【CAN总线】STM32 的 CAN 总线通信开发笔记（基于 HAL）

目录

1. CAN 总线简介
2. 波特率计算与误差分析（含 9.735K 与 10K 差异）
3. 初始化配置详解
4. CAN 模式说明
5. CAN 滤波器原理与配置
6. 消息发送流程
7. 接收机制（FIFO 与中断）
8. 源代码与调试技巧

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1. ✅ CAN 总线简介

🔸 CAN 是什么？

• CAN（Controller Area Network） 是一种 多主机、面向消息 的通信协议，最早由德国 Bosch 公司为汽车电子开发，现广泛应用于工业自动化、电梯、医疗、机器人等领域。

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🔸 CAN 报文结构：

每条 CAN 消息包含以下主要字段：

字段	含义
ID	报文标识符：决定优先级（ID 越小优先级越高）
DLC	Data Length Code：表示数据区长度（0~8 字节）
DATA	有效负载：最多 8 字节的数据

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🔸 差分通信原理（CAN_H / CAN_L）：

CAN 使用 差分信号 进行通信，有两根线：

线名	正常值	主动发送“显性”时	主动发送“隐性”时
CAN_H	~2.5V	拉高到 ~3.5V	保持 2.5V
CAN_L	~2.5V	拉低到 ~1.5V	保持 2.5V

✅ 特性：

• 抗干扰能力强：差分信号可抵消共模干扰
• 无需接地基准：因为只看两线间电压差
• 远距离通信稳定：典型可达 40 米（1 Mbps）~ 1 km（50 kbps）

显性（Dominant） vs 隐性（Recessive）：

状态	CAN_H – CAN_L 差值	作用
显性位（Dominant）	~2V	用于强制总线为 0（主导）
隐性位（Recessive）	0V	表示总线为 1（弱化）

如果两个节点同时发送：一个发“0”（显性），一个发“1”（隐性），最终总线呈现“0” → 实现自动仲裁！

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🔸 总线拓扑与终端电阻

• CAN 总线为典型的 双绞线总线拓扑

• 两端各有一个 120Ω终端电阻，用于：

  • 匹配阻抗，防止反射
  • 稳定电平，增强抗干扰

• 终端电阻 必须存在，不能省略

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2. 📐 波特率计算与误差分析

波特率计算公式：

$$\text{CAN 波特率}=\frac{f_{\text{APB1}}}{\text{Prescaler}\times (\text{1}+\text{BS1}+\text{BS2})}$$

示例：

• APB1 = 48 MHz
• Prescaler = 3
• BS1 = 12TQ, BS2 = 2TQ

$$\text{波特率}=\frac{48\text{MHz}}{3\times (1+12+2)}=\frac{48\text{MHz}}{45}\approx 1.0667\text{Mbps}$$

可以用此公式计算 10Kbps、9.735Kbps 等配置。

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📌 重要：波特率偏差与通信不对称问题

实测现象解释：

发送端	接收端	能否通信	原因
9.735K	10K	✅	接收端采样点早，容忍慢速发
10K	9.735K	❌	接收端采样点晚，采不到位变

• CAN 控制器能容忍一定的波特率误差（一般 ±1.5%~3%）
• 误差在发送快、接收慢时更容易出错
• 实际项目中应确保所有节点波特率一致！

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3. 🧱 初始化配置详解

初始化在 MX_CAN1_Init() 中完成，关键结构体为：

hcan1.Init.Prescaler = 3;
hcan1.Init.Mode = CAN_MODE_NORMAL;
hcan1.Init.SyncJumpWidth = CAN_SJW_1TQ;
hcan1.Init.TimeSeg1 = CAN_BS1_12TQ;
hcan1.Init.TimeSeg2 = CAN_BS2_2TQ;

参数含义：

参数名	说明
Prescaler	分频器，影响总线波特率
Mode	工作模式（NORMAL / LOOPBACK / SILENT）
SyncJumpWidth (SJW)	同步跳转宽度，建议设置为 1
TimeSeg1	比特前段采样点（数据采样位于 Bit 的后1/2~3/4）
TimeSeg2	比特后段，用于同步

建议：保持 (1 + BS1 + BS2) 在 8~25TQ 之间，系统更稳定。

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4. ⚙️ 模式（CAN_Mode）—— CAN的运行方式

