STM32 CAN通讯学习

发布时间：2026/10/24 2:21:32
STM32 CAN通讯学习

1.1CAN通讯介绍

参考：https://www.kvaser.cn/about-can/can-protocol-tutorial/

CAN（Controller Area Network 控制器局域网，简称CAN或者CAN bus）是一种功能丰富的车用总线标准。被设计用于在不需要主机（Host）的情况下，允许网络上的单片机和仪器相互通信。

它基于消息传递协议，设计之初在车辆上复用通信线缆，以降低铜线使用量，后来也被其他行业所使用。

CAN拥有了良好的弹性调整能力，可以在现有网络中增加节点而不用在软、硬件上做出调整。除此之外，消息的传递不基于特殊种类的节点，增加了升级网络的便利性

1.1.1物理层

为什么需要收发器？ 保证传输距离足够远。

1.1.2协议层

1.1.2.1CAN的帧（报文）种类

CAN总线是广播类型的总线。这意味着所有节点都可以侦听到所有传输的报文。无法将报文单独发送给指定节点；所有节点都将始终捕获所有报文。但是CAN硬件能够提供本地过滤功能，让每个节点对报文有选择性地做出响应。

CAN使用短报文，最大实用负载是94位。报文中没有任何明确的地址；相反，可以认为报文是通过内容寻址，也就是说，报文的内容隐式地确定其地址。

CAN总线上有5种不同的报文类型（或“帧”）：数据帧、远程帧、错误帧、过载帧和帧间隔。

1）数据帧

数据帧是最常见的报文类型，用于发送单元向接收单元发送数据。

2）远程帧（遥控帧）

远程帧用于接收单元向具有相同id的发送单元请求发送数据。

3）错误帧

错误帧当检测出错误时向其他单元通知错误的帧。

4）过载帧

过载帧并不常用，因为当今的CAN控制器会非常智能化地避免使用过载帧。

5）帧间隔

用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离开来的帧

其中错误帧、过载帧、帧间隔都是由硬件自动完成的，没有办法用软件来控制。对于一般使用者来说，只需要掌握数据帧与遥控帧。数据帧和遥控帧有标准格式与扩展格式。标准格式有11位标识符，扩展格式有29位标识符。

1.1.2.2数据帧介绍

由于CAN协议的广泛应用，原有的11位标识符不够使用，所以拓展出29位标识符，因此数据帧分为标准帧和扩展帧。

1.1.2.3远程帧介绍

远程帧与数据帧相比没有数据段。

1.1.2.4CAN总线仲裁

CAN总线处于空闲状态的时候，最先发送消息的单元获得发送权。

多个单元同时开始发送时，从仲裁段（报文id）的第一位开始进行仲裁。连续输出显性电平最多的单元可以继续发送，即首先出现隐性电平的单元失去对总线的占有权变为接收。（即报文id小的优先级高）。

竞争失败，会自动检测总线空闲，在第一时间再次尝试发送。

1.1.2.5​​​​​​​CAN的位时序

位填充

CAN协议的位填充（Bit Stuffing）是一种用于维持总线时钟同步的编码机制。其核心规则是：在需要填充的字段中，发送器一旦检测到连续 5 个极性相同的位，就会自动插入 1 个极性相反的位；接收器则执行相反的操作，自动剔除该填充位。

为什么要位填充

CAN 总线采用 NRZ（非归零）编码，本身不携带时钟信号。如果数据流中出现长串相同的位（如连续的 0 或 1），总线电平将长时间不发生跳变，接收节点可能因此失去同步，导致位采样错误。位填充通过强制引入边沿跳变，确保接收方能持续进行重同步。

