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控制器局域网总线(CAN,Controller Area Network)是一种用于实时应用的串行通讯协议总线,它可以使用双绞线来传输信号,是世界上应用最广泛的现场总线之一。CAN协议用于汽车中各种不同元件之间的通信,以此取代昂贵而笨重的配电线束。该协议的健壮性使其用途延伸到其他自动化和工业应用。CAN协议的特性包括完整性的串行数据通讯、提供实时支持、传输速率高达1Mb/s、同时具有11位的寻址以及检错能力。
特别说明:关于CAN总线协议和硬件电路,CANFD和CAN的区别等问题,这里不做介绍,网上的资料非常多,不懂的同学请自行查阅。
要建立一个HAL库版本的工程可以直接使用其他项目的HAL工程,也可以通过移植HAL固件库或者用STM32CubeMX生成。
我这里以STM32G0为例讲解一下如何用STM32CubeMX生成一个工程。
特别说明:如果不使用STM32CubeMX工具,可以跳过以下步骤,直接从1.2开始,把CANFD相关代码加入其他HAL工程即可。
1、配置时钟
我这里使用外部晶振时钟(HSE),8M晶振倍频到64M时钟。
2、配置引脚
选择自己实际使用的引脚作为CAN_TX和CAN_RX。
3、配置CAN参数
我这里用CAN1作为CANFD,CAN2作为普通CAN。
CAN1配置参考如下:
特别说明:以下数据仅供参考,请根据实际情况配置。
CAN2配置参考如下:
特别说明:以下数据仅供参考,请根据实际情况配置。
最后使能中断(注:CAN1和CAN2可以共用一个中断接口)。
4、生成工程
初始化主要分成三部分:引脚设置,CAN参数设置和CAN滤波器设置。
把CAN_H和CAN_L两个引脚配置成复用功能即可。
注:如果CAN控制芯片的S引脚连接到STM32的话,还得初始化这个引脚,S引脚可以配置成高速模式或静音模式。
参考代码:
注:该代码可以通过STM32CubeMX生成
static uint32_t HAL_RCC_FDCAN_CLK_ENABLED=0; void HAL_FDCAN_MspInit(FDCAN_HandleTypeDef* fdcanHandle) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; RCC_PeriphCLKInitTypeDef PeriphClkInit = {0}; if(fdcanHandle->Instance==FDCAN1) { PeriphClkInit.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_FDCAN; PeriphClkInit.FdcanClockSelection = RCC_FDCANCLKSOURCE_PCLK1; if (HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&PeriphClkInit) != HAL_OK) { Error_Handler(); } /* FDCAN1 clock enable */ HAL_RCC_FDCAN_CLK_ENABLED++; if(HAL_RCC_FDCAN_CLK_ENABLED==1){ __HAL_RCC_FDCAN_CLK_ENABLE(); } __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); /**FDCAN1 GPIO Configuration PB8 ------> FDCAN1_RX PB9 ------> FDCAN1_TX */ GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_9; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW; GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF3_FDCAN1; HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct); /* FDCAN1 interrupt Init */ HAL_NVIC_SetPriority(TIM16_FDCAN_IT0_IRQn, 0, 0); HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM16_FDCAN_IT0_IRQn); } else if(fdcanHandle->Instance==FDCAN2) { PeriphClkInit.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_FDCAN; PeriphClkInit.FdcanClockSelection = RCC_FDCANCLKSOURCE_PCLK1; if (HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&PeriphClkInit) != HAL_OK) { Error_Handler(); } /* FDCAN2 clock enable */ HAL_RCC_FDCAN_CLK_ENABLED++; if(HAL_RCC_FDCAN_CLK_ENABLED==1){ __HAL_RCC_FDCAN_CLK_ENABLE(); } __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); /**FDCAN2 GPIO Configuration PB5 ------> FDCAN2_RX PB6 ------> FDCAN2_TX */ GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_6; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW; GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF3_FDCAN2; HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct); /* FDCAN2 interrupt Init */ HAL_NVIC_SetPriority(TIM16_FDCAN_IT0_IRQn, 0, 0); HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM16_FDCAN_IT0_IRQn); } }
