STM32 CAN简介及帧格式

一、CAN简介

                                                            图1.CAN简介 

高速CAN：用于短距离、高速

低速CAN： 用于长距离、低速

 二、回顾之前的通信协议对比：

                                                             图2. 通信协议对比

UART：点对点的通信，只有两个设备

I2C:一个主机外挂多个被动的传感器、存储器等模块

SPI：也是一主多从，但是通信速率是最快的，主要应用于高速通信场景

CAN：可以实现多个主控互相通信

三、CAN硬件电路

• 每个设备通过CAN收发器挂载在CAN总线网络上
• CAN控制器引出的TX和RX与CAN收发器相连，CAN收发器引出的CANH和CAN L分别与总线的CAN H和CANL相连
• 高速CAN使用闭环网络，CANH和CANL两端添加120Q的终端电阻
• 低速CAN使用开环网络，CAN H和CANL其中一端添加2.2kQ的终端电阻

                                                            图3.闭环高速CAN 

         

                                                   图4.开环低速CAN 

注：闭环控制CAN总线的两端120欧电阻作用：

1.防止回波反射（与传输线原理有关）

2.可以将两根差分线的电压“收紧”，，也就是电压拉至同一电压，呈现1状态。当需要0状态的时候由软件来将电压拉开，呈现0状态。（如下）

CAN收发器-TJA1050

                                                          图5.TJA1050原理图 

• 发送部分： 

首先最右边的CANH和CANL就是CAN总线，连接在总线上。

中间的RECEIVER可以时刻检测总线的电压差，然后输出到左边通过场效应管到RXD引脚（这个场效应管有电平反向的功能，右边为1，输出左边为0。右边为0，输出到左边为1）。

• 接收部分：

如果TXD给1，则不会对总线进行任何操作，总线呈现默认的隐性电平1。

如果TXD悬空，则默认也是给1

如果TXD给0，则驱动器会把CANH拉高，CANL拉低，输出显性电平0。

如果TXD一直给0，出错了，则显性超时，收发器会主动释放CAN总线。

四、CAN电平标准

                                                               图6.CAN电平标准

这里注意：逻辑1是隐性电平，逻辑0是显性电平

高速CAN规定的状态0或者是状态1，都是由电压差来呈现的。逻辑电平是由两个线的差分电平合成而来的

五、CAN总线帧格式

规定了一下五种帧格式：

                                                             图7.CAN帧类型

主要学习的是数据帧，最复杂，用到的最多

（一）数据帧

                                                         图8，数据帧的构成 

• 一个起始帧，是一个显性信号，用来标志起始信号
• identifier(ID):报文ID，标准格式是11位。用来表示后面数据的功能，相 当于加一个名字，同时还用来区分优先级，ID小的报文优先发送，ID大的等到下一次的空闲时间重新发送，不同功能的数据帧ID不同
• RTR：占据1位必须为显性0，远程请求标志位，用于区分数据帧还是遥控帧。数据帧为0，遥控帧为1
• IDE:ID扩展标志位，用于区分标准格式还是扩展格式，标准格式固定为显性0（如上半部分），扩展格式固定为隐性1（如下班部分） 
• r0 : 保留位，必须为显性0，为了以后附加其它功能的
• DLC ： 数据段的长度，例如发一个字节，DLC就给0001，八个字节，就给1000
• Data : 数据段，最大64位，也就是8个字节（这里数据段必须要给8的倍数）
• CRC段 ： 高效检验算法，有15位，对前面所有的数据进行算法计算，从SOF到Data，计算得到一个校验码，然后接收方也是通过CRC进行CRC计算，得到校验码。然后对比发送方的校验码，判断传输是否有误
• CRC界定符 ： 1位，必须是隐性电平
• ACK槽：应答的作用，发送方发出一帧数据，查看是否收到，发送方发送隐性1，如果接收方存在，则接收方就要发显性0，可以多个设备同时接收（也就是同时拉开）
• EOF：7个隐性1，作为停止位。

扩展格式：

• ID：同上
• SRR:没有用，但是要给隐性电平1
• IDE：扩展格式标志位，和标准格式相反
• 之后就和标准格式相同

（二）遥控帧

适合使用频率低，但偶尔又需要集中用几次的数据

                                                             图9.遥控帧的构成

RTR进行数据帧和遥控帧的区分，数据帧为0，遥控帧为1。

请求方发出遥控帧，其中ID表示要请求的数据。响应请求的那边，通过相同ID的数据帧反馈数据。

注：当请求和反馈数据同时发生时，数据帧拥有更高的优先级

（三）错误帧

用途：某个设备检测出错误时，向其它设备通知错误

                                                          图10.错误帧的构成

（四）过载帧

                                                             图11.过载帧的构成 

（五）帧间隔

连续发送数据帧时，中间会有一小段帧间隔

                                                             图12.帧间隔  

六、位填充

• 位填充规则：发送方每发送5个相同电平后，自动追加一个相反电平的填充位，接收方检测到填充位时，会自动移除填充位，恢复原始数据
• 例如：          

                即将发送：    10000011 0       10000011110    0111111111110          

                实际发送：    1000001110       1000001111100    011111011111010          

                实际接收：    1000001110       1000001111100    011111011111010          

                移除填充后： 100000110       10000011110    0111111111110

• 位填充作用：

        1. 增加波形的定时信息，利于接收方执行“再同步”，防止波形长时间无变化，导致接收方不能精确掌握数据采样时机

         2.将正常数据流与“错误帧”和“过载帧”区分开，标志“错误帧”和“过载帧”的特异性（它们都需要6个相同电平）

         3.保持CAN总线在发送正常数据流时的活跃状态，防止被误认为总线空闲（规定：出现连续11个隐性1之后，认为是总线空闲）

总结：某个设备想要发送自己的数据时，就操作总线，拉开或者释放，使总线产生一段这样的时序波形，发送方需要依照上面的帧格式的定义来发，接收方同样根据帧格式的定义，来接收解析