STM32的CAN外设简介

CAN框图剖析

CAN控制内核

工作模式

位时序及波特率

CAN发送邮箱

CAN接收FIFO

验收筛选器（重点）

整体控制逻辑

STM32的CAN外设简介

STM32的芯片中具有bxCAN控制器 (Basic Extended CAN 基本扩展CAN外设)，它支持CAN协议2.0A（不支持扩展帧）和2.0B标准（支持扩展帧）。所以我们的STM32芯片是可以发送控制帧的。

该CAN控制器支持最高的通讯速率为1Mb/s；可以自动地接收和发送CAN报文，支持使用标准ID和扩展ID的报文；外设中具有3个发送邮箱，发送报文的优先级可以使用软件控制，还可以记录发送的时间；具有2个3级深度的接收FIFO（每个可以存储一个报文，一共可存储6个报文），可使用过滤功能只接收或不接收某些ID号的报文；可配置成自动重发；不支持使用DMA进行数据收发。

至此，所介绍的CAN协议只是CAN的基本协议，在CAN协议之上有一种叫做CAN OPEN的协议。它是在CAN基本协议的基础上，对很多报文进行一些规定，比如说怎么传送，怎么在几个节点之间进行通信都有一些更详细的规定。在我们实际工作中大部分都是用CAN OPEN协议。简单来说就是CAN OPEN在CAN的基础上又打包了很多情况，根据很多情况进行处理。

就相当于TCP/IP协议，它本身只规定了每个节点之间用MAC地址进行数据传输，然后再它之上又加了IP协议和TCP协议这些东西。

CAN框图剖析

CAN控制内核
CAN发送邮箱：我们要发送报文的时候，先把报文放在邮箱里面，当总线空闲了之后就会去发送了。多个节点会有总线竞争的情况，多个节点同时发送报文的时候，就会将报文进行缓存，然后根据ID号优先级来发送。
CAN接收FIFO：作用和发送邮箱一样，用于暂存数据报文。
验收筛选器：通过验收筛选器可以对总线上的数据报文进行筛选，筛选某一类的报文存储在接收FIFO里。
整体控制逻辑

STM32的有两组CAN控制器，其中CAN1是主设备，框图中的“存储访问控制器”是由CAN1控制的，CAN2无法直接访问存储区域，所以使用CAN2的时候必须使能CAN1外设的时钟。在STM32F103中只有一个CAN设备，在STM32F105或STM32F4以上版本才有两个CAN外设。

CAN控制内核

框图中标号1处的CAN控制内核包含了各种控制寄存器及状态寄存器，我们主要讲解其中的主控制寄存器CAN_MCR及位时序寄存器CAN_BTR。

主控制寄存器CAN_MCR负责管理CAN的工作模式，它使用以下寄存器位实现控制。

DBF调试冻结功能

DBF(Debug freeze)调试冻结，使用它可设置CAN处于工作状态或禁止收发的状态，禁止收发时仍可访问接收FIFO中的数据。这两种状态是当STM32芯片处于程序调试模式时才使用的，平时使用并不影响。

TTCM时间触发模式

TTCM(Time triggered communication mode)时间触发模式，它用于配置CAN的时间触发通信模式，在此模式下，CAN使用它内部定时器产生时间戳，并把它保存在CAN_RDTxR、CAN_TDTxR寄存器中。内部定时器在每个CAN位时间累加，在接收和发送的帧起始位被采样，并生成时间戳。利用它可以实现ISO 11898-4 CAN标准的分时同步通信功能。

ABOM自动离线管理

ABOM(Automatic bus-off management) 自动离线管理，它用于设置是否使用自动离线管理功能。当节点检测到它发送错误或接收错误超过一定值时，会自动进入离线状态，在离线状态中，CAN不能接收或发送报文。处于离线状态的时候，可以软件控制恢复或者直接使用这个自动离线管理功能，它会在适当的时候自动恢复。

AWUM自动唤醒

AWUM(Automatic bus-off management)，自动唤醒功能，CAN外设可以使用软件进入低功耗的睡眠模式，如果使能了这个自动唤醒功能，当CAN检测到总线活动的时候，会自动唤醒。

NART自动重传

NART(No automatic retransmission)报文自动重传功能，设置这个功能后，当报文发送失败时会自动重传至成功为止。若不使用这个功能，无论发送结果如何，消息只发送一次。

RFLM锁定模式

RFLM(Receive FIFO locked mode)FIFO锁定模式，该功能用于锁定接收FIFO。锁定后，当接收FIFO溢出时，会丢弃下一个接收的报文。若不锁定，则下一个接收到的报文从第一个FIFO开始覆盖原报文。

TXFP报文发送优先级的判定方法

TXFP(Transmit FIFO priority)报文发送优先级的判定方法，当CAN外设的发送邮箱中有多个待发送报文时，本功能可以控制它是根据报文的ID优先级还是报文存进邮箱的顺序来发送。

