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【经验分享】STM32实例-CAN通信③-CAN 配置步骤

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STMCU小助手 发布时间:2022-6-26 17:23
    前面我们用了很大篇幅介绍 CAN 总线和 STM32F1 的 CAN 控制器, 其实还是比较复杂的, 如果不明白没有关系, 我们可以先从软件层面上来学习怎么使用CAN,然后再回过头看这些理论知识,这样学习 CAN 应该会比较轻松。接下来我们就介绍下如何使用库函数对 CAN进行配置。这个也是在编写程序中必须要了解的。具体步骤如下:(CAN 相关库函数在 stm32f10x_can.c 和 stm32f10x_can.h文件中)
(1)使能 CAN 时钟,将对应引脚复用映射为 CAN 功能
    要使用 CAN,首先就是使能它的时钟,我们知道 CAN1 和 CAN2 是挂接在APB1总线上的,其发送和接收引脚对应不同的 STM32F1 IO(具体 IO 可以通过数据手册查找,也可以在我们原理图上查找),因此使能 CAN 时钟后,还需要使能对应端口的时钟,并且将其引脚配置为复用功能。因为我们使用的 STM32F103ZET6芯片只有一个 CAN, 即 CAN1, 其对应的 IO 是 PA11 (CAN1_RX) 和 PA12 (CAN1_TX) 。
    所以配置代码如下:
  1. //使能相关时钟
    ) t! S* _" X, U! E# n
  2. RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);//使能 PORTA时钟$ M/ a9 |) l" m% S7 N
  3. RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1, ENABLE);//使能 CAN1 时钟4 I. `. l  [9 [3 ?  b% p
  4. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11; //PA11$ n; T* v; j) m1 t
  5. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; //上拉输入模式
    / {) g' M' q( B/ p& K( K, k: N# m
  6. GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    2 U. S/ z; U' S( ]
  7. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12; //PA12
    3 Z0 P1 F0 `# j7 }: Q9 l" a8 J
  8. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
    ' v) Q- b3 e5 z. e
  9. GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //IO 口速度为 50MHz
    - u- j+ N9 T. [% N
  10. GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
复制代码

: ?# F- Z1 |5 h5 \8 I
(2)设置 CAN 工作模式、波特率等
    使能了 CAN 时钟后,接下来就可以通过 CAN_MCR 寄存器配置其工作模式、波特率大小等参数。库函数中提供了 CAN_Init()函数用来完成这一步骤,函数原型是:
  1. uint8_t CAN_Init(CAN_TypeDef* CANx, CAN_InitTypeDef*CAN_InitStruct);
复制代码

0 M1 v9 ~$ F  a. J' d
    函数中第一个参数是用来设置哪个 CAN,例如 CAN1;第二个参数是一个结构体指针变量,结构体类型是 CAN_InitTypeDef,其内包含了 CAN 工作模式及波特率初始化的成员变量。下面我们简单介绍下它的成员:
  1. typedef struct
    % P+ @# \0 R3 B) k& b
  2. {
    7 K. n, g7 J) }- C
  3. uint16_t CAN_Prescaler; //
    . t' O  f5 o, p
  4. uint8_t CAN_Mode; //
    , p# f5 a. r- U
  5. uint8_t CAN_SJW; //
    , w" a2 U5 w# V
  6. uint8_t CAN_BS1; //& y% u  u3 ^# q: d$ A
  7. uint8_t CAN_BS2; //  i) P4 n8 B, t. N& V# c
  8. FunctionalState CAN_TTCM; //
    9 a! p: x% x- x
  9. FunctionalState CAN_ABOM; //" P* k7 W+ t1 L0 e; e! u
  10. FunctionalState CAN_AWUM; //
    6 M; L- r1 V; E, I9 p, H, U& J
  11. FunctionalState CAN_NART; //
    & J5 |; B6 G3 I. h1 b* l- V4 H
  12. FunctionalState CAN_RFLM; //5 n& r$ d* a7 q4 G0 [/ S
  13. FunctionalState CAN_TXFP; //
    * k9 ]4 T+ o' c, g. L: i
  14. } CAN_InitTypeDef;
    - \% H: y, U! F, @( j* i* Y( h6 N
复制代码