HAL库的CAN初始化有几个重要参数,都存放在几个结构体里面(如:CAN_HandleTypeDef,CAN_InitTypeDef),具体的结构体定义可以在HAL库查看。
说明:CAN参数需要根据自己实际的需求来配。
我这里着重讲解一下CAN波特率的配置。
CAN波特率 = CAN时钟频率 / 时钟分频 / 预分频系数 / (TimeSeg1 + TimeSeg2 + 1)。
其中,CAN时钟频率不是固定不变的,它取决于CAN所挂载的总线时钟。
比如STM32F1,系统时钟最大72M,APB1的总线时钟最大36M,而CAN控制器的时钟是挂在APB1的,所以CAN的时钟频率也等于APB1的时钟。
如果换作其他型号的MCU,CAN外设不一定是挂载到APB1上面的,时钟也不一定是36M,比如F4系列,APB1的时钟是可以配成42M的,因此,这个要根据实际情况来配置。
本例用的是STM32G0,CAN时钟频率配置为64MHz。
参考代码:
注:该代码可以通过STM32CubeMX生成
FDCAN_HandleTypeDef hfdcan1; FDCAN_HandleTypeDef hfdcan2; /* FDCAN1 init function */ void MX_FDCAN1_Init(void) { /* USER CODE END FDCAN1_Init 1 */ // CAN波特率 = 时钟频率 / 时钟分频 / 预分频系数 / (1 + TSG1 + TSG2) // 仲裁段波特率 = 64M / 1 / 8 / (1 + 10 + 5) = 500k // 数据段波特率 = 64M / 1 / 2 / (1 + 10 + 5) = 2M hfdcan1.Instance = FDCAN1; // FDCAN1 hfdcan1.Init.ClockDivider = FDCAN_CLOCK_DIV1; // 时钟分频 hfdcan1.Init.FrameFormat = FDCAN_FRAME_FD_BRS; // 配置为CANFD hfdcan1.Init.Mode = FDCAN_MODE_NORMAL; // 正常工作状态 hfdcan1.Init.AutoRetransmission = DISABLE; // 关闭自动重传, 传统模式下需关闭 hfdcan1.Init.TransmitPause = DISABLE; // 关闭传输暂停 hfdcan1.Init.ProtocolException = DISABLE; // 关闭协议异常处理 hfdcan1.Init.NominalPrescaler = 8; // 仲裁段时钟分频,传统CAN模式时只设置这一段即可 hfdcan1.Init.NominalSyncJumpWidth = 1; // 仲裁段同步跳转段的宽度 hfdcan1.Init.NominalTimeSeg1 = 10; // 仲裁段时间段1 hfdcan1.Init.NominalTimeSeg2 = 5; // 仲裁段时间段2 hfdcan1.Init.DataPrescaler = 2; // 数据段时钟分频,若工作于传统模式,不需要设置数据段参数 hfdcan1.Init.DataSyncJumpWidth = 1; // 数据段同步跳转段的宽度 hfdcan1.Init.DataTimeSeg1 = 10; // 数据段时间段1 hfdcan1.Init.DataTimeSeg2 = 5; // 数据段时间段2 hfdcan1.Init.StdFiltersNbr = 28; // 标准帧滤波器数量 hfdcan1.Init.ExtFiltersNbr = 8; // 扩展帧滤波器数量 hfdcan1.Init.TxFifoQueueMode = FDCAN_TX_FIFO_OPERATION; // 发送模式:先入先出 if (HAL_FDCAN_Init(&hfdcan1) != HAL_OK) { Error_Handler(); } } /* FDCAN2 init function */ void MX_FDCAN2_Init(void) { /* USER CODE END FDCAN2_Init 1 */ // CAN波特率 = 时钟频率 / 时钟分频 / 预分频系数 / (1 + TSG1 + TSG2) = 64M / 1 / 8 / (1 + 10 + 5) = 500k hfdcan2.Instance = FDCAN2; // FDCAN2 hfdcan2.Init.ClockDivider = FDCAN_CLOCK_DIV1; // 时钟分频 hfdcan2.Init.FrameFormat = FDCAN_FRAME_CLASSIC; // 配置为传统模式 hfdcan2.Init.Mode = FDCAN_MODE_NORMAL; // 正常工作状态 hfdcan2.Init.AutoRetransmission = DISABLE; // 关闭自动重传, 传统模式下需关闭 hfdcan2.Init.TransmitPause = DISABLE; // 关闭传输暂停 hfdcan2.Init.ProtocolException = DISABLE; // 关闭协议异常处理 hfdcan2.Init.NominalPrescaler = 8; // 仲裁段时钟分频,传统CAN模式时只设置这一段即可 