原標(biāo)題：STM32 CAN通訊的基本知識(shí)及硬件設(shè)計(jì)

一、STM32 CAN通訊的基本知識(shí)

1. CAN通訊概述

CAN（Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)絡(luò)）是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的串行通信協(xié)議，由德國(guó)BOSCH公司開(kāi)發(fā)，并最終成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO11519以及ISO11898）。它是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一，具有高可靠性和多主控制等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車電子、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域。

2. CAN協(xié)議幀類型

CAN協(xié)議定義了多種類型的幀，其中數(shù)據(jù)幀是最常用且復(fù)雜的幀類型。數(shù)據(jù)幀一般由7個(gè)段構(gòu)成，包括幀起始、仲裁段、控制段、數(shù)據(jù)段、CRC段、應(yīng)答段和幀結(jié)束。具體說(shuō)明如下：

* **幀起始（SOF）**：1bit，顯性信號(hào)，表示數(shù)據(jù)幀（或遠(yuǎn)程幀）的開(kāi)始。

* **仲裁段**：包括標(biāo)識(shí)符位（Identifier field-ID）和遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位（Remote TransferRequest，RTR）。標(biāo)準(zhǔn)幀的ID位是11位，范圍是0x000~0x7FF；而擴(kuò)展幀的ID是29位。ID決定報(bào)文的優(yōu)先級(jí)高低，也決定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)是否接收此ID的幀數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位用于區(qū)分該幀是數(shù)據(jù)幀還是遠(yuǎn)程幀，顯性信號(hào)（0）代表數(shù)據(jù)幀，隱性信號(hào)（1）代表遠(yuǎn)程幀。

* **控制段**：標(biāo)準(zhǔn)幀中由擴(kuò)展標(biāo)識(shí)符位（Identifier Extension bit-IDE，1bit）、保留位0（Reseved bit0-r0，1bit）、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度編碼位（Data Length Code-DLC，4bits）組成；擴(kuò)展幀由兩個(gè)保留位（Reseved bit，2bit）、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度編碼位（Data Length Code-DLC，4bits）組成。

* **數(shù)據(jù)段**：發(fā)送數(shù)據(jù)的內(nèi)容，最多8個(gè)字節(jié)（64bit），實(shí)際長(zhǎng)度會(huì)寫到前面的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度編碼位DLC里。

* **循環(huán)校驗(yàn)段（CRC Field）**：包括循環(huán)校驗(yàn)序列和界定符。循環(huán)校驗(yàn)序列用于校驗(yàn)傳輸是否正確。

* **確認(rèn)段（ACK Field）**：包括確認(rèn)位和界定符。確認(rèn)位在節(jié)點(diǎn)收到正確的CRC序列時(shí)，發(fā)送端的ACK位被置位。

* **幀結(jié)束（End of Frame-EOF）**：7位長(zhǎng)度，隱性信號(hào)，表示幀的結(jié)束。

3. CAN通訊物理層

CAN總線物理層主要有兩種形式：

* 一種是遵循ISO11898標(biāo)準(zhǔn)的高速、短距離“閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)”，總線最大長(zhǎng)度為40m，通信速度最高為1Mbps，總線的兩端各要求有一個(gè)“120歐”的電阻。

* 另一種是遵循ISO11519-2標(biāo)準(zhǔn)的低速、遠(yuǎn)距離“開(kāi)環(huán)網(wǎng)絡(luò)”，最大傳輸距離為1km，最高通訊速率為125kbps，兩根總線是獨(dú)立的、不形成閉環(huán)，要求每根總線上各串聯(lián)有一個(gè)“2.2千歐”的電阻。

4. CAN通訊節(jié)點(diǎn)組成

CAN通訊節(jié)點(diǎn)由一個(gè)CAN控制器及CAN收發(fā)器組成。控制器與收發(fā)器之間通過(guò)CAN_Tx及CAN_Rx信號(hào)線相連，收發(fā)器與CAN總線之間使用CAN_High及CAN_Low信號(hào)線相連。這種差分信號(hào)傳輸方式具有抗干擾能力強(qiáng)、能有效抑制電磁干擾、時(shí)序定位精確等優(yōu)點(diǎn)。

5. STM32 CAN控制器簡(jiǎn)介

STM32系列微控制器內(nèi)置了CAN控制器，支持CAN 2.0A和CAN 2.0B Active版本協(xié)議。其中，CAN 2.0A只能處理標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀，擴(kuò)展幀的內(nèi)容會(huì)識(shí)別為錯(cuò)誤；CAN 2.0B Active則可以處理標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀和擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀。STM32的CAN控制器通過(guò)硬件自動(dòng)處理幀格式、錯(cuò)誤檢測(cè)、自動(dòng)重傳等功能，降低了CPU處理CAN通信的開(kāi)銷。

二、STM32 CAN通訊的硬件設(shè)計(jì)

1. 硬件電路設(shè)計(jì)

在進(jìn)行STM32 CAN通訊的硬件設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮CAN控制器的引腳配置、時(shí)鐘開(kāi)啟等前置工作。此外，還需要根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的CAN收發(fā)器，并將其與STM32的CAN控制器正確連接。同時(shí)，在CAN總線的兩端需要接入120歐的終端電阻，以匹配總線阻抗，減少回波反射，提高數(shù)據(jù)通信的抗干擾能力以及可靠性。

2. 波特率配置

波特率是指每秒傳輸?shù)奈粩?shù)，是CAN通訊中的一個(gè)重要參數(shù)。在STM32中，可以通過(guò)設(shè)置位時(shí)序參數(shù)（如同步段、傳播段、相位緩沖段等）來(lái)確定合適的波特率。這些參數(shù)的設(shè)置會(huì)影響到CAN通訊的可靠性和實(shí)時(shí)性，因此需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求進(jìn)行配置。

3. 過(guò)濾器配置

STM32的CAN控制器提供了多個(gè)可配置的過(guò)濾器組，用于篩選接收到的報(bào)文。通過(guò)配置過(guò)濾器的模式、位寬、標(biāo)識(shí)符等參數(shù)，可以確定哪些報(bào)文可以被接收，哪些報(bào)文需要被忽略。這有助于減少CPU處理CAN通信的開(kāi)銷，并提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

4. 發(fā)送和接收流程

在STM32中進(jìn)行CAN通訊時(shí)，發(fā)送和接收流程是關(guān)鍵的部分。發(fā)送流程包括選擇一個(gè)空置的郵箱、設(shè)置報(bào)文的ID、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度以及要發(fā)送的數(shù)據(jù)、請(qǐng)求發(fā)送等步驟。接收流程則包括配置過(guò)濾器、等待接收中斷或輪詢接收FIFO的狀態(tài)、讀取接收到的報(bào)文等步驟。

綜上所述，STM32 CAN通訊的基本知識(shí)及硬件設(shè)計(jì)涉及多個(gè)方面，包括CAN協(xié)議幀類型、物理層特性、通訊節(jié)點(diǎn)組成、STM32 CAN控制器簡(jiǎn)介以及硬件電路設(shè)計(jì)、波特率配置、過(guò)濾器配置和發(fā)送接收流程等。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的需求和場(chǎng)景進(jìn)行選擇和配置。