1、概述

CAN是Controller Area Network的缩写，是ISO的国际标准化的串行通信协议。在当前的汽车产业中，有各种各样的电子控制系统，这些系统之间所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同。1986年电气商博世公司开发出面向汽车的CAN通信协议。现在，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。

CAN控制器根据两根线上的电位差来判断总线电平。总线电平分为显性电平和隐形电平，二者必居其一。发送方通过使总线电平发生变化，将消息发送给接收方。

CAN的特点：

1. 多主控制。总线空闲时，所有单元都可以发送消息；最先访问总线的单元优先；同时发送看ID优先级。

2. 消息的发送。所有消息以固定的格式发送；ID不是地址，是访问总线的优先级；2个以上单元同时发送消息，会对ID进行逐位仲裁。

3. 系统的柔软性。没有“地址”信息；总线增加单元时，软硬件不需要改变。

4. 通信速度。根据整个网络的规模，设定合适的速度；同一网络，必须统一通信速度。

5. 远程数据请求。可通过发“遥控帧”，请求其他单元发送数据。

6. 错误检测功能、错误通知功能、错误恢复功能。所有单元都可以检测错误；检测出错误的单元会通知其他单元；正在发送消息的单元一旦检测出错误会强制结束当前的发送；强制结束的单元会不断重新发送直到成功为止。

7. 故障封闭。CAN可以判断出错误类型是暂时的数据错误（如外部噪声等）；或是持续的数据错误（如单元内部故障，驱动器故障，断线等）；当为持续故障时，可将引起故障的单元隔离。

8. 连接。CAN总线可同时连接多个单元的总线；可连接的单元总数理论上没有限制；实际上，降低通信速度，可连接单元数增加，提高通信速度，可连接的单元数减少。

CAN协议经过ISO标准化后有两个标准，ISO11898标准和ISO11519-2标准，该标准的物理层特性如下图所示；

ISO11898物理层特性

从该特性可以看出，显性电平对应逻辑“0”；CAN_H和CAN_L之差为2.5V左右；而隐形电平对应逻辑“1”；CAN_H和CAN_L之差为0V。在总线上显性电平具有优先权，只要一个单元输出显性电平，总线上即为显性电平。而隐形电平则具有包容的意味，只有所有的单元都输出隐形电平，总线上才为隐形电平；另外，在CAN总线的起始端都有一个120欧的终端电阻，来做阻抗匹配，以减少回波反射。

2、帧类型及对应的寄存器

CAN协议分为以下5种类型的帧；

各种帧及其用途

由于篇幅所限，接下来着对数据帧进行介绍；数据帧分为7个部分，若下图所示；

结合下面的标识符寄存器来分析有哪些比较重要的信息，

寄存器的[31:3]位用来存储数据帧的ID，标准格式只用到[31:21]位。

寄存器的位2是IDE，该位是用来判断标准格式还是扩展格式，当为1时，为扩展格式，当为0时，为标准格式。

寄存器的位1是RTR，该位是用来判断是数据帧还是遥控帧，当为1时，为遥控帧，当为0时，为数据帧。

接下来看数据长度寄存器，位[3:0]为DLC，指定数据长度，最多8个字节。

接下来为两个高低字节数据寄存器，用来存放数据；

上面的寄存器是发送邮箱的寄存器，接收邮箱的寄存器几乎一样，可参考STM32中文手册，对比一下。

3、位时序

接下来介绍位时序，每秒钟发送的位数叫做位速率，一个位可以分为4段：同步段（ss）、传播时间段（PTS）、相位缓冲段1（PBS1）、相位缓冲段2（PBS2）；每个段又由若干个Tq构成，Tq为最小的时间单位。

所以只要更改TS1[3:0]，TS2[2:0]，BRP[9:0]这几个位，就能设置相应的波特率。对于STM32F103这块芯片，它的CAN时钟是由APB1时钟提供的，最大为36MHZ，设TS1=8，TS2=7，BRP=3，就可以得到500Kbps的波特率。

4、标识符过滤器

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，叫拷贝到SRAM里，如果不需要，报文就丢弃且无需软件的干预。

为满足这一需求，bxCAN控制器就为应用程序提供了若干个位宽可变、可配置的过滤器组（互联型28个，其他产品14个）。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_FiR0和CANFiR1组成（互联产品中i=0~27，其他产品i=0~13）。

