimeSeg2 = CAN_BS2_2TQ;
  
  HAL_CAN_Init(&hcan1);
}

void CAN_SendData(uint8_t* pData, uint32_t size)
{
  CAN_TxHeaderTypeDef TxHeader;
  
  TxHeader.StdId = 0x123;
  TxHeader.ExtId = 0;
  TxHeader.IDE = CAN_ID_STD;
  TxHeader.RTR = CAN_RTR_DATA;
  TxHeader.DLC = size;
  TxHeader.TransmitGlobalTime = DISABLE;
  
  uint32_t TxMailbox;
  HAL_CAN_AddTxMessage(&hcan1, &TxHeader, pData, &TxMailbox);
  
  // 等待发送完成
  while (HAL_CAN_GetTxMailboxesFreeLevel(&hcan1) != 3) {}
}

void CAN_ReceiveData(void)
{
  CAN_RxHeaderTypeDef RxHeader;
  uint8_t RxData[8];
  
  HAL_CAN_GetRxMessage(&hcan1, CAN_RX_FIFO0, &RxHeader, RxData);
  
  // 处理接收到的数据
}

int main(void)
{
  HAL_Init();
  CAN_Init();
  
  while (1)
  {
    // 主循环代码
    
    // 发送数据
    uint8_t data[8] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08};
    CAN_SendData(data, sizeof(data));
    
    // 接收数据
    CAN_ReceiveData();
  }
}

在上述代码中，我们首先初始化了CAN硬件（通过CAN_Init函数）。然后，我们使用HAL_CAN_AddTxMessage函数发送数据，使用HAL_CAN_GetRxMessage函数接收数据。在主循环中，我们可以编写其他代码并调用CAN_SendData和CAN_ReceiveData函数来进行数据的发送和接收。

通过配置CAN的控制器和引脚，以及编写相应的代码，我们可以轻松地在STM32上实现CAN总线通信。使用CAN总线可以实现高速的分布式数据通信，适用于许多应用领域，如工业控制、汽车电子等。