3 k. T1 p( E- p" `& X0 L; @( |
    CAN_Prescaler:用于设置 CAN 外设的时钟分频,它可控制时间片 tq 的时间长度,这里设置的值最终会加 1 后再写入 BRP 寄存器位。
    CAN_Mode :用 于 设 置 CAN 的 工 作 模 式 , 可 设 置 为 正 常 模 式
(CAN_Mode_Normal) 、 回 环 模 式 (CAN_Mode_LoopBack) 、 静 默 模 式(CAN_Mode_Silent)以及回环静默模式(CAN_Mode_Silent_LoopBack)。   
    本实验使用到的只有正常模式和回环模式。
    CAN_SJW:用于置 SJW 的极限长度,即 CAN 重新同步时单次可增加或缩短的最大长度,它可以被配置为 1-4tq(CAN_SJW_1/2/3/4tq)。
    CAN_BS1:用于设置 CAN 位时序中的 BS1 段的长度,它可以被配置为 1-16个 tq 长度(CAN_BS1_1/2/3…16tq)。
    CAN_BS2:用于设置 CAN 位时序中的 BS2 段的长度,它可以被配置为 1-8个 tq 长度(CAN_BS2_1/2/3…8tq)。
    CAN_TTCM:用于设置是否使用时间触发功能,ENABLE 为使能,DISABLE为失能。时间触发功能在某些CAN 标准中会使用到。
    CAN_ABOM:用于设置是否使用自动离线管理(ENABLE/DISABLE),使用自动离线管理可以在节点出错离线后适时自动恢复,不需要软件干预。
    CAN_AWUM:用于设置是否使用自动唤醒功能(ENABLE/DISABLE),使能自动唤醒功能后它会在监测到总线活动后自动唤醒。
    CAN_NART:用于设置是否使用自动重传功能(ENABLE/DISABLE),使用自动重传功能时,会一直发送报文直到成功为止。
    CAN_RFLM:用于设置是否使用锁定接收 FIFO(ENABLE/DISABLE),锁定接收FIFO 后,若 FIFO 溢出时会丢弃新数据,否则在 FIFO 溢出时以新数据覆盖旧数据。
    CAN_TXFP:用于设置发送报文的优先级判定方法(ENABLE/DISABLE), 使能时,以报文存入发送邮箱的先后顺序来发送,否则按照报文 ID 的优先级来发送。
    了解结构体成员功能后,就可以进行配置,设置好 CAN_Prescaler、CAN_BS1和 CAN_BS2 的值,带入到CAN波特率计算公式:
    CAN 波特率=Fpclk1/((CAN_BS1+CAN_BS2+1)*CAN_Prescaler)就可以算出波特率。本章实验我们初始化配置 CAN 为正常工作模式,波特率为 500Kbps,配置代码如下:
  1. CAN_InitTypeDef CAN_InitStructure;
    : Q* i" m8 H- [
  2. //CAN 单元设置
    5 J; J5 Y% V) b) [: }/ ?) x1 _
  3. CAN_InitStructure.CAN_TTCM=DISABLE; //非时间触发通信模式
    6 f/ A& j3 x% n; g8 w' U
  4. CAN_InitStructure.CAN_ABOM=DISABLE; //软件自动离线管理. u% d2 R) c* p( b, v2 m7 l& }5 x
  5. CAN_InitStructure.CAN_AWUM=DISABLE;//睡眠模式通过软件唤醒(清除CAN->MCR 的 SLEEP 位)
    " C) j: [( V/ T" L+ s7 M
  6. CAN_InitStructure.CAN_NART=ENABLE; //使用报文自动传送
    ; w- w( R* E2 N" n$ x1 M
  7. CAN_InitStructure.CAN_RFLM=DISABLE; //报文不锁定,新的覆盖旧的
    . r" Y, J( l3 W% f' Z/ \& g, q$ \
  8. CAN_InitStructure.CAN_TXFP=DISABLE; //优先级由报文标识符决定
    * i5 t$ c! {2 K
  9. CAN_InitStructure.CAN_Mode= CAN_Mode_Normal; //模式设置1 \* z6 q! v$ v2 n
  10. CAN_InitStructure.CAN_SJW=CAN_SJW_1tq; //重新同步跳跃宽度(Tsjw)为 tsjw+1 个时间单位 CAN_SJW_1tq~CAN_SJW_4tq
    3 J) D# E- R8 ^+ n; f' d& H- Q+ x
  11. CAN_InitStructure.CAN_BS1=CAN_BS1_7tq; //Tbs1 范 围 CAN_BS1_1tq~CAN_BS1_16tq2 ]& e+ @9 _# v; D0 H# @8 _
  12. CAN_InitStructure.CAN_BS2=CAN_BS2_6tq;//Tbs2 范 围 CAN_BS2_1tq ~CAN_BS2_8tq
    3 C, b$ P3 ]: ^) C/ L
  13. CAN_InitStructure.CAN_Prescaler=6; //分频系数(Fdiv)为brp+1
    3 a4 o$ I, W* }- B# A
  14. CAN_Init(CAN1, &CAN_InitStructure); // 初始化 CAN1
复制代码
$ H6 u1 e9 H; l. K+ t- ]! E
(3)设置 CAN 筛选器
- u4 C& m) c  ?+ R$ `5 `5 [
    设置好 CAN 的工作模式及波特率后,我们还需要通过 CAN_FMR 寄存器设置CAN 筛选器,库函数中提供了 CAN_FilterInit()函数来完成这一步骤,函数原型是:
  1. void CAN_FilterInit(CAN_FilterInitTypeDef* CAN_FilterInitStruct);
复制代码
, b8 Z( w1 _+ N$ F7 {8 }
    与前面一样采用结构体方式对 CAN 筛选器进行控制管理,结构体类型是! e0 A$ I" ]6 m# Y
CAN_FilterInitTypeDef。下面我们简单介绍下它的成员:
  1. typedef struct
    3 S# D3 b2 |; @" F
  2. {8 ~* @2 E) E' ]8 R& r7 a
  3. uint16_t CAN_FilterIdHigh; //) M6 m4 @9 m/ \% p1 r
  4. uint16_t CAN_FilterIdLow; //
    6 F5 L6 \  v0 i9 n( Y+ d+ P
  5. uint16_t CAN_FilterMaskIdHigh; //- f1 Z2 r' N5 A$ ^
  6. uint16_t CAN_FilterMaskIdLow; //
    ; V) w  v0 L1 [# t( g
  7. uint16_t CAN_FilterFIFOAssignment; //
    . `! T6 S( X' \5 K
  8. uint8_t CAN_FilterNumber; //$ g1 [, X# S) J/ E& F8 g
  9. uint8_t CAN_FilterMode; //7 H4 h1 R) r' O& I9 h0 W) j0 x- u
  10. uint8_t CAN_FilterScale; //+ ?' b1 R4 ~4 J: f( i
  11. FunctionalState CAN_FilterActivation; //8 _' q& v* F! }) O2 \2 T
  12. } CAN_FilterInitTypeDef;
复制代码

