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  1.1CAN简介

CAN芯片是Controller Area Network 的缩写(以下称为CAN)，是ISO国际标准化的串行通信协议。在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。此后，CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。

CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

  1.2 CAN 物理层

  CAN与 I2C、SPI 等具有时钟信号的同步通讯方式不同，CAN 通讯并不是以时钟信号来进行同步的，它是一种异步通讯，只具有 CAN_High 和 CAN_Low 两条信号线，共同构成一组差分信号线，以差分信号的形式进行通讯。我们来看一个示意图

  1.3电气参数

  a)参考通信距离及传输速度

  通信距离(米)波特率

  251M

  70500K

  280125K

  350100K

  45080K

  70050K

  200018K

  30009K

  b)CAN总线上的节点数可达110个。

  c)总线状态

  总线状态 总线有“显性”和“隐性”两个状态，“显性”对应逻辑“0”，“隐性”对应逻辑“1”。

  差分信号又称差模信号，与传统使用单根信号线电压表示逻辑的方式有区别，使用差分信号传输时，需要两根信号线，这两个信号线的振幅相等，相位相反，通过两根信号线的电压差值来表示。

  (1)显性(dominant): ----逻辑0

  CANH----高电平 --------------3.0-4.25V ----典型值3.6V

  CANL----低电平 ---------------0.5-1.75V ----典型值1.4V

  Vdiff---------------------------------------------------------2.25V

  (2)隐性(recessive): ----逻辑1

  CANH----高电平 ----0.5VCC(2.0-3.0V) ----典型值2.5V

  CANL----低电平 ----0.5VCC(2.0-3.0V) ----典型值2.5V

Vdiff-------------------------------------------------------------0V

  1.4CAN 协议层

  1.4.1 CAN 的波特率及位同步

  由于 CAN 属于异步通讯，没有时钟信号线，连接在同一个总线网络中的各个节点会像串口异步通讯那样，节点间使用约定好的波特率进行通讯。

  1.4.2 位时序分解

  位时序逻辑将监视串行总线，执行采样并调整采样点，在调整采样点时，需要在起始位边沿进行同步并后续的边沿进行再同步。通过将标称位时间划分为以下三段，即可解释其工作过程：

  同步段 (SYNC_SEG)：位变化应该在此时间段内发生。它只有一个时间片的固定长度 (1 x tCAN)。

  位段 1 (BS1)：定义采样点的位置。它包括 CAN 标准的 PROP_SEG 和 PHASE_SEG1。其持续长度可以在 1 到 16 个时间片之间调整，但也可以自动加长，以补偿不同网络节点的频率差异所导致的正相位漂移。

  位段 2 (BS2)：定义发送点的位置。它代表 CAN 标准的 PHASE_SEG2。其持续长度可以在 1 到 8 个时间片之间调整。

  再同步跳转宽度 (SJW) 定义位段加长或缩短的上限。它可以在 1 到 4 个时间片之间调整。

  如果在 BS1 而不是 SYNC_SEG 中检测到有效边沿，则 BS1 会延长最多 SJW， 以便延迟采样点。

  相反地，如果在 BS2 而不是 SYNC_SEG 中检测到有效边沿，则 BS2 会缩短最多 SJW， 以便提前发送点。

  例子：

  假如要配置波特率为100k，所用单片机的APB时钟为42MHz，则：

  NominalBitTime：1/100000s即10us

  t(PCLK)：1/42000000S,即1/42us.

  此时只需((TS1[3:0] + 1)+ (TS2[2:0] + 1)+1)* (BRP[9:0] + 1) =420

  我们可令t(q)=1us，即(BRP[9:0] + 1)=42，，则

  TS1[3:0] + TS2[2:0] =7

  1.4.3 CAN 的报文种类及结构

  为了更有效地控制通讯，CAN 一共规定了 5 种类型的帧，它们的类型及用途说明如表

  1.5 STM32中的CAN框架

  STM32 的芯片中具有 bxCAN 控制器 (Basic Extended CAN)，它支持 CAN 协议 2.0A 和 2.0B 标准。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，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。框架示意图如下：

  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。框图中主要包含 CAN 控制内核、发送邮箱、接收 FIFO 以及验收筛选器。

  bxCAN 工作模式

  bxCAN 有三种主要的工作模式： 初始化、 正常和睡眠。

  a)初始化模式

  当硬件处于初始化模式时，可以进行软件初始化。筛选器的初始化可以在初始化模式之外进行。

  b)正常模式

  一旦初始化完成，软件必须向硬件请求进入正常模式，这样才能在 CAN 总线上进行同步，并开始接收和发送。筛选器尺度和模式配置必须在进入正常模式之前完成。

  c)睡眠模式(低功耗)

  为降低能耗功耗， bxCAN 具有低功耗模式，称为睡眠模式。