STM32-CAN控制器介绍

对CAN接口部分重要知识点进行记录，更详细的需要查看参考手册

CAN协议介绍：https://blog.csdn.net/weixin_46251230/article/details/129147612

bxCAN简介

STM32的CAN接口叫做bxCAN，bxCAN是基本扩展CAN(Basic Extended CAN)的缩写，它支持CAN协议2.0A和2.0B。它的设计目标是，以最小的CPU负荷来高效处理大量收到的报文。它也支持报文发送的优先级要求(优先级特性可软件配置)。

对于安全紧要的应用，bxCAN提供所有支持时间触发通信模式所需的硬件功能

时间触发模式：正常CAN通信是通过ID号来进行仲裁的，时间触发模式就不是通过ID号，而是通过一定的时间间隔来发送数据，需要自行规划好发送的间隔，避免造成冲突，而且数据也不会重发

发送具有3个发送邮箱，接收有3级深度的两个接收FIFO，这些都是用于数据的缓存作用

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。

CAN1比CAN2多了过滤器寄存器部分，所以CAN2接收到的数据ID需要通过CAN1来进行过滤，CAN1和CAN2都有自己的主发送邮箱和接收FIFO

接收滤波器的作用是过滤ID号的

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bxCAN工作模式

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

初始化模式：该模式下是禁止发送和接收的，只能做些初始化的动作，比如配置寄存器，因为配置时不能影响到总线，所以是禁止发送接收的

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

睡眠模式（低功耗）：总线上没有数据通信时，就处于睡眠模式了

bxCAN测试模式

静默模式

发送数据内部就进行接收，自发自收，不会对外发送，但能接收外部的数据，可以用来测试内部的数据接收以及外部的数据接收

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环回模式

环回模式是用来测试发送的，发送的数据可以被内部接收，同时还会发送到总线上，但不能接收外部i数据，在测试CAN功能是否正常时，可以使用该模式，只需一个主控板就行

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环回静默模式

完全内部发送和接收，与总线上没有通信数据

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发送处理

一开始发送邮箱处于空置状态，当往邮箱放入数据时，会变为挂号状态，因为邮箱是有3个优先级的，放入数据时可能高优先级的邮箱数据还没有发送出去，所以需要进行等待，进入挂号状态，当写入数据的邮箱变为最高优先级了，则进入预定状态，一旦CAN总线空闲时，数据就会被发送出去，处于发送状态，如果发送成功后会进入空置，发送失败也进入空置，失败时TXOK标志位置0，可以随时终止发送

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接收处理

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。

FIFO从空状态开始，在接收到第一个有效的报文后，FIFO状态变为挂号_ 1，软件可以读取FIFO输出邮箱来读出邮箱中的报文，然后通过对CAN_RFR寄存器的RFOM位设置’1’来释放邮箱，这样FIFO又变为空状态了。如果在释放邮箱的同时，又收到了一个有效的报文，那么FIFO仍然保留在挂号 _1状态，软件可以读取FIFO输出邮箱来读出新收到的报文。

如果应用程序不释放邮箱，在接收到下一个有效的报文后，FIFO状态变为挂号_ 2，重复上面的过程，第三个有效的报文把FIFO变为挂号_3状态

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溢出

当FIFO处于挂号_3状态(即FIFO的3个邮箱都是满的)，下一个有效的报文就会导致溢出，并且一个报文会丢失。至于哪个报文会被丢弃，取决于对FIFO的设置：

1、如果禁用了FIFO锁定功能(CAN_MCR寄存器的RFLM位被清’0’)，那么FIFO中最后收到的报文就被新报文所覆盖。这样，最新收到的报文不会被丢弃掉。

2、如果启用了FIFO锁定功能(CAN_MCR寄存器的RFLM位被置’1’)，那么新收到的报文就被丢弃，软件可以读到FIFO中最早收到的3个报文。

接收中断

一旦往FIFO存入一个报文，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_RFR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。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，在互联型产品中，bxCAN控制器为应用程序提供了28个位宽可变的、可配置的过滤器组(27~0)；在其它产品中，bxCAN控制器为应用程序提供了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。

STM32F1系列一个CAN的只有14个过滤器，如果是其他系列或者有两个CAN的就有28个过滤器

可变位宽

每个过滤器组的位宽都可以独立配置，以满足应用程序的不同需求。根据位宽的不同，每个过滤器组可提供：

1个32位过滤器，包括：STDID[10:0]、EXTID[17:0]、IDE和RTR位

2个16位过滤器，包括：STDID[10:0]、IDE、RTR和EXTID[17:15]位

为什么有16位和32位：因为CAN协议标准格式的数据帧ID是11位的，拓展格式的是29位的，当是11位ID就要用16位的过滤器，是29位ID的就用32位过滤器

屏蔽位模式（就相当于通配符，通配符位置的ID就不用关心，不是的就要匹配）

在屏蔽位模式下，标识符寄存器和屏蔽寄存器一起，指定报文标识符的任何一位，应该按照 “必须匹配”或“不用关心”处理。

标识符列表模式（给出ID列表，需完全匹配）

在标识符列表模式下，屏蔽寄存器也被当作标识符寄存器用。因此，不是采用一个标识符加一个屏蔽位的方式，而是使用2个标识符寄存器。接收报文标识符的每一位都必须跟过滤器标识符相同。

通过CAN_FMR的FBMx位，可以配置对应的屏蔽/ 标识符寄存器的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（通配符）。

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（ID列表）。

应用程序不用的过滤器组，应该保持在禁用状态。

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2个16位标识符屏蔽模式的过滤器可以过滤两个ID，4个16位标识符列表的过滤器可以过滤4个ID

过滤器优先级

根据过滤器的不同配置，有可能一个报文标识符能通过多个过滤器的过滤；在这种情况下，存放在接收邮箱中的过滤器匹配序号，根据下列优先级规则来确定：

● 位宽为32位的过滤器，优先级高于位宽为16位的过滤器

● 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

● 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

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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。

位时间特性

CAN总线的位时序分为了同步段（SS）、传播时间段（PTS）、相位缓冲段 1（PBS1）和相位缓冲段 2（PBS2），STM32的CAN只分为了同步段(SYNC_SEG)，时间段1(BS1)和时间段2(BS2)，时间段1包含了传播时间段和相位缓冲段1，时间段2对应相位缓冲段2

波特率计算公式如下

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