; q6 @  U" X9 K2 e
    CAN_FilterIdHigh:用于存储要筛选的 ID,若筛选器工作在 32 位模式,
- f9 l4 V9 s. f& W# v7 N3 ~6 S
它存储的是所筛选 ID 的高 16 位;若筛选器工作在 16 位模式,它存储的就是一个完整的要筛选的 ID。
    CAN_FilterIdLow:同上一个成员一样,它也是用于存储要筛选的 ID,若筛选器工作在 32 位模式, 它存储的是所筛选 ID 的低 16 位;若筛选器工作在 16位模式,它存储的就是一个完整的要筛选的 ID。
    CAN_FilterMaskIdHigh :用 于 存 储 要 筛 选 的 ID 或 掩 码 。
CAN_FilterMaskIdHigh 存储的内容分两种情况,当筛选器工作在标识符列表模式时,它的功能与 CAN_FilterIdHigh 相同,都是存储要筛选的 ID;而当筛选器工作在掩码模式时,它存储的是 CAN_FilterIdHigh 成员对应的掩码,与CAN_FilterIdLow 组成一组筛选器。
    CAN_FilterMaskIdLow:同上一个成员一样,它也是用于存储要筛选的 ID
或掩码,只不过这里对应存储 CAN_FilterIdLow 的成员。
    CAN_FilterFIFOAssignment:用于设置当报文通过筛选器的匹配后,该报文会 被 存 储 到 哪 一 个 接 收 FIFO , 它 的 可 选 值 为 FIFO0 或
FIFO1(CAN_Filter_FIFO0/1)。
    CAN_FilterNumber:用于设置筛选器的编号, 即使用的是哪个筛选器。CAN 一共有 28 个筛选器,所以它的可输入参数范围为 0-27。
    CAN_FilterMode:用于设置筛选器的工作模式,可以设置为列表模式
(CAN_FilterMode_IdList)及掩码模式(CAN_FilterMode_IdMask)。
CAN_FilterScale:用于设置筛选器的位宽,可以设置为 32 位长
(CAN_FilterScale_32bit)及 16 位长(CAN_FilterScale_16bit)。
CAN_FilterActivation:用于设置是否激活这个筛选器(ENABLE/DISABLE)。
了解结构体成员功能后,就可以进行配置,本章实验使用滤波器组 0,并工
作在 32 位标识符屏蔽位模式,配置代码如下:
  1. CAN_FilterInitTypeDef CAN_FilterInitStructure;
    : r" d" l/ O, O$ ^+ I
  2. //配置过滤器
    & a5 B+ r' `2 d
  3. CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterNumber=0; //过滤器0
    ; [, r' a7 |6 Z; [" Y
  4. CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMode=CAN_FilterMode_IdMask;! Z. U1 Y5 p; x- N) e5 P3 o9 L5 [
  5. CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterScale=CAN_FilterScale_32bit;
    2 r, R. l' y) C7 E4 a6 I
  6. //32位
    ; F* a( u; f  ^  z" o3 K7 f
  7. CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdHigh=0x0000;////32 位ID  X9 m& A3 a* J6 P
  8. CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdLow=0x0000;" O# k& d! Q. {+ C8 p
  9. CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdHigh=0x0000;//32 位MASK% i4 ~0 j/ l, h6 p- P- d+ Z
  10. CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdLow=0x0000;
    - e+ i# L2 Y! h1 ^0 r/ e2 ?8 k' R# V
  11. CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterFIFOAssignment=CAN_Filter_FIFO0;
    , M* n4 D- W" X1 l3 S8 ~: V
  12. //过滤器 0 关联到 FIFO0
    $ r/ w5 T! Z0 z# S/ X
  13. CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterActivation=ENABLE; //激活过滤器08 \" W" ^$ U" D5 K* }/ c
  14. CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStructure);//滤波器初始化
复制代码
9 y! l* j6 @0 C+ T  w
(4)选择 CAN 中断类型,开启中断
' u  {9 L% o3 y+ p0 Y2 P7 I  D
    配置好上述 3 个步骤后,CAN 就可以开始工作了,如果要开启 CAN 的接收中断, 我们还需要选择它的中断类型并使能。配置 CAN 中断类型及使能的库函数是:
  1. void CAN_ITConfig(CAN_TypeDef* CANx, uint32_t CAN_IT,FunctionalState NewState);
复制代码