标准 CAN 的填充规则

在经典 CAN（CAN 2.0）中，规则具体如下：

  • 触发条件：发送器在比特流中检测到 5 个连续的同极性位（例如00000或11111）。

  • 填充动作：紧接着这 5 个位，插入 1 个极性相反的位。例如，00000后插入1，变为000001；11111后插入0，变为111110。

  • 作用范围：通常适用于帧起始（SOF）、仲裁场、控制场、数据场以及 CRC 序列。

  • 接收端处理：接收器在相同规则下检测到 5 个连续相同位后，会预期下一位是填充位并将其丢弃，恢复原始数据。如果检测到第 6 个连续相同位（违反了填充规则），则会报“填充错误”（Stuff Error）。

1.2 STM32的CAN外设

1.2.1CAN外设（CAN控制器）介绍

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 Active标准。（CAN2.0A只能处理标准数据帧且扩展帧的内容会识别错误。而CAN2.0 B Active可以处理标准数据帧和扩展数据帧。CAN2.0 B Passive只能处理标准数据帧而扩展帧的内容会被忽略）。

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。

1.2.2​​​​​​​CAN控制器的3种工作模式

CAN控制器有3种工作模式：初始化模式、正常模式、睡眠模式。

上电复位后CAN控制器默认会进入睡眠模式，作用是降低功耗。当需要将进行初始的时候（配置寄存器），会进入初始化模式。当需要通讯的时候，就进入正常模式。

1.2.3​​​​​​​CAN控制器的3种测试模式

CAN控制器有3种测试模式：静默模式、环回模式、环回静默模式。当控制器进入初始化模式的时候才可以配置测试模式。

静默模式可以用于检测总线的数据流量。

环回模式可以用于自检（影响总线）。

环回静默模式也是用于自检，不会影响到总线。

1.2.4功能框图

1.2.4.1​​​​​​​主动内核

含各种控制/状态/配置寄存器，可以配置模式、波特率等。在STM32CubeMx中可以非常方便的配置。

​​​​​​​1.2.4.2发送邮箱

用来缓存待发送的报文，最多可以缓存3个报文。发送调度决定报文的发送顺序。

​​​​​​​1.2.4.3接收FIFO

共有2个接收FIFO，每个FIFO都可以存放3个完整的报文。它们完全由硬件来管理。从而节省了CPU的处理负荷，简化了软件并保证了数据的一致性。应用程序只能通过读取FIFO输出邮箱，来读取FIFO中最先收到的报文。

​​​​​​​1.2.4.4接收滤波器（过滤器）

作用：对接到的报文进行过滤，最后放入FIFO 0或FIFO 1。

当总线上报文数据量很大时，总线上的设备会频繁获取报文，占用CPU。过滤器的存在，选择性接收有效报文，减轻系统负担。

有2种过滤模式：

  1. 标识符列表模式，它把要接收报文的ID列成一个表，要求报文ID与列表中的某一个标识符完全相同才可以接收，可以理解为白名单管理。
  2. 掩码模式（屏蔽位模式），它把可接收报文ID的某几位作为列表，这几位被称为掩码，可以把它理解成关键字搜索，只要掩码（关键字）相同，就符合要求，报文就会被保存到接收FIFO。

如果使能了过滤器，且报文的ID与所有过滤器的配置都不匹配，CAN外设会丢弃该报文，不存入接收FIFO。

每个CAN提供了14个位宽可变的、可配置的过滤器组（13~0）。每个过滤器组x由2个32位寄存器，CAN_FxR1和 CAN_FxR2组成。

说明：

（1）当工作于32位屏蔽位模式时，FR1保存标识符，FR2保存屏蔽。FR2某位是1表示来的ID的这位必须和FR1中对应的位一致，FR2某位是0，表示ID的这位不关心。

（2）当工作于32位标识符模式时。FR1和FR2分别保存两个标识符。这意味着将来只有两个ID会匹配成功

1.2.4.5​​​​​​​STM32中 CAN的位时序

STM32 外设定义的位时序与我们前面解释的 CAN 标准时序有一点区别。

标准时序：

STM32的位时序：把传播时间段和相位缓冲段1做了合并。