在设置过滤器模式、位宽、FIFO关联寄存器之前，要将CAN_FMR的位0 FINIT设置为初始化模式。

过滤器分为屏蔽位模式和标识符列表两种模式；

屏蔽位模式是指屏通过蔽寄存器CAN_FiR2与标识符寄存器CAN_FiR1搭配，当屏蔽寄存器为1时，接收到的标识符必须与标识符寄存器对应的位一致，才能被接收；当屏蔽寄存器为0时，接收到的标识符与标识符寄存器对应的位可以不同，举例：

标识符寄存器CAN_FiR1 0xFFFF 0000；

蔽寄存器CAN_FiR2 0xFF00 FF00；

只有当接收到的报文为 0xFFxx 00xx格式的才能被接收（x表示0或1），

每组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；

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

上述的不同

配置可以产生下面的情况；

共有两个接收邮箱FIFO0和FIFO1，通过下面的寄存器决定数据存储在哪个接收FIFO。

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放到FMI，如果没有匹配，报文标识符就接着与配置在屏蔽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。

5、程序思路

1. 配置相关引脚的复用功能，使能CAN时钟；要用CAN，要先使能CAN的时钟，CAN的时钟通过APB1ENR的第25位来设置。其次要设置CAN的相关引脚为复用，这里我们需要设置PA11为上拉输入（CAN_RX引脚），PA12为复用输出（CAN_TX引脚），并使能PA口的时钟。

2. 设置CAN工作模式及波特率；通过先设置CAN_MCR寄存器的INRQ位，让CAN进入初始化模式，然后设置CAN_MCR的其他相关控制位，再通过CAN_BTR设置波特率和工作模式（正常模式、环回模式）等信息。最后设置INRQ为0，退出初始化模式。

3. 设置滤波器；本例程，我们将使用筛选器组0，并工作在32位标识符屏蔽位模式下。要先设置CAN_FMR的FINT位，进入初始化模式，然后设置筛选器组0的工作模式以及标识符ID和屏蔽位。最后激活筛选器，并退出初始化模式。

6、程序分析

1、从官方封装的CAN初始化程序分析寄存器如何被操作

检验参数是否合理

退出睡眠模式，进入初始化模式，并开始等待初始化确认并计时，如果当时间等于INAK_TIMEOUT且还未初始化成功时，退出while返回错误状态；如果当初始化成功，退出while循环。并对使能的位进行设置。

对BTR寄存器的位31、30进行模式设置，并设置波特率，接着退出初始化模式。等待退出初始化确认，如果在INAK_TIMEOUT这个时间内成功退出，返回成功状态，否则返回失败状态。

2、从官方封装的CAN过滤器初始化程序分析寄存器如何被操作

首先将CAN过滤器进入初始化模式，然后对选择的过滤器禁用。

如果选择的位宽是16位，则CAN_FS1R对应的位清零。

如果选择的位宽是32位，则CAN_FS1R对应的位置1。

如果选择屏蔽位模式，CAN_FM1R对应位清零；如果选择标识符模式，CAN_FM1R对应位置1。

如果选择关联到FIFO0，则CAN_FFA1R对应位清零；如果选择关联到FIFO1，则CAN_FFA1R对应位置1。

如果使能过滤器激活，则对CAN_FA1R置1，最后退出初始化模式。

3、从官方封装的发送函数看寄存器如何被操作

首先依次查询0~2哪个邮箱为空，如果都不为空，返回状态没有空闲邮箱。

根据IDE判断是标准标识符还是扩展标识符，并将标识符数据存入发送邮箱。

并把发送数据长度DLC以及数据存入发送邮箱。最后对TXRQ位置1，来请求发送邮箱的数据。当数据发送完成，邮箱为空时，硬件对该位清零。

4、从官方封装的发送函数看寄存器如何被操作

与发送函数相反，接收函数从邮箱把数据存到结构体变量RxMessage中，然后对RFOM0或RFOM1置1，释放邮箱。

7、源程序

1、CAN子函数

2、主函数

8、实验观察

通过按键KEY0可以切换正常模式和环回模式，正常模式需要两块开发板才能做实验，所以选择环回模式，按下KEY_UP能发送数据，而且只能接收自己发送的数据。