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CAN协议#xff1a;了解CAN总线通讯的基本原理#xff0c;包括帧格式、报文结构、消息ID等内容。CAN控制器#xff1a;理解CAN控制器的工作原理以及如…在嵌入式系统中使用CANController Area Network通讯需要掌握以下内容
CAN协议了解CAN总线通讯的基本原理包括帧格式、报文结构、消息ID等内容。CAN控制器理解CAN控制器的工作原理以及如何配置和控制CAN控制器包括波特率设置、过滤器配置等。CAN硬件熟悉CAN硬件接口的相关信息包括传输线路、终端电阻等。CAN通讯模式了解CAN通讯的多种通讯模式如标准帧模式、扩展帧模式、远程帧模式等。数据处理掌握CAN数据的发送和接收处理方法包括数据打包、解析、校验等。错误处理了解CAN通讯中可能出现的错误类型如位错误、帧错误等以及相应的处理方法。实时性理解CAN通讯在嵌入式系统中的实时性要求确保数据的及时性和可靠性。调试工具熟练掌握CAN通讯调试工具的使用如CAN分析仪、逻辑分析仪等以便快速排查问题。
下面就大致介绍一下CAN总线数据的组成以及帧格式的具体内容。
一、CAN数据的组成
1、头尾段 2、仲裁段 从该分析过程得出结论是帧ID值越小优先级越高。
对于同为扩展格式数据帧、标准格式远程帧和扩展格式远程帧的情况同理。 3、控制段 4、数据段 5、CRC段 6、ACK段 二、CAN数据的格式
CAN通信帧共分为数据帧、远程帧、错误帧、过载帧和帧间隔五种类型。
1、数据帧
结构上由7个段组成其中根据仲裁段ID码长度的不同分为标准帧CAN2.0A和扩展帧CAN2.0B。 2、远程帧 数据帧与远程帧的区别 3、错误帧 4、过载帧 5、帧间隔 ————————————————
以上内容参考大佬文章
原文链接图解CAN总线数据的组成和帧格式_can总线帧头-CSDN博客 三、CAN控制器
CAN控制器局域网控制器是一种专门用于处理CAN通信协议的集成电路它能够管理和控制CAN网络中的数据传输。CAN控制器的主要功能包括消息的发送、接收和过滤。以下是CAN控制器工作原理的详细介绍 CAN控制器通常包含以下几个关键模块
发送缓冲区存储待发送的CAN消息。接收缓冲区存储接收到的CAN消息。滤波器和掩码寄存器用于消息的过滤。协议控制逻辑负责CAN协议的具体实现包括帧格式的生成和校验。错误管理模块处理错误检测和纠正。时钟和定时器模块用于同步和控制消息的发送和接收时序。
1. 消息发送
CAN控制器在发送消息时经历以下几个步骤
消息装载应用程序将消息数据和标识符ID装载到发送缓冲区。仲裁过程CAN总线上多个节点可能同时发送消息。CAN控制器通过标识符的仲裁机制确定优先级ID值越低优先级越高。消息发送优先级最高的消息赢得仲裁后开始发送。发送过程中包括了帧起始、标识符、控制字段、数据字段、CRC校验和帧结束等步骤。发送确认发送完成后控制器等待其他节点的确认。如果未收到确认将重试发送。
2. 消息接收
在接收消息时CAN控制器执行以下步骤
总线监听控制器持续监听CAN总线上的所有通信。消息捕获接收到CAN消息后首先将其存储在接收缓冲区。消息过滤通过滤波器和掩码寄存器控制器判断消息是否与节点相关。只有通过过滤器的消息才会继续处理。错误检测控制器检查接收到的消息是否有错误包括位错误、填充错误、CRC错误等。消息处理没有错误且通过过滤器的消息被传递给应用层进行处理。
3.错误处理
CAN控制器内置多种错误处理机制以确保通信的可靠性
错误检测包括位错误、填充错误、CRC错误、确认错误和格式错误。错误计数控制器维护发送错误计数器TEC和接收错误计数器REC用于记录错误发生的次数。错误状态管理根据错误计数器的值控制器可以进入不同的错误状态如错误主动状态、错误被动状态和总线关闭状态。
4.时钟同步
CAN通信需要严格的时间控制CAN控制器使用内部时钟和定时器模块来保持同步。通过同步段、传播段、相位缓冲段1和相位缓冲段2来控制比特时间确保各节点能够在精确的时间点发送和接收数据。 四、通信模式
CAN总线控制器有4种通信模式
◼ 静默Silent通信模式
◼ 回环Loopback通信模式
◼ 回环静默Loopback and Silent通信模式
◼ 正常Normal通信模式。
1.静默Silent通信模式 【可以接收但不发送】
在静默通信模式下可以从CAN总线接收数据但不向总线发送任何数据。将CAN_BT寄存器中的SCMOD位置1使CAN总线控制器进入静默通信模式将其清0可以退出静默通信模式。 静默通信模式可以用来监控CAN网络上的数据传输。
2.回环Loopback通信模式 【自发自收用于自测】
