CAN总线的特点:
1、多主控制
在总线空闲时,所有单元都可以开始发送消息(多主控制);
最先访问总线的单元获得发送权(辨别方式:“CSMA/CA方式”);
多个单元同时开始发送时,发送高优先级ID消息的单元可获得发送权;
2、消息的发送
在can协议中,所有消息都是以固定格式发送。总线空闲时,所有与总线相连的单元都可以开始发送新消息。两个以上的单元同时开始发送消息时,根据标识符(ID)决定优先级。ID并不是表示发送消息的目的地址,而是表示访问总线的消息优先级。两个以上的单元同时开始发送消息时,对各消息ID的每个位进行逐个仲裁比较,仲裁获胜(优先级最高)的单元继续发送消息,仲裁失利的单元则立刻停止发送而进行接收工作;
3、系统的柔软性
与总线相连的单元没有类似于“地址”的信息,因此在总线上增加单元时,连接在总线上的其他单元的软硬件及应用层都不需要改变;
4、通信速度
根据整个网络的规模,可设定适合的通信速度。最高1Mbps;
在同一网络中,所有单元必须设定成统一通信速度,即使有一个单元的的通信速度与其他的不一样,此单元也会输出错误信号,妨碍整个网络的通信,不同网络间则可以有不同的通信速度;
5、远程数据请求
可通过发送“遥控帧”,请求其他单元发送数据;
6、错误检测功能(错误通知功能、错误恢复功能)
所有的单元都可以检测错误(错误检测功能)
检测出错误的单元会立即同时通知其他所有单元(错误通知功能)
正在发生消息的单元一旦检测出错误,会强制结束当前的发送。强制结束发送的单元会不断反复地重新发送此消息直到成功发送(错误恢复功能);
7、故障封闭
CAN可以判断出错误的类型是总线上暂时的数据错误(如外部噪声)还是持续数据错误(如单元内部故障、驱动器错误)。由此功能,当总线上发送持续错误时,可能引起此故障的单元从总线上隔离出去;
8、连接
CAN总线是可同时连接多个单元的总线。可连接的单元总数理论上是没有限制的。但实际上可连接的单元数受总线上的时间延迟及电气负载的限制。降低通信速度,可连接的单元数增加,提高通信速度,则可连接的单元数减少;
CAN总线协议:
CAN总线涵盖了OSI规定的传输层、数据链路层、物理层;
物理层:
决定了位编码方式(NRZ编码,6个位插入填充位),位时序(位时序、位的采样)、同步方式(根据同步段ss实现同步,并具有再同步功能);但具体的说:信号电平,通信速度,采样点,驱动器和总线的电气特点,连接器的形态都没有定义,需要用户自行确定;
传输层:
定义了再发送控制;
数据链路层:
数据链路层分LLC(逻辑链路控制 Logic Link control)子层 和MAC(媒介访问控制Media access control)子层;
LLC子层,执行接收消息选择(点到点、广播、组播)、过载通知(通知接收准备尚为完成)、错误恢复功能(再次发送);
MAC层: 进行数据帧化(4种帧类型),连接方式控制(竞争方式),消息仲裁(ID仲裁),故障扩散抑制(自动识别暂时错误和持续错误,排除故障节点),错误通知(CRC错误、填充位错误、位错误、ACK错误、格式错误),错误检测,应答方式(ACK, NACK),通信方式(半双工)等设置;
MAC子层是CAN协议的核心,数据链路层的功能是将物理层的信号组成有意义的消息,并提供传送错误控制等传输控制的流程。数据链路层的功能通常是在CAN控制器的硬件中执行;
帧的概念:
数据帧:用于发送单元想接收单元传送数据的帧;
遥控帧(请求帧): 用于接收单元向具有相同ID的发送单元请求数据的帧;
错误帧:用于当检测出错误时向其它单元通知错误的帧;
过载帧:用于接收单元通知 其尚未做好接收准备的帧;
帧间隔:用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离开来的帧;没有实际意义
数据帧和遥控帧 都有标准格式和扩展格式两种格式。标准格式有11个位的标识符Iden