模式	枚举值	描述	是否发送	是否接收	是否驱动CAN总线	典型用途
正常模式	CAN_MODE_NORMAL	标准工作模式，支持发送与接收	✅ 是	✅ 是	✅ 是	实际通信使用
回环模式	CAN_MODE_LOOPBACK	自发自收，控制器将发送数据直接回收到自身的接收缓冲区，不发送到总线	✅ 是	✅ 是	❌ 否	单机调试、发送逻辑测试
静默模式	CAN_MODE_SILENT	只监听总线上的数据，不主动发送或响应，且不会干扰总线	❌ 否	✅ 是	❌ 否	被动监听，调试总线或与未知设备共存
静默+回环模式	CAN_MODE_SILENT_LOOPBACK	回环 + 静默，完全断开物理总线，仅内部测试	✅ 是	✅ 是	❌ 否	回环测试，不接触外部，适合自动化测试

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📝 模式使用建议：

• 调试阶段：可使用 LOOPBACK 模式验证发送与接收逻辑，确认程序框架正确；
• 监听设备：例如日志记录器/监控工具，可用 SILENT 模式无干扰地接入总线；
• 真实通信：正式运行时必须使用 NORMAL 模式才能与其他节点通信；
• 复杂测试：若需断开物理总线测试通信流程，用 SILENT_LOOPBACK 模式最安全。

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❗ 注意事项：

• LOOPBACK 和 SILENT_LOOPBACK 模式下 不会产生物理电平变化，示波器上看不到 CAN 波形；
• SILENT 模式下设备不可主动发送，即使调用发送函数也不会生效；
• 切换为 NORMAL 模式前，必须确保波特率、滤波器、邮箱、FIFO 等配置无误。

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5. 🧊 CAN 滤波器（Filter）

📌 目的：

CAN 总线是多主广播机制，所有节点都能看到所有消息。滤波器的作用是：

• 筛选出感兴趣的消息（指定 ID）；
• 屏蔽无关的数据帧，减轻 MCU 中断负担和内存开销；
• 支持多个滤波器组（F1xx 系列通常为 14 个）；

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🧱 配置结构体（CAN_FilterTypeDef）

成员	含义	说明
FilterBank	滤波器编号	取值范围 0 ~ N（最多 28 个，取决于芯片）
FilterMode	模式	掩码模式（IDMASK）或列表模式（IDLIST）
FilterScale	尺寸	16位模式 or 32位模式
FilterIdHigh/Low	滤波 ID	高/低 16 位；取决于扩展/标准帧
FilterMaskIdHigh/Low	滤波掩码	与 FilterId 比较的屏蔽位
FilterFIFOAssignment	分配到哪个 FIFO	FIFO0 或 FIFO1
FilterActivation	激活开关	启用或禁用该滤波器
SlaveStartFilterBank	用于双 CAN 的分界线	F4/H7 系列特有

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🧭 两种模式详解

1️⃣ 掩码模式（CAN_FILTERMODE_IDMASK）

作用：按照 ID 的某些位进行匹配（常用于 ID 分段匹配）

• 匹配规则：

  接收ID & Mask == FilterID & Mask
  

• 掩码为 0：表示该位“忽略”；

• 掩码为 1：表示该位“必须精确匹配”；

• 适合批量匹配某个范围的 ID

✅ 示例：接收所有帧（“全开”滤波器）

FilterIdHigh = 0x0000;
FilterMaskIdHigh = 0x0000;  // 所有位都“忽略” → 接收所有帧

✅ 示例：只接收 ID 为 0x321 的标准帧

FilterIdHigh = 0x321 << 5;         // 标准 ID 左移 5 位
FilterMaskIdHigh = 0xFFE0;         // 只比较前 11 位

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2️⃣ 列表模式（CAN_FILTERMODE_IDLIST）

作用：只接收 特定 的几个 ID，不考虑掩码

• 结构体中 ID 和 Mask 字段被看作 4 个完整 ID 的列表（如果是 16-bit 模式就是 4 个，32-bit 模式就是 2 个）；
• 适合精确接收多个确定 ID（非范围）

✅ 示例：只接收 0x100 和 0x200

FilterMode = IDLIST;
FilterIdHigh     = 0x100 << 5;
FilterMaskIdHigh = 0x200 << 5;

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📏 滤波器位移说明（标准帧 vs 扩展帧）

• 标准帧（11位 ID）：要左移 5 位后写入 FilterIdHigh
• 扩展帧（29位 ID）：要左移 3 位后拆分成高 16/低 16，写入 FilterIdHigh/Low