, J8 X, f. J2 ~" ~- E9 I
    第一个参数用来选择CAN,第二个参数用来选择 CAN 中断类型,最后一个参数用来使能或者失能 CAN中断。
    CAN 的中断类型很多,可以在 stm32f10x_can.h 文件查找,如下:

& y, |: [% T. p4 G/ S+ V# {8 w
微信图片_20220626172326.png

% D% `8 W) [! X+ t- \- _$ z" V5 i
    比如我们使用 FIFO0 消息挂号允许中断,那么此参数可以设置为CAN_IT_FMP0。使能中断后还需要设置它的中断优先级,即初始化 NVIC。当产生中断后就会进去CAN接收中断内进行处理, 所以需要编写一个CAN接收中断函数,如 CAN1_RX0_IRQHandler。本实验默认不开启 CAN 的接收中断,所以此步骤可以不用配置。
(5)CAN 发送和接收消息
    初始化 CAN 相关参数以及筛选器之后,接下来就是发送和接收消息了。库
函数中提供了发送和接受消息的函数。
    发送消息的函数是:
  1. uint8_t CAN_Transmit(CAN_TypeDef* CANx, CanTxMsg* TxMessage);
复制代码

5 I) G) I4 O7 k% P, j: }
    这个函数非常好理解,第一个参数用来选择 CAN,比如 CAN1,第二个参数是一个结构体指针变量,结构体类型是 CanTxMsg,其内包含了往邮箱发送的报文信息。下面我们简单介绍下它的成员:
  1. typedef struct- p: e$ Q) z3 O6 h, f; U
  2. {9 p! P$ R, D. {4 k! k# [/ d
  3. uint32_t StdId;" ?1 F3 z1 ^$ p% R0 E) `+ T
  4. uint32_t ExtId;4 U* ~/ A  b$ k* x- h3 ]+ x; [% ]
  5. uint8_t IDE;& N0 }% c6 f) X7 w$ g% y8 J
  6. uint8_t RTR;
    " I8 l$ m7 F! ~# F, z0 ^  h: x% S
  7. uint8_t DLC;
    ( H9 Z6 z, t+ ?+ h1 ~# c7 S
  8. uint8_t Data[8];5 v5 Y3 p& s  `  R1 ~; T+ Q1 y
  9. } CanTxMsg;
复制代码