hfdcan2.Init.NominalSyncJumpWidth = 1; // 仲裁段同步跳转段的宽度 hfdcan2.Init.NominalTimeSeg1 = 10; // 仲裁段时间段1 hfdcan2.Init.NominalTimeSeg2 = 5; // 仲裁段时间段2 hfdcan2.Init.DataPrescaler = 8; // 数据段时钟分频,若工作于传统模式,不需要设置数据段参数 hfdcan2.Init.DataSyncJumpWidth = 1; // 数据段同步跳转段的宽度 hfdcan2.Init.DataTimeSeg1 = 10; // 数据段时间段1 hfdcan2.Init.DataTimeSeg2 = 5; // 数据段时间段2 hfdcan2.Init.StdFiltersNbr = 28; // 标准帧滤波器数量 hfdcan2.Init.ExtFiltersNbr = 8; // 扩展帧滤波器数量 hfdcan2.Init.TxFifoQueueMode = FDCAN_TX_FIFO_OPERATION; // 发送模式:先入先出 if (HAL_FDCAN_Init(&hfdcan2) != HAL_OK) { Error_Handler(); } }
CAN接收需要设置CAN滤波器,它的主要作用是筛选CAN接收的数据,只有满足设定规则的数据才会被接收,否则会被过滤掉。
而CAN发送则需要在发送一条数据前,先配置好这条数据的信息,如CANID,发送长度,数据类型(CAN/CANFD)等等。
参考代码:
FDCAN_TxHeaderTypeDef TxHeader1; FDCAN_RxHeaderTypeDef RxHeader1; FDCAN_TxHeaderTypeDef TxHeader2; FDCAN_RxHeaderTypeDef RxHeader2; void FDCAN1_Config(void) { FDCAN_FilterTypeDef sFilterConfig; /* Configure Rx filter */ sFilterConfig.IdType = FDCAN_STANDARD_ID; sFilterConfig.FilterIndex = 1; sFilterConfig.FilterType = FDCAN_FILTER_RANGE; sFilterConfig.FilterConfig = FDCAN_FILTER_TO_RXFIFO0; sFilterConfig.FilterID1 = 0x00000000; sFilterConfig.FilterID2 = 0x000007FF; if (HAL_FDCAN_ConfigFilter(&hfdcan1, &sFilterConfig) != HAL_OK) { Error_Handler(); } sFilterConfig.IdType = FDCAN_EXTENDED_ID; sFilterConfig.FilterIndex = 0; sFilterConfig.FilterType = FDCAN_FILTER_RANGE; sFilterConfig.FilterConfig = FDCAN_FILTER_TO_RXFIFO0; sFilterConfig.FilterID1 = 0x00000000; sFilterConfig.FilterID2 = 0x1FFFFFFF; if (HAL_FDCAN_ConfigFilter(&hfdcan1, &sFilterConfig) != HAL_OK) { Error_Handler(); } /* Configure global filter: Filter all remote frames with STD and EXT ID Reject non matching frames with STD ID and EXT ID */ if (HAL_FDCAN_ConfigGlobalFilter(&hfdcan1, FDCAN_REJECT, FDCAN_REJECT, FDCAN_FILTER_REMOTE, FDCAN_FILTER_REMOTE) != HAL_OK) { Error_Handler(); } /* Activate Rx FIFO 0 new message notification on both FDCAN instances */ if (HAL_FDCAN_ActivateNotification(&hfdcan1, FDCAN_IT_RX_FIFO0_NEW_MESSAGE, 0) != HAL_OK) { Error_Handler(); } // if (HAL_FDCAN_ActivateNotification(&hfdcan1, FDCAN_IT_BUS_OFF, 0) != HAL_OK) // { // Error_Handler(); // } /* Tx Config*/ TxHeader1.Identifier = 0x000000000; // CAN ID TxHeader1.IdType = FDCAN_STANDARD_ID; // 标准ID TxHeader1.TxFrameType = FDCAN_DATA_FRAME; TxHeader1.DataLength = FDCAN_DLC_BYTES_8; TxHeader1.ErrorStateIndicator = FDCAN_ESI_PASSIVE; TxHeader1.BitRateSwitch = FDCAN_BRS_OFF; TxHeader1.FDFormat = FDCAN_FD_CAN; // CANFD TxHeader1.TxEventFifoControl = FDCAN_NO_TX_EVENTS; TxHeader1.MessageMarker = 0; /* Configure and enable Tx Delay Compensation, required for BRS