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🧪 滤波器配置完整示例（接收所有 ID）

CAN_FilterTypeDef canFilter;
canFilter.FilterBank = 0;
canFilter.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK;
canFilter.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_32BIT;
canFilter.FilterIdHigh = 0x0000;
canFilter.FilterIdLow  = 0x0000;
canFilter.FilterMaskIdHigh = 0x0000;
canFilter.FilterMaskIdLow  = 0x0000;
canFilter.FilterFIFOAssignment = CAN_FILTER_FIFO0;
canFilter.FilterActivation = ENABLE;
HAL_CAN_ConfigFilter(&hcan1, &canFilter);

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📎 FIFO 分配与使用

• 每个滤波器必须明确分配到 CAN_FILTER_FIFO0 或 FIFO1

• 接收中断也分 FIFO 注册（HAL_CAN_ActivateNotification()）

  HAL_CAN_ActivateNotification(&hcan1, CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING);
  

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🚦 注意事项

• 滤波器必须在 HAL_CAN_Start() 之前配置；
• 若接收不到消息，优先检查滤波器是否太严；
• 同时开启多个滤波器时，FilterBank 编号不可重复；
• 多路接收时可以将不同的 ID 分配给 FIFO0 / FIFO1，便于分类处理。

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6. 📤 消息发送流程

CAN_TxHeaderTypeDef txHeader;
HAL_CAN_AddTxMessage(&hcan1, &txHeader, data, &txMailbox);

• 使用三个邮箱（Tx Mailbox）
• 可用 HAL_CAN_GetTxMailboxesFreeLevel() 查看空闲邮箱数
• DLC 为实际发送数据长度

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7. 📥 接收逻辑详解（FIFO + 中断）

🔸 什么是 FIFO？

• FIFO：First In First Out（先进先出）缓冲区

• STM32 的 CAN 控制器内置两个硬件 FIFO：

  • FIFO0（接收队列0）
  • FIFO1（接收队列1）

• 每个 FIFO 最多缓存 3 个完整 CAN 帧（包括 ID、DLC、数据等）

• 当接收到的帧匹配某个滤波器，就被分配到相应 FIFO 中。

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🔸 FIFO0 与 FIFO1 的区别？

特性	FIFO0	FIFO1
可使用中断	✅ CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING	✅ CAN_IT_RX_FIFO1_MSG_PENDING
可使用回调函数	✅ HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback	✅ HAL_CAN_RxFifo1MsgPendingCallback
默认选择	默认使用 FIFO0（除非滤波器指定使用 FIFO1）
目的	可以按需分组消息来源、优先级或协议功能，分别放入 FIFO0/1

✅ FIFO0 与 FIFO1 可以同时使用！
可以设置不同的滤波器，将不同 ID 的报文路由到不同的 FIFO，提升任务并行性与可维护性。

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🔸 使用中断接收的推荐方式：

1. 启用中断：

   HAL_CAN_ActivateNotification(&hcan1, CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING);
   

2. 实现回调函数（FIFO0 示例）：

   void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan)
   {CAN_RxHeaderTypeDef rxHeader;uint8_t rxData[8];HAL_CAN_GetRxMessage(hcan, CAN_RX_FIFO0, &rxHeader, rxData);// 处理数据printf("Recv ID=0x%X DLC=%d Data=...", rxHeader.StdId, rxHeader.DLC);
   }
   

3. 好处：

   • 不需要轮询接收（节省 CPU 资源）
   • 多个帧自动缓存到 FIFO，防止漏帧
   • 响应及时可靠

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🔸 所有 CAN 中断说明：

STM32 中与 CAN 相关的 IRQ 一共四种，使用时建议根据用途精细启用：

中断向量名称	描述	用途	是否必须
CAN1_TX_IRQn	发送邮箱中断	发送完成 / 可用时触发	可选，若需处理发送确认
CAN1_RX0_IRQn	FIFO0 接收中断	接收到帧（匹配滤波器并进入 FIFO0）	✅ 推荐开启
CAN1_RX1_IRQn	FIFO1 接收中断	同上，针对 FIFO1	如使用 FIFO1，则必须
CAN1_SCE_IRQn	状态变化与错误中断（SCE）	错误帧、仲裁失败、总线关闭等	可选，适合诊断问题

若只用 FIFO0 接收，可以仅启用 CAN1_RX0_IRQn 和 CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING。其余中断可用 HAL_NVIC_DisableIRQ(...) 关闭，以节省资源。

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🔸 HAL 中断控制常用函数：

函数	功能
HAL_NVIC_EnableIRQ(IRQn_Type IRQn)	启用指定中断向量
HAL_NVIC_DisableIRQ(IRQn_Type IRQn)	禁用指定中断
__HAL_CAN_ENABLE_IT()	启用 CAN 中的特定中断标志位（如 RX、TX）
__HAL_CAN_CLEAR_FLAG()	清除中断标志

