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  1.1CAN簡介

CAN芯片是Controller Area Network 的縮寫(以下稱為CAN)，是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。在當(dāng)前的汽車產(chǎn)業(yè)中，出于對安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)了出來。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對可靠性的要求不盡相同，由多條總線構(gòu)成的情況很多，線束的數(shù)量也隨之增加。為適應(yīng)“減少線束的數(shù)量”、“通過多個LAN，進行大量數(shù)據(jù)的高速通信”的需要，1986 年德國電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的CAN 通信協(xié)議。此后，CAN 通過ISO11898 及ISO11519 進行了標(biāo)準(zhǔn)化，現(xiàn)在在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

CAN 的高性能和可靠性已被認(rèn)同，并被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面。現(xiàn)場總線是當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點之一，被譽為自動化領(lǐng)域的計算機局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實現(xiàn)各節(jié)點之間實時、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強有力的技術(shù)支持。

  1.2 CAN 物理層

  CAN與 I2C、SPI 等具有時鐘信號的同步通訊方式不同，CAN 通訊并不是以時鐘信號來進行同步的，它是一種異步通訊，只具有 CAN_High 和 CAN_Low 兩條信號線，共同構(gòu)成一組差分信號線，以差分信號的形式進行通訊。我們來看一個示意圖

  1.3電氣參數(shù)

  a)參考通信距離及傳輸速度

  通信距離(米)波特率

  251M

  70500K

  280125K

  350100K

  45080K

  70050K

  200018K

  30009K

  b)CAN總線上的節(jié)點數(shù)可達110個。

  c)總線狀態(tài)

  總線狀態(tài) 總線有“顯性”和“隱性”兩個狀態(tài)，“顯性”對應(yīng)邏輯“0”，“隱性”對應(yīng)邏輯“1”。

  差分信號又稱差模信號，與傳統(tǒng)使用單根信號線電壓表示邏輯的方式有區(qū)別，使用差分信號傳輸時，需要兩根信號線，這兩個信號線的振幅相等，相位相反，通過兩根信號線的電壓差值來表示。

  (1)顯性(dominant): ----邏輯0

  CANH----高電平 --------------3.0-4.25V ----典型值3.6V

  CANL----低電平 ---------------0.5-1.75V ----典型值1.4V

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

  (2)隱性(recessive): ----邏輯1

  CANH----高電平 ----0.5VCC(2.0-3.0V) ----典型值2.5V

  CANL----低電平 ----0.5VCC(2.0-3.0V) ----典型值2.5V

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

  1.4CAN 協(xié)議層

  1.4.1 CAN 的波特率及位同步

  由于 CAN 屬于異步通訊，沒有時鐘信號線，連接在同一個總線網(wǎng)絡(luò)中的各個節(jié)點會像串口異步通訊那樣，節(jié)點間使用約定好的波特率進行通訊。

  1.4.2 位時序分解

  位時序邏輯將監(jiān)視串行總線，執(zhí)行采樣并調(diào)整采樣點，在調(diào)整采樣點時，需要在起始位邊沿進行同步并后續(xù)的邊沿進行再同步。通過將標(biāo)稱位時間劃分為以下三段，即可解釋其工作過程：

  同步段 (SYNC_SEG)：位變化應(yīng)該在此時間段內(nèi)發(fā)生。它只有一個時間片的固定長度 (1 x tCAN)。

  位段 1 (BS1)：定義采樣點的位置。它包括 CAN 標(biāo)準(zhǔn)的 PROP_SEG 和 PHASE_SEG1。其持續(xù)長度可以在 1 到 16 個時間片之間調(diào)整，但也可以自動加長，以補償不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的頻率差異所導(dǎo)致的正相位漂移。

  位段 2 (BS2)：定義發(fā)送點的位置。它代表 CAN 標(biāo)準(zhǔn)的 PHASE_SEG2。其持續(xù)長度可以在 1 到 8 個時間片之間調(diào)整。

  再同步跳轉(zhuǎn)寬度 (SJW) 定義位段加長或縮短的上限。它可以在 1 到 4 個時間片之間調(diào)整。

  如果在 BS1 而不是 SYNC_SEG 中檢測到有效邊沿，則 BS1 會延長最多 SJW， 以便延遲采樣點。

  相反地，如果在 BS2 而不是 SYNC_SEG 中檢測到有效邊沿，則 BS2 會縮短最多 SJW， 以便提前發(fā)送點。

  例子：

  假如要配置波特率為100k，所用單片機的APB時鐘為42MHz，則：

  NominalBitTime：1/100000s即10us

  t(PCLK)：1/42000000S,即1/42us.

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

  我們可令t(q)=1us，即(BRP[9:0] + 1)=42，，則

  TS1[3:0] + TS2[2:0] =7

  1.4.3 CAN 的報文種類及結(jié)構(gòu)

  為了更有效地控制通訊，CAN 一共規(guī)定了 5 種類型的幀，它們的類型及用途說明如表

  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 協(xié)議 2.0A 和 2.0B 標(biāo)準(zhǔn)。該 CAN 控制器支持最高的通訊速率為 1Mb/s;可以自動地接收和發(fā)送 CAN 報文，支持使用標(biāo)準(zhǔn)ID 和擴展 ID 的報文;外設(shè)中具有 3 個發(fā)送郵箱，發(fā)送報文的優(yōu)先級可以使用軟件控制，還可以記錄發(fā)送的時間;具有 2 個 3 級深度的接收 FIFO，可使用過濾功能只接收或不接收某些 ID 號的報文;可配置成自動重發(fā);不支持使用 DMA 進行數(shù)據(jù)收發(fā)。框架示意圖如下：

  STM32 的有兩組 CAN 控制器，其中 CAN1 是主設(shè)備，框圖中的“存儲訪問控制器”是由 CAN1控制的，CAN2 無法直接訪問存儲區(qū)域，所以使用 CAN2 的時候必須使能 CAN1 外設(shè)的時鐘?？驁D中主要包含 CAN 控制內(nèi)核、發(fā)送郵箱、接收 FIFO 以及驗收篩選器。

  bxCAN 工作模式

  bxCAN 有三種主要的工作模式： 初始化、 正常和睡眠。

  a)初始化模式

  當(dāng)硬件處于初始化模式時，可以進行軟件初始化。篩選器的初始化可以在初始化模式之外進行。

  b)正常模式

  一旦初始化完成，軟件必須向硬件請求進入正常模式，這樣才能在 CAN 總線上進行同步，并開始接收和發(fā)送。篩選器尺度和模式配置必須在進入正常模式之前完成。

  c)睡眠模式(低功耗)

  為降低能耗功耗， bxCAN 具有低功耗模式，稱為睡眠模式。