基于STM32的CAN通讯测试：让地球仪转起来

虽然很早就对CAN协议有所耳闻，但自己一直没机会去探究，因此同很多人一样，对CAN的认知仅仅停留在“用在汽车领域的通讯”。由于最近一直在看锂电池BMS：

内容涉及到了CAN通信，并且工作中也会在客户那里听到一些J1939、NMEA2000等，于是就感觉是时候来了解下CAN了。

一、CAN

控制器局域网（Controller Area Network），最初是专门为解决乘用车的串行通信而研发的，其具有较高的实时处理能力、工作在较强电磁干扰下的高可靠性和良好的错误检测能力。其目的主要是简化汽车中各电子控制单元间的控制连接，降低成本。CAN协议中各通信节点通常是由控制器和收发器组成：

这种通讯结构是非主从式的，也就是任何节点都可以在总线上自由发言，广播式的通信最大的问题就是没有对象，各节点总是时刻在选取总线上自己关心的报文进行接收，然后处理，对于不关心的就过滤掉。那问题就来了，各节点是怎么来区分报文呢？这其实是自己开始时很困惑的地方，直到参悟了报文帧中的仲裁域。

二、报文

CAN的报文帧分为标准帧和拓展帧，也就是CAN2.0A和CAN2.0B，CAN2.0A是只支持标准帧，而CAN2.0B是支持拓展帧的。以常用的CAN数据帧为例，标准帧结构如下：

 标准帧总计127bits，仲裁域中的标识符有11bits，这11位的标识符不仅用作优先级而且用作报文区分，但这11位的标识符就限制了同一网络中的最大节点数，为扩大最大通讯节点，于是就有了拓展帧：

拓展帧主要是增加了18位的拓展标识符，因此拓展帧的标识符就达到了29bits，帧的总长度为150bits。

三、SAE J1939

SAE J1939以CAN2.0B为基础，通过CAN总线进行数据通信，它的数据链路层定义了信息帧的数据结构、编码规则、包括通信优先级、传输方式、通信要求、总线仲裁等，负责将29位标识符进行重新分组定义，使报文标识符能描述报文的全部特征，包括目标地址及源地址等内容。在SAE J1939中很重要的部分是协议数据单元（PDU），它定义了一个框架来组织数据帧，PDU的组成结构如下：

P：优先级，最高级为0

R：保留位，默认0

DP：数据页

PF：群编号的场（PGN）

PS：目标地址

SA：源地址

DataField：数据

对于源地址及目标地址，在J1939中是有确定的定义，这也意味这套协议是专有协议，实际上这个协议通常用于卡车。现在就简单列举一些定义的地址：

• 0x00为发动机控制器；

• 0x0B为刹车系统控制器；

• 0x13为转向控制器；

• 0x18为行车记录仪；

• 0x33为胎压控制器；

• 0xFF为全局（即所有节点）；

四、STM32 CAN

STM32集成了CAN控制器，控制器支持CAN2.0A及CAN2.0B，因此在使用STM32f103最小系统开发板进行CAN通讯时，只需要再外置CAN收发器即可，本次采用的CAN收发器是TJA1050，线路连接如下：

 STM32有相应的CAN库，需要声明引用：

 然后是GPIO口的配置：

然后是NVIC配置，CAN的接收是使用USB中断来实现的，因此需要配置NVIC中断优先级：

 然后是CAN的配置：

 可以看到CAN_Filter的高低位都设置了0，表示不进行过滤，这样它会接收所有的消息。若使用过滤器则配置如下：

 过滤器有两种模式：掩码和列表。顾名思义，掩码模式可以筛选单个或一段的ID，而列表模式只能筛选列表内的，过滤器详解如下：

 掩码设置过程如下：

 CAN库的发送函数：

 CAN库的接收函数：

 通常把接收函数放到中断函数中：

刚测试时一直没有收到数据，原因就是忘记写USB中断函数了。

五、连接

由于CAN通讯是节点间的通讯，因此若要查看发送的消息就需要转协议和接口，目前比较常用的是CAN盒，可以直接将CAN消息通过USB输出到PC，但本次STM32开发板，可直接将CAN消息通过USART输出到PC，控制原理图如下：

连接实拍图：

步进电机部分就直接套用之前做的PWM控制电机。

六、测试

CAN数据域最大64bits，就是最多8Bytes数据，因此本次定义的数据结构为前四位为步进电机速度设定值，后四位为步进电机位置设定值，例如02003200表示的是速度为200，位置值为3200，测试视频如下：

步进电机驱动器设置为3200脉冲/转，因此位置设置为3200则转一圈，位置设置为1600则转半圈，测试结果也如预期。

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