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✅ 示例配置（启用 FIFO0 接收中断）：

HAL_CAN_ActivateNotification(&hcan1, CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING);
HAL_NVIC_SetPriority(CAN1_RX0_IRQn, 1, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(CAN1_RX0_IRQn);

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如果想使用 FIFO1 接收，记得：

• 将对应滤波器的 FilterFIFOAssignment 设置为 CAN_FILTER_FIFO1
• 同时使能 CAN_IT_RX_FIFO1_MSG_PENDING
• 实现 HAL_CAN_RxFifo1MsgPendingCallback(...)

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8. 🛠️ 源码与调试技巧

can.c：

/* USER CODE BEGIN Header */
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "can.h"/* USER CODE BEGIN 0 */
#include "stdio.h"  // printf用
void CAN1_Start(void);
void CAN1_ConfigFilter(void);
/* USER CODE END 0 */CAN_HandleTypeDef hcan1;/* CAN1 init function */
void MX_CAN1_Init(void)
{/* USER CODE BEGIN CAN1_Init 0 *//* USER CODE END CAN1_Init 0 *//* USER CODE BEGIN CAN1_Init 1 *//* USER CODE END CAN1_Init 1 */hcan1.Instance = CAN1;hcan1.Init.Prescaler = 3;hcan1.Init.Mode = CAN_MODE_NORMAL;hcan1.Init.SyncJumpWidth = CAN_SJW_1TQ;hcan1.Init.TimeSeg1 = CAN_BS1_12TQ;hcan1.Init.TimeSeg2 = CAN_BS2_2TQ;hcan1.Init.TimeTriggeredMode = DISABLE;hcan1.Init.AutoBusOff = ENABLE;hcan1.Init.AutoWakeUp = DISABLE;hcan1.Init.AutoRetransmission = ENABLE;hcan1.Init.ReceiveFifoLocked = DISABLE;hcan1.Init.TransmitFifoPriority = DISABLE;if (HAL_CAN_Init(&hcan1) != HAL_OK){Error_Handler();}/* USER CODE BEGIN CAN1_Init 2 */CAN1_ConfigFilter();CAN1_Start();/* USER CODE END CAN1_Init 2 */}void HAL_CAN_MspInit(CAN_HandleTypeDef* canHandle)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};if(canHandle->Instance==CAN1){/* USER CODE BEGIN CAN1_MspInit 0 *//* USER CODE END CAN1_MspInit 0 *//* CAN1 clock enable */__HAL_RCC_CAN1_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();/**CAN1 GPIO ConfigurationPA11     ------> CAN1_RXPA12     ------> CAN1_TX*/GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_11|GPIO_PIN_12;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF9_CAN1;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);/* CAN1 interrupt Init */HAL_NVIC_SetPriority(CAN1_TX_IRQn, 5, 0);HAL_NVIC_EnableIRQ(CAN1_TX_IRQn);HAL_NVIC_SetPriority(CAN1_RX0_IRQn, 5, 0);HAL_NVIC_EnableIRQ(CAN1_RX0_IRQn);HAL_NVIC_SetPriority(CAN1_RX1_IRQn, 5, 0);HAL_NVIC_EnableIRQ(CAN1_RX1_IRQn);HAL_NVIC_SetPriority(CAN1_SCE_IRQn, 5, 0);HAL_NVIC_EnableIRQ(CAN1_SCE_IRQn);/* USER CODE BEGIN CAN1_MspInit 1 *//* USER CODE END CAN1_MspInit 1 */}
}void HAL_CAN_MspDeInit(CAN_HandleTypeDef* canHandle)
{if(canHandle->Instance==CAN1){/* USER CODE BEGIN CAN1_MspDeInit 0 *//* USER CODE END CAN1_MspDeInit 0 *//* Peripheral clock disable */__HAL_RCC_CAN1_CLK_DISABLE();/**CAN1 GPIO ConfigurationPA11     ------> CAN1_RXPA12     ------> CAN1_TX*/HAL_GPIO_DeInit(GPIOA, GPIO_PIN_11|GPIO_PIN_12);/* CAN1 interrupt Deinit */HAL_NVIC_DisableIRQ(CAN1_TX_IRQn);HAL_NVIC_DisableIRQ(CAN1_RX0_IRQn);HAL_NVIC_DisableIRQ(CAN1_RX1_IRQn);HAL_NVIC_DisableIRQ(CAN1_SCE_IRQn);/* USER CODE BEGIN CAN1_MspDeInit 1 *//* USER CODE END CAN1_MspDeInit 1 */}
}/* USER CODE BEGIN 1 *//*** @brief 配置 CAN1 滤波器（接收所有标准帧）*/