工作模式

为方便调试，STM32的CAN提供了测试模式，配置位时序寄存器CAN_BTR的SILM及LBKM寄存器位可以控制使用正常模式、静默模式、回环模式及静默回环模式

通过位时序寄存器来进行配置

正常模式

正常模式下就是一个正常的CAN节点，可以向总线发送数据和接收数据。

静默模式

静默模式下，它自己的输出端的逻辑0数据会直接传输到它自己的输入端，逻辑1可以被发送到总线，所以它不能向总线发送显性位(逻辑0)，只能发送隐性位(逻辑1)。输入端可以从总线接收内容。由于它只可发送的隐性位不会强制影响总线的状态，所以把它称为静默模式。这种模式一般用于监测，它可以用于分析总线上的流量，但又不会因为发送显性位而影响总线。多用于车载系统性能检测。

回环模式

回环模式下，它自己的输出端的所有内容都直接传输到自己的输入端，输出端的内容同时也会被传输到总线上，即也可使用总线监测它的发送内容。输入端只接收自己发送端的内容，不接收来自总线上的内容。使用回环模式可以进行自检。

回环静默模式

回环静默模式是以上两种模式的结合，自己的输出端的所有内容都直接传输到自己的输入端，并且不会向总线发送显性位影响总线，不能通过总线监测它的发送内容。输入端只接收自己发送端的内容，不接收来自总线上的内容。这种方式可以在“热自检”时使用，即自我检查的时候，不会干扰总线。

位时序及波特率

STM32外设定义的位时序与前面解释的CAN标准时序有一点区别：

STM32的CAN外设位时序中只包含3段，分别是同步段SYNC_SEG、位段BS1及位段BS2，采样点位于BS1及BS2段的交界处。其中SYNC_SEG段固定长度为1Tq，而BS1及BS2段可以在位时序寄存器CAN_BTR设置它们的时间长度，它们可以在重新同步期间增长或缩短，该长度SJW也可在位时序寄存器中配置。

理解STM32的CAN外设的位时序时，可以把它的BS1段理解为是由CAN标准协议中PTS段与PBS1段合在一起的，而BS2段就相当于PBS2段。

它们的时间也是通过位时序寄存器来进行配置，比如我们的BS2设置位3Tq，TS2就要设置为2，同理TS1

通过配置位时序寄存器CAN_BTR的TS1[3:0]及TS2[2:0]寄存器位设定BS1及BS2段的长度后，就可以确定每个CAN数据位的时间：

BS1段时间：

TS1=Tq x (TS1[3:0] + 1)，

BS2段时间：

TS2= Tq x (TS2[2:0] + 1)，

一个数据位的时间：

T1bit =1Tq+TS1+TS2 =1+ (TS1[3:0] + 1)+ (TS2[2:0] + 1)= N Tq

其中单个时间片的长度Tq与CAN外设的所挂载的时钟总线及分频器配置有关，CAN1和CAN2外设都是挂载在APB1总线上的，而位时序寄存器CAN_BTR中的BRP[9:0]寄存器位可以设置CAN外设时钟的分频值，所以：

Tq = (BRP[9:0]+1) x TPCLK

其中的PCLK指APB1时钟，默认值为36MHz。

最终可以计算出CAN通讯的波特率：

BaudRate = 1/N Tq

CAN发送邮箱

CAN外设一共有3个发送邮箱，即最多可以缓存3个待发送的报文。

每个发送邮箱中包含有标识符寄存器CAN_TIxR、数据长度控制寄存器CAN_TDTxR及2个数据寄存器CAN_TDLxR、CAN_TDHxR，它们的功能如下：

当要使用CAN外设发送报文时，把报文的各个段分解，按位置写入到这些寄存器中，并对标识符寄存器CAN_TIxR中的发送请求寄存器位TMIDxR_TXRQ置1，即可把数据发送出去。

其中标识符寄存器CAN_TIxR中的STDID寄存器位比较特别。CAN的标准标识符的总位数为11位，而扩展标识符的总位数为29位的。当报文使用扩展标识符的时候，标识符寄存器CAN_TIxR中的STDID[10:0]等效于EXTID[18:28]位，它与EXTID[17:0]共同组成完整的29位扩展标识符。

CAN接收FIFO

CAN外设一共有2个接收FIFO，每个FIFO中有3个邮箱，即最多可以缓存6个接收到的报文。当接收到报文时，FIFO的报文计数器会自增，而STM32内部读取FIFO数据之后，报文计数器会自减，通过状态寄存器可获知报文计数器的值，而通过前面主控制寄存器的RFLM位，可设置锁定模式，锁定模式下FIFO溢出时会丢弃新报文，非锁定模式下FIFO溢出时新报文会覆盖旧报文。

跟发送邮箱类似，每个接收FIFO中包含有标识符寄存器CAN_RIxR、数据长度控制寄存器CAN_RDTxR及2个数据寄存器CAN_RDLxR、CAN_RDHxR，其功能如下：