mode. TdcOffset default recommended value: DataTimeSeg1 * DataPrescaler TdcFilter default recommended value: 0 */ HAL_FDCAN_ConfigTxDelayCompensation(&hfdcan1, hfdcan1.Init.DataPrescaler * hfdcan1.Init.DataTimeSeg1, 0); HAL_FDCAN_EnableTxDelayCompensation(&hfdcan1); /* Start the FDCAN module */ if (HAL_FDCAN_Start(&hfdcan1) != HAL_OK) { Error_Handler(); } } void FDCAN2_Config(void) { FDCAN_FilterTypeDef sFilterConfig; /* Configure Rx filter */ sFilterConfig.IdType = FDCAN_STANDARD_ID; sFilterConfig.FilterIndex = 1; sFilterConfig.FilterType = FDCAN_FILTER_RANGE; sFilterConfig.FilterConfig = FDCAN_FILTER_TO_RXFIFO0; sFilterConfig.FilterID1 = 0x00000000; sFilterConfig.FilterID2 = 0x000007FF; if (HAL_FDCAN_ConfigFilter(&hfdcan2, &sFilterConfig) != HAL_OK) { Error_Handler(); } sFilterConfig.IdType = FDCAN_EXTENDED_ID; sFilterConfig.FilterIndex = 0; sFilterConfig.FilterType = FDCAN_FILTER_RANGE; sFilterConfig.FilterConfig = FDCAN_FILTER_TO_RXFIFO0; sFilterConfig.FilterID1 = 0x00000000; sFilterConfig.FilterID2 = 0x1FFFFFFF; if (HAL_FDCAN_ConfigFilter(&hfdcan2, &sFilterConfig) != HAL_OK) { Error_Handler(); } /* Configure global filter: Filter all remote frames with STD and EXT ID Reject non matching frames with STD ID and EXT ID */ if (HAL_FDCAN_ConfigGlobalFilter(&hfdcan2, FDCAN_REJECT, FDCAN_REJECT, FDCAN_FILTER_REMOTE, FDCAN_FILTER_REMOTE) != HAL_OK) { Error_Handler(); } /* Activate Rx FIFO 0 new message notification on both FDCAN instances */ if (HAL_FDCAN_ActivateNotification(&hfdcan2, FDCAN_IT_RX_FIFO0_NEW_MESSAGE, 0) != HAL_OK) { Error_Handler(); } // if (HAL_FDCAN_ActivateNotification(&hfdcan2, FDCAN_IT_BUS_OFF, 0) != HAL_OK) // { // Error_Handler(); // } /* Tx Config*/ TxHeader2.Identifier = 0x000000000; // CAN ID TxHeader2.IdType = FDCAN_STANDARD_ID; // 标准ID TxHeader2.TxFrameType = FDCAN_DATA_FRAME; TxHeader2.DataLength = FDCAN_DLC_BYTES_8; TxHeader2.ErrorStateIndicator = FDCAN_ESI_PASSIVE; TxHeader2.BitRateSwitch = FDCAN_BRS_OFF; TxHeader2.FDFormat = FDCAN_CLASSIC_CAN; // CAN TxHeader2.TxEventFifoControl = FDCAN_NO_TX_EVENTS; TxHeader2.MessageMarker = 0; /* Configure and enable Tx Delay Compensation, required for BRS mode. TdcOffset default recommended value: DataTimeSeg1 * DataPrescaler TdcFilter default recommended value: 0 */ HAL_FDCAN_ConfigTxDelayCompensation(&hfdcan2, hfdcan2.Init.DataPrescaler * hfdcan2.Init.DataTimeSeg1, 0); HAL_FDCAN_EnableTxDelayCompensation(&hfdcan2); /* Start the FDCAN module */ if (HAL_FDCAN_Start(&hfdcan2) != HAL_OK) { Error_Handler(); } }
如果使用CAN接收,需要配置中断服务函数。
参考代码:
/**
* @brief This function handles TIM16, FDCAN1_IT0 and FDCAN2_IT0 Interrupt.