void CAN1_ConfigFilter(void)
{CAN_FilterTypeDef canFilter;canFilter.FilterBank = 0;canFilter.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK;canFilter.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_32BIT;canFilter.FilterIdHigh     = 0x0000;canFilter.FilterIdLow      = 0x0000;canFilter.FilterMaskIdHigh = 0x0000;canFilter.FilterMaskIdLow  = 0x0000;canFilter.FilterFIFOAssignment = CAN_RX_FIFO0;canFilter.FilterActivation = ENABLE;canFilter.SlaveStartFilterBank = 14;if (HAL_CAN_ConfigFilter(&hcan1, &canFilter) != HAL_OK){Error_Handler();}
}
// /**
//  * @brief 配置 CAN1 滤波器（ID范围0x100~0x10F）
//  */
// void CAN1_ConfigFilter(void)
// {
//     CAN_FilterTypeDef canFilter = {0};//     canFilter.FilterBank = 0;
//     canFilter.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK;
//     canFilter.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_32BIT;//     // 过滤ID范围0x100~0x10F，掩码屏蔽最低4位
//     uint32_t filter_id = 0x100 << 21;
//     uint32_t filter_mask = 0x7F0 << 21;  // 掩码最低4位不比较，其他位比较//     canFilter.FilterIdHigh     = (filter_id >> 16) & 0xFFFF;
//     canFilter.FilterIdLow      = filter_id & 0xFFFF;
//     canFilter.FilterMaskIdHigh = (filter_mask >> 16) & 0xFFFF;
//     canFilter.FilterMaskIdLow  = filter_mask & 0xFFFF;//     canFilter.FilterFIFOAssignment = CAN_RX_FIFO0;
//     canFilter.FilterActivation = ENABLE;
//     canFilter.SlaveStartFilterBank = 14;//     if (HAL_CAN_ConfigFilter(&hcan1, &canFilter) != HAL_OK)
//     {
//         printf("Filter config failed!\r\n");
//         Error_Handler();
//     }
// }/*** @brief 启动 CAN1 并启用接收中断*/
void CAN1_Start(void)
{if (HAL_CAN_Start(&hcan1) != HAL_OK){printf("CAN Start Failed!\r\n");Error_Handler();}else{printf("CAN Started Successfully.\r\n");}if (HAL_CAN_ActivateNotification(&hcan1, CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING) != HAL_OK){printf("Enable RX Notification Failed!\r\n");Error_Handler();}else{printf("RX Notification Enabled.\r\n");}
}/*** @brief CAN1 发送一帧标准数据帧* @param StdId  标准帧ID* @param data   数据指针（最多8字节）* @param len    数据长度（0~8）*/
HAL_StatusTypeDef CAN1_SendMessage(uint32_t StdId, uint8_t *data, uint8_t len)
{CAN_TxHeaderTypeDef txHeader;uint32_t txMailbox;txHeader.StdId = StdId;txHeader.ExtId = 0;txHeader.IDE = CAN_ID_STD;txHeader.RTR = CAN_RTR_DATA;txHeader.DLC = len;txHeader.TransmitGlobalTime = DISABLE;if (HAL_CAN_AddTxMessage(&hcan1, &txHeader, data, &txMailbox) != HAL_OK){return HAL_ERROR;}return HAL_OK;
}/*** @brief 接收中断回调函数（FIFO0）*/
void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan)
{if (hcan->Instance == CAN1){CAN_RxHeaderTypeDef rxHeader;uint8_t rxData[8];if (HAL_CAN_GetRxMessage(hcan, CAN_RX_FIFO0, &rxHeader, rxData) == HAL_OK){printf("CAN1 RX: ID=0x%03X DLC=%d Data=", rxHeader.StdId, rxHeader.DLC);for (int i = 0; i < rxHeader.DLC; i++){printf("%02X ", rxData[i]);}printf("\r\n");}}
}/*** @brief 示例函数：仅发送一帧*/
void Example_CAN_Work(void)
{uint8_t exampleData[8] = {0x19, 0x92, 0x93, 0x74, 0x55, 0x36, 0x77, 0x00};if (HAL_CAN_GetTxMailboxesFreeLevel(&hcan1) > 0){if (CAN1_SendMessage(0x123, exampleData, 8) == HAL_OK){printf("CAN message sent.\