CAN总线的个人理解

部分内容可以参考：https://blog.csdn.net/xwwwj/article/details/105372234?

CAN概念简介

CAN是Controller Area Network 的缩写
CAN协议经过ISO标准化后有两个标准：ISO11898标准和ISO11519-2标准。其中ISO11898是针对通信速率为125Kbps~1Mbps的高速通信标准，而ISO11519-2是针对通信速率为125Kbps以下的低速通信标准。根据具体使用场景和传输介质以及波特率的不同CAN协议有很多种
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CAN特点

下面图引用参考连接中的两张
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物理信号特点

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一、CAN总线的逻辑信号是根据两根线（CAN-LOW,CAN-High）的压差确定的，
二、总线上连根线的压差是0，则对应信号逻辑1；压差是2.5v左右，则对应信号逻辑0.这和普通的认知不太一样
三、逻辑0对应的是显性信号，逻辑1对应的是隐性信号

协议特点分析

一、总线上每个设备都有发送信息的权力。根据发送信息帧中包含的ID(标识符)的优先级确定那个做为可以发送的设备。对优先级判断是通过仲裁得到结果
二、由于CAN中无地址的概念，只有一个可以表示优先级高低的标识符（ID），因此多加入设备也不用考虑物理地址连线的问题
三、速度快
四、每个设备都会检测错误；若出现错误，本设备也会立即停止发送，并立即会将这个错误通知所有其他设备；这个单元会重新发送这个消息直到成功。
五、判断故障种类，若是持续故障，这个设备会被总线隔离
六、根据二中提到的协议方式，理论上可连接无数设备，但根据实际情况中的电气特点，负载多通信时间会慢。但相比于其他需要地址的协议来说，CAN总线能连接的设备还是很多的

CAN通信共有5中帧类型

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数据帧和遥控帧有标准格式和扩展格式两种格式。标准格式有11 个位的标识符（ID），扩展格式有29 个位的ID

数据帧

D为显性电平逻辑0，R为隐形电平逻辑1，以下也是
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帧起始：标准帧和扩展帧都是由一个显性电平表示帧起始（1→0）
仲裁段：两种格式。
仲裁段有以下特点：

ID(identify)：高位在前，低位在后。
基本ID，禁止高7位都为隐性，即不能：ID=1111111XXXX。
RTR，远程请求位。0，数据帧；1，远程帧；
SRR，替代远程请求位。设置为1（隐性电平）；
IDE，标识符选择位。0，标准标识符；1，扩展标识符；

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控制段:6个位构成，但并不是表示数据段字节数0~2⁶ 个字节，只有0-8个字节有效，但接收方不认为9-15个字节错误

r0，r1：保留位。必须以显现电平发送，但是接收可以是隐性电平。
DLC：数据长度码。0~8，表示发送/接收的数据长度（字节）。
IDE，标识符选择位。0，标准标识符；1，扩展标识符；

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数据段：从上段可知，数据段可传送最多8字节。也就是64个bit位。从最高位（MSB）开始输出

循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check， CRC）CRC段。该段用于检查帧传输错误。由15个位的CRC顺序和1个位的CRC界定符（用于分隔的位）组成，标准帧和扩展帧在这个段的格式也是相同的：

CRC的值计算范围包括：帧起始、仲裁段、控制段、数据段。
接收方以同样的算法计算 CRC 值并进行比较，不一致时会通报错误。

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CRC段计算方式参考：https://blog.csdn.net/qq_37960317/article/details/110818193，https://zhuanlan.zhihu.com/p/256487370
ACK段。此段用来确认是否正常接收。由ACK槽(ACK Slot)和ACK界定符2个位组成。标准帧和扩展帧在这个段的格式也是相同的：
发送单元ACK段：发送2个隐性位（逻辑1）。
接收单元ACK段：接收到正确消息的单元，在ACK槽发送显性位，通知发送单元，正常接收结束。称之为发送ACK/返回ACK。
注意：发送 ACK 的是既不处于总线关闭态也不处于休眠态的所有接收单元中，接收到正常消息的单元（发送单元不发送ACK）。正常消息是指：不含填充错误、格式错误、CRC 错误的消息。

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帧结束。由7个位的**隐性位(逻辑1)**组成。标准帧和扩展帧在这个段格式完全一样

判断那个设备占用总线——仲裁段

规律：1，总线空闲时，最先发送的单元获得发送优先权，一但发送，其他单元无法抢占。
2，如果有多个单元同时发送，则连续输出显性电平多的单元，具有较高优先级。
3，多单元同时发送，从ID开始比较，如果ID相同，还可能会比较RTR（数据帧/遥控帧）和SRR（标准格式/扩展格式）等位。

同时发送，但ID不同

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(逻辑0)**最多的单元可继
续发送。
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同ID时，比较比较RTR（数据帧/遥控帧）和SRR（标准格式/扩展格式）

RTR，远程请求位。0，数据帧；1，远程帧；
SRR，替代远程请求位。设置为1（隐性电平）；
其他条件相同，遥控帧优于远程帧，标准优于扩展ID

这时，两个位的显性电平起作用，所以遥控帧>远程帧,标准数据帧>扩展数据帧,看出SRR位一定为隐形电平逻辑1.
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CAN总线数据传输时间

位速率。简单说就是每秒钟发送位数。传送一个位的时间一般可以分为如下四段：

同步段（SS）：又叫做同步段，它的作用就是判断节点与总线的时序是否一致，如何判断我们稍后再讲。先留一个疑点。它的长度为1tq
传播时间段（PTS）：用于补偿网络的延时时间
相位缓冲段1（PBS1），相位缓冲段2（PBS2）：都是用来补偿阶段的误差

构成这四个时间段的最小单位是，Time Quantum（以下称为Tq），这样通过这个最小单位可以知道传送一位数据的时间，也就是传送一位数据周期。下图中，总线的一个逻辑变化就是传送一位数据时间，而每一位的传送都经过四个阶段
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数据同步

硬件同步

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再同步

分为两种情况，当逻辑下降沿在PTS阶段时，若接收的下降沿晚了几个Tq，会通过在PBS1和PBS2之间填充Tq来把逻辑下降沿同步；当逻辑下降沿在PBS2阶段，需要将PBS2中的时间减少使得下降沿在SS阶段。
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结合STM的CAN 控制器看

CAN控制器框图

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从上面整体的图看出

1.一对主从CAN同时在一个512k的SRAM中
2，每个CAN单元都有两个三层FIFO接收邮箱（所以一个FIFO可以同时存三个完整报文），和三个发送邮箱
3 ，主和从CAN共用接收过滤（互联网型是28个，103系列是14个），从CAN单元的过滤器开始是通过设置FMR寄存器完成的（互联网型）

整体数据发送接收过程

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接收过程：从第一个有效报文接收后，再次接收则FMP的状态改变，而FIFO中有两个完整报文，FIFO中最多保存三个报文。软件可以读取FIFO输出邮箱来读出新收到的报文，也就是一直读取FIFO挂号1的报文。
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CAN收到的有效报文，存储在3级邮箱深度的FIFO中。FIFO接收到的报文数，我们可以通过查询CAN_RFxR的FMP寄存器来得到，只要FMP不为0，我们就可以从FIFO读出收到的报文
报文FIFO具有锁定功能(由CAN_MCR，RFLM位控制)，锁定后，新数据将丢弃，一直存的是旧的三个报文；不锁定则新数据将替代老数据