*/
void TIM16_FDCAN_IT0_IRQHandler(void)
{
HAL_FDCAN_IRQHandler(&hfdcan1);
HAL_FDCAN_IRQHandler(&hfdcan2);
}
CAN发送需要先配置发送参数,我这里为了方便测试,直接固定发送标准帧,ID也是固定的。
实际使用时可以把CANID,数据长度等参数作为函数入参,这样会更灵活一点。
参考代码:
void canfd_tx_test(void) { TxHeader1.Identifier = 0x123; // CAN ID TxHeader1.IdType = FDCAN_STANDARD_ID; // 标准ID TxHeader1.TxFrameType = FDCAN_DATA_FRAME; TxHeader1.DataLength = FDCAN_DLC_BYTES_8; // 发送长度:8byte TxHeader1.ErrorStateIndicator = FDCAN_ESI_PASSIVE; TxHeader1.BitRateSwitch = FDCAN_BRS_OFF; TxHeader1.FDFormat = FDCAN_FD_CAN; // CANFD TxHeader1.TxEventFifoControl = FDCAN_NO_TX_EVENTS; TxHeader1.MessageMarker = 0; if(HAL_FDCAN_AddMessageToTxFifoQ(&hfdcan1, &TxHeader1, can1_txbuf) != HAL_OK) { Error_Handler(); } }
接收部分只要开启了Rx中断,在CAN控制器收到消息时会调用RxFifo的回调函数,此时在这里读取数据并根据实际情况做相应的处理即可。我这里把收到的数据又发回去了,这样可以同时验证接收和发送。
参考代码:
void HAL_FDCAN_RxFifo0Callback(FDCAN_HandleTypeDef *hfdcan, uint32_t RxFifo0ITs) { if((RxFifo0ITs & FDCAN_IT_RX_FIFO0_NEW_MESSAGE) != RESET) { if(hfdcan->Instance == FDCAN1) { /* Retrieve Rx messages from RX FIFO0 */ if (HAL_FDCAN_GetRxMessage(hfdcan, FDCAN_RX_FIFO0, &RxHeader1, can1_rxbuf) != HAL_OK) { Error_Handler(); } /* 把接收到的数据以CANFD发送回去 */ TxHeader1.DataLength = RxHeader1.DataLength; TxHeader1.Identifier = RxHeader1.Identifier; if(HAL_FDCAN_AddMessageToTxFifoQ(&hfdcan1, &TxHeader1, can1_rxbuf) != HAL_OK) { Error_Handler(); } } if(hfdcan->Instance == FDCAN2) { /* Retrieve Rx messages from RX FIFO0 */ if (HAL_FDCAN_GetRxMessage(hfdcan, FDCAN_RX_FIFO0, &RxHeader2, can2_rxbuf) != HAL_OK) { Error_Handler(); } /* 把接收到的数据以CAN发送回去 */ TxHeader2.DataLength = RxHeader2.DataLength; TxHeader2.Identifier = RxHeader2.Identifier; if(HAL_FDCAN_AddMessageToTxFifoQ(&hfdcan2, &TxHeader2, can2_rxbuf) != HAL_OK) { Error_Handler(); } } } }
使用USB-CAN工具测试。
CAN1使用CANFD(仲裁域波特率500k,数据域波特率2M),上位机每发送一条数据,STM32收到后同样回一条一样的数据,CANID、数据长度和数据都是一致,说明STM32收到的数据没有问题。
CAN2使用普通CAN(仲裁域和数据域波特率均为500k),上位机每发送一条数据,STM32收到后同样回一条一样的数据,CANID、数据长度和数据都是一致,说明STM32收到的数据没有问题。
还有一些其他测试,比如切换扩展帧,远程帧等等,这里就不展示了,感兴趣的同学可以自己改参数试试。
结论:CAN收发正常。
好了,关于如何通过STM32如何配置和使用CANFD就讲到这里,如果你有什么问题或者有更好的方法,欢迎在评论区留言。
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