tifier,以后称ID),扩展格式有29个位的ID;
数据帧:
(1)、帧起始(标准、扩展格式相同)
表示帧开始的段,1个位的显性位;
(2)、总线上的电平有显性和隐性电平两种;
总线上执行逻辑上的线“与”时,显性电平的逻辑值为“0”, 隐性电平为“1”;
”显性“具有“优先”的意味,只要有一个单元输出显性电平,总线上即为显性电平。并且,“隐性”具有“包容”的意味,只有所有的单元都输出隐性电平,总线上才为隐性电平;
(3)、仲裁段
表示数据的优先级的段
标准格式和扩展格式在此的构成有所不同;
ID:
标准格式的ID有11个位,从ID28到ID18被依次发送,禁止高7位都为隐性;
扩展格式有29个位;基本ID从ID28到ID18,扩展ID由ID17到ID0;
遥控帧:
遥控帧没有数据段;没有数据段的数据帧与遥控帧的区别:RTR位;
stm32内部的CAN总线功能概述:
bxCAN是基本扩展CAN(Basic Extended CAN)的缩写,它支持CAN协议2.0A和2.0B;它的设计目标是以最小的CPU负载来高效处理大量的报文。它也支持报文发送的优先级要求(优先级可软件配置)。
CAN2.0B内核:
bxCAN模块可以完全自动地接收和发送CAN报文,且完全支持标准标识符(11位)和扩展标识符(29位)。
主要特征:
支持CAN协议2.0A和2.0B主动模式;
波特率最高可达1兆位/秒;(属于OSI11898标准)
支持时间触发通信功能;(可以通过时间戳来进行数据同步)
发送
3个发送邮箱;(邮箱:包含,数据、地址、ID等)
共有3个发送邮箱供软件来发送报文。发送调度器根据优先级决定哪个邮箱的报文先被发送;
发送报文的优先级特性可软件配置
记录发送SOF时刻的时间戳
接收
3级深度的2个接收FIFO;
共有2个接收FIFO,每个FIFO都可以存放3个完整的报文。它们完全有硬件来管理;
14个位宽可变的过滤器组-由整个CAN共享;(没通过过滤器的报文就直接丢弃掉)
共有14个位宽可变/可配置的标识符过滤器组,软件通过对其设置,从而在引脚收到的报文中选择它的需要的报文,而把其他报文丢弃。
标识符列表;
FIFO溢出处理方式可配置;
记录接收SOF时刻的时间戳;
可支持时间触发通信模式
禁止自动重传模式
16位自由运行定时器;(定时器的作用:提供时间戳)
定时器分辨率可配置
可在最后2个数据字节发送时间戳
管理
中断可屏蔽
邮箱占用单独1块地址空间,便于提高软件效率
相关寄存器:
控制、状态和配置寄存器
应用程序通过这些寄存器,可以:
配置CAN参数,比如速度相关的波特率(所谓波特率就是发送一个位数据所花费的时间)
请求发送报文
处理报文接收
管理中断
获取诊断信息
CAN总线框架: bxCAN工作模式:
bxCAN有3个主要的工作模式:初始化、正常和睡眠模式;
还包括:测试模式、静默模式、环回模式、环回静默模式
初始化模式:主要是进行配置,配置完就进入正常模式。然后进入睡眠模式(低功耗模式)
报文发送过程:
报文接收过程:
接收到的报文,被存储在3级邮箱深度的FIFO中。FIFO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;
有效报文
根据CAN协议,当报文被正确接收(直到EOF域的最后1位都没有错误),且通过了标识符
过滤,那么该报文被认为是有效报文。请参考14.5.4:标识符过滤。
接收相关的中断
一旦往FIFO存入1个报文,硬件就会更新FMP[1:0]位,并且如果CAN_IER寄存器的FMPIE位
为1,那么就会产生一个中断请求。
当FIFO变满时(即第3个报文被存入),CAN_RFxR寄存器的FULL位就被置1,并且如果
CAN_IER寄存器的FFIE位为1,那么就会产生一个满中断请求。
在溢出的情况下,FOVR位被置1,并且如果CAN_IER寄存器的FOVIE位为1,那么就会产生
一个溢出中断请求。