在回环通信模式下由CAN总线控制器发送的数据可以被自己接收并存入接收FIFO同时这些发送数据也送至CAN网络。将CAN_BT寄存器中的LCMOD位置1使CAN总线控制器进入回环通信模式将其清0可以退出回环通信模式。 回环通信模式通常用来进行CAN通信自测。
3.回环静默Loopback and Silent通信模式
在回环静默通信模式下CAN的RX和TX 引脚与CAN网络断开。CAN总线控制器既不从CAN网络接收数据也不向CAN网络发送数据其发送的数据仅可以被自己接收。将CAN_BT寄存器中的LCMOD位和SCMOD位置1使CAN总线控制器进入回环静默通信模式将它们清0可以退出回环静默通信模式。 609 GD32F30x 用户手册 回环静默通信模式通常用来进行CAN通信自测。对外TX引脚保持隐性状态逻辑1RX引脚保持高阻态。
4.正常Normal通信模式
CAN 总线控制器通常工作在正常通信模式下可以从CAN总线接收数据也可以向CAN总线发送数据。这时需要将CAN_BT寄存器的LCMOD位和SCMOD位清0。
五、数据发送
发送寄存器 数据发送通过3个发送邮箱进行可以通过寄存器CAN_TMIxCAN_TMPxCAN_TMDATA0x和CAN_TMDATA1x 对发送邮箱进行配置
1.数据发送步骤如下
第1步选择一个空闲发送邮箱
第2步根据应用程序要求配置4个发送寄存器
第3步将CAN_TMIx寄存器的TEN置1
第4步检测发送状态和错误信息。典型情况是检测到MTF和MTFNERR置1说明数据被成功发送。 2.发送邮箱状态转换
当发送邮箱处于empty 状态时应用程序才可以对邮箱进行配置。当邮箱被配置完成后可以将CAN_TMIx寄存器的TEN位置 1从而向CAN总线控制器提交发送请求这时发送邮箱处于pending状态。当超过1个邮箱处于pending状态时需要对多个邮箱进行调度这时发送邮箱处于scheduled 状态。当调度完成后发送邮箱中的数据开始向 CAN总线上发送这时发送邮箱处于transmit 状态。当数据发送完成邮箱变为空闲可以再次交给应用程序使用。 3.发送状态检测
CAN_TSTAT寄存器中的MTFMTFNERRMAL和MTE位用来说明发送状态和错误信息。
◼ MTF发送完成标志位。当数据发送完成时MTF置1。
◼ MTFNERR无错误发送完成标志位。当数据发送完成且没有错误时MTFNERR置1。
◼ MAL仲裁失败标志位。当发送数据过程中出现仲裁失败时MAL置1。
◼ MTE发送错误标志位。当发送过程中检测到总线错误时MTE置1。
4.发送优先级
当有2个及其以上发送邮箱等待发送时寄存器CAN_CTL的TFO位的值可以决定发送顺序。
当TFO为1所有等待发送的邮箱按照先来先发送FIFO的顺序进行。
当TFO为0具有最小标识符Identifier的邮箱最先发送。如果所有的标识符Identifier相等具有最小邮箱编号的邮箱最先发送。
六、数据发送
应用程序通过2个深度为3的FIFO接收来自CAN网络的数据
1.数据接收步骤
第1步查看FIFO中帧的数量。
第2步通过CAN_RFIFOMIx CAN_RFIFOMPx CAN_RFIFOMDATA0x 和CAN_RFIFOMDATA1x读取数据。
第3步将寄存器CAN_RFIFOx的RFD置1释放邮箱并且等待其由硬件自动清0。 2.接收FIFO
每个接收FIFO包含3个接收邮箱用来接收存储数据帧。这些邮箱按照先进先出方式进行组织最早从CAN网络接收的数据最早被应用程序处理。 寄存器CAN_RFIFOx包含FIFO状态信息和帧的数量。当FIFO中包含数据时可以通过寄存器CAN_RFIFOMIxCAN_RFIFOMPxCAN_RFIFOMDATA0x和CAN_RFIFOMDATA1x读取数据之后将寄存器CAN_RFIFOx的RFD置1释放邮箱。
3.接收FIFO状态信息
接收FIFO状态信息包含在寄存器CAN_RFIFOx中。
RFLFIFO中包含的帧数量。FIFO为空时RFL为0FIFO为满时RFL为3。
RFFFIFO满状态标志位。这时RFL为3。
RFOFIFO溢出标志位。当FIFO已经包含了3个数据帧时新的数据帧到来使FIFO发生溢出。
如果CAN_CTL寄存器的RFOD位被置1新的数据帧将丢弃。如果该位被清0新的数据帧将覆盖接收FIFO中最后一帧数据。
七、滤功能
一个待接收的数据帧会根据其标识符Identifier进行过滤硬件会将通过过滤的帧送至接收
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
1.过滤器关联的FIFO
28个过滤单元均可以关联接收FIFO0或接收FIFO1。一旦一个过滤单元关联到接收FIFO只有通过这个过滤单元的帧才会被传送到接收FIFO中存储。
2.优先级
过滤器优先级规则如下
1、32-bits位宽模式高于16-bits位宽模式
2、列表模式高于掩码模式
3、较小的过滤序号Filter Number具有较高的优先级。
3.过滤器模式 1掩码模式
对于一个待过滤的数据帧的标识符Identifier掩码模式用来指定哪些位必须与预设的标识符相同哪些位无需判断。 设得宽则可以通过的多(所有位为0则不过任何过滤操作则谁都可以通过)设得窄则通过的少(所有位设为1则只有一个能通过)。
2列表模式
对于一个待过滤的数据帧的标识符Identifier列表模式用来表示与预设的标识符列表中能够匹配则通过否则丢弃。
4.过滤器的位宽
在非GD32F30x CL系列产品中过滤器由14个单元 Bank组成它们是bank0到bank13。在GD32F30x CL系列产品中过滤器包含28个单元它们是bank0到bank27。
每一个过滤器单元有2个寄存器CAN_FxDATA0和CAN_ FxDATA1它们可以配置为2种位宽32-bit位宽和16-bit位宽。 【配置的位宽】
32位宽的掩码模式 配置过滤2个不同的ID号
32位宽的列表模式 配置过滤4个不同的ID号
16位宽的列表模式 配置过滤2个不同的ID号
16位宽的掩码模式 配置过滤1个不同的ID号
5.过滤器的代码实现
注意若配置了多组标识符掩码则只要接收到的标识符符合其中任意一组掩码的都会通过滤波器所以千万不要有其中一组是通配的即掩码为0x0000否则你设置的其它掩码组都会无效
以下是实现每种CAN滤波器配置情况的实际代码示例。假设我们使用的CAN控制器支持相应的配置方式并使用C语言或C编写代码。
1. 32位宽的掩码模式配置过滤2个不同的ID号
解释
左移3位空出低3位用于控制位SRR、IDE、RTR等。右移16位提取高16位部分用于高位寄存器。与0xffff按位与确保只取低16位。或操作设置扩展ID标志位标记该ID为扩展ID
假设使用的是某个CAN控制器的库函数CAN_SetFilter来配置滤波器
// 设置32位宽掩码模式的过滤器1
CAN_FilterTypeDef sFilterConfig1;
sFilterConfig1.FilterIdHigh (0x12345678 13) 0xFFFF;
sFilterConfig1.FilterIdLow (0x12345678 3) 0xFFFF;
sFilterConfig1.FilterMaskIdHigh (0x1FFFFFFE 13) 0xFFFF;
sFilterConfig1.FilterMaskIdLow (0x1FFFFFFE 3) 0xFFFF;
sFilterConfig1.FilterFIFOAssignment CAN_FILTER_FIFO0;
sFilterConfig1.FilterBank 0; // 滤波器编号
sFilterConfig1.FilterMode CAN_FILTERMODE_IDMASK;
sFilterConfig1.FilterScale CAN_FILTERSCALE_32BIT;
sFilterConfig1.FilterActivation ENABLE;
CAN_SetFilter(sFilterConfig1);// 设置32位宽掩码模式的过滤器2
CAN_FilterTypeDef sFilterConfig2;
sFilterConfig2.FilterIdHigh (0x12345679 13) 0xFFFF;
sFilterConfig2.FilterIdLow (0x12345679 3) 0xFFFF;
sFilterConfig2.FilterMaskIdHigh (0x1FFFFFFE 13) 0xFFFF;
sFilterConfig2.FilterMaskIdLow (0x1FFFFFFE 3) 0xFFFF;
sFilterConfig2.FilterFIFOAssignment CAN_FILTER_FIFO0;
sFilterConfig2.FilterBank 1; // 滤波器编号
sFilterConfig2.FilterMode CAN_FILTERMODE_IDMASK;
sFilterConfig2.FilterScale CAN_FILTERSCALE_32BIT;
sFilterConfig2.FilterActivation ENABLE;
CAN_SetFilter(sFilterConfig2);2. 32位宽的列表模式配置过滤4个不同的ID号
// 设置32位宽列表模式的过滤器
CAN_FilterTypeDef sFilterConfig;// 过滤器1
sFilterConfig.FilterBank 0; // 滤波器编号
sFilterConfig.FilterMode CAN_FILTERMODE_IDLIST;
sFilterConfig.FilterScale CAN_FILTERSCALE_32BIT;
sFilterConfig.FilterFIFOAssignment CAN_FILTER_FIFO0;
sFilterConfig.FilterIdHigh (0x12345678 13) 0xFFFF;
sFilterConfig.FilterIdLow (0x12345678 3) 0xFFFF;
sFilterConfig.FilterMaskIdHigh 0x0000;
sFilterConfig.FilterMaskIdLow 0x0000;
sFilterConfig.FilterActivation ENABLE;
CAN_SetFilter(sFilterConfig);// 过滤器2
sFilterConfig.FilterBank 1; // 滤波器编号
sFilterConfig.FilterIdHigh (0x23456789 13) 0xFFFF;
sFilterConfig.FilterIdLow (0x23456789 3) 0xFFFF;
CAN_SetFilter(sFilterConfig);// 过滤器3
sFilterConfig.FilterBank 2; // 滤波器编号
sFilterConfig.FilterIdHigh (0x34567890 13) 0xFFFF;
sFilterConfig.FilterIdLow (0x34567890 3) 0xFFFF;
CAN_SetFilter(sFilterConfig);// 过滤器4
sFilterConfig.FilterBank 3; // 滤波器编号
sFilterConfig.FilterIdHigh (0x45678901 13) 0xFFFF;
sFilterConfig.FilterIdLow (0x45678901 3) 0xFFFF;
CAN_SetFilter(sFilterConfig);3. 16位宽的列表模式配置过滤2个不同的ID号
// 设置16位宽列表模式的过滤器
CAN_FilterTypeDef sFilterConfig;// 过滤器1
sFilterConfig.FilterBank 0; // 滤波器编号
sFilterConfig.FilterMode CAN_FILTERMODE_IDLIST;
sFilterConfig.FilterScale CAN_FILTERSCALE_16BIT;
sFilterConfig.FilterFIFOAssignment CAN_FILTER_FIFO0;
sFilterConfig.FilterIdHigh 0x1234 0xFFFF;
sFilterConfig.FilterIdLow 0x5678 0xFFFF;
sFilterConfig.FilterMaskIdHigh 0x0000;
sFilterConfig.FilterMaskIdLow 0x0000;
sFilterConfig.FilterActivation ENABLE;
CAN_SetFilter(sFilterConfig);// 过滤器2
sFilterConfig.FilterBank 1; // 滤波器编号
sFilterConfig.FilterIdHigh 0x5678 0xFFFF;
sFilterConfig.FilterIdLow 0x0000;
CAN_SetFilter(sFilterConfig);
4. 16位宽的掩码模式配置过滤1个不同的ID号
// 设置16位宽掩码模式的过滤器
CAN_FilterTypeDef sFilterConfig;
sFilterConfig.FilterBank 0; // 滤波器编号
sFilterConfig.FilterMode CAN_FILTERMODE_IDMASK;
sFilterConfig.FilterScale CAN_FILTERSCALE_16BIT;
sFilterConfig.FilterFIFOAssignment CAN_FILTER_FIFO0;// 过滤器ID
sFilterConfig.FilterIdHigh 0x1234 0xFFFF;
// 掩码
sFilterConfig.FilterMaskIdHigh 0xFFFF; // 完全匹配sFilterConfig.FilterActivation ENABLE;
CAN_SetFilter(sFilterConfig);这些代码示例展示了如何配置不同位宽和模式的CAN滤波器以实现对不同数量ID号的过滤。具体实现可能会因不同的CAN控制器和库函数有所不同请参考具体硬件的文档和API。