% Z! {9 W6 r$ O6 N5 Q" ~* K
    StdId:用于存储报文的 11 位标准标识符,范围是 0-0x7FF。
' _- N" N6 {: w$ G3 H
    ExtId:用于存储报文的 29 位扩展标识符, 范围是 0-0x1FFFFFFF。ExtId 与StdId 这两个成员哪一个有效要根据下面的 IDE 位配置。
    IDE:用于存储扩展标志 IDE 位的值,其值可配置为 CAN_ID_STD 和
CAN_ID_EXT。如果为 CAN_ID_STD 时表示本报文是标准帧,使用 StdId 成员存储报文 ID。如果为 CAN_ID_EXT 时表示本报文是扩展帧,使用 ExtId 成员存储报文 ID。
    RTR:用于存储报文类型标志 RTR 位的值,当它的值为宏 CAN_RTR_Data 时表示本报文是数据帧;当它的值为宏 CAN_RTR_Remote 时表示本报文是遥控帧,由于遥控帧没有数据段,所以当报文是遥控帧时,下面的 Data[8]成员的内容是无效的。
    DLC:用于存储数据帧数据段的长度,其值范围是 0-8,当报文是遥控帧时DLC 值为 0。
    Data[8]:用于存储数据帧中数据段的数据。
    当我们需要发送报文时,就需要对此结构体进行初始化,然后调用该函数发送出去,例如:
  1. CanTxMsg TxMessage;! _8 v2 X' p( ?4 t4 u) b
  2. TxMessage.StdId=0x12; // 标准标识符为 0
    # y) S- m! l0 c4 X5 h0 |; }# l# d9 V
  3. TxMessage.ExtId=0x12; // 设置扩展标示符(29 位)$ i% m" c% v5 X% y. n/ z/ a
  4. TxMessage.IDE=0; // 使用扩展标识符) D  a8 P/ f( ?
  5. TxMessage.RTR=0; // 消息类型为数据帧,一帧 8 位0 }% v' j8 r8 O( O5 [9 \+ ~( F
  6. TxMessage.DLC=8; // 发送两帧信息- ~0 |- l3 V6 S0 v; U4 e
  7. for(i=0;i<8;i++)
    ; e0 A4 G8 n2 X- l1 H
  8. TxMessage.Data[8]=msg[i]; // 第一帧信息* n* F( z( G* Y' d4 C0 ~1 d" ^: ]
  9. CAN_Transmit(CAN1, &TxMessage);
复制代码

6 x& `+ w) O& J& [
    接收消息的函数是:
  1. void CAN_Receive(CAN_TypeDef* CANx, uint8_t FIFONumber, CanRxMsg*RxMessage);
复制代码
3 p; L7 H" @/ l# r8 X7 p3 ~7 j# Z
    前两个参数很好理解,选择 CAN 和 FIFO。第三个参数是一个结构体指针变量,结构体类型是 CanRxMsg,与 CanTxMsg 比较类似,其内包含了从邮箱接收的报文信息。下面我们简单介绍下它的成员:
  1. typedef struct
    9 S1 v: o. Q2 q1 q
  2. {
    ' M% e0 C5 O1 `9 e  v
  3. uint32_t StdId;) Q! Q8 M6 O' f% h: B4 Z
  4. uint32_t ExtId;/ U1 z# S: H$ C& f" T9 \! _
  5. uint8_t IDE;3 \# G1 @) P1 v( A7 C
  6. uint8_t RTR;
    6 h: W5 n$ ?8 _4 X4 f
  7. uint8_t DLC;
      X5 A0 \7 Y; g1 ^; h& n
  8. uint8_t Data[8];
    % A0 x/ y; R9 Y5 [4 B5 ~
  9. uint8_t FMI;
    8 W+ Z) l/ [) O9 b6 y5 X/ _
  10. } CanRxMsg;
复制代码
& C& X" g# W6 A6 ]$ k3 @7 }5 v
    前面几个成员和 CanTxMsg结构体内是一样的, 在 CanRxMsg 中多了一个成员FMI,它用于存储筛选器的编号,表示本报文是经过哪个筛选器存储进接收 FIFO的,可以用它简化软件处理。
(6)CAN 状态获取
    当使用 CAN 进行数据传输时, 我们会通过获取 CAN 状态标志来确认是否传输完成,比如说在接收报文时,通过检测标志位获知接收 FIFO 的状态,若收到报文,可调用库函数 CAN_Receive 把接收 FIFO 中的内容读取到预先定义的接收类型结构体中,然后再访问该结构体即可利用报文了。
    库函数中提供了很多获取 CAN 状态标志的函数,如 CAN_TransmitStatus()函数, CAN_MessagePending()函数, CAN_GetFlagStatus()函数等等,大家可以根据需要来调用。
    将以上几步全部配置好后,我们就可以使用 STM32F1 的 CAN收发数据了。
" y) W$ p! C# P: R+ r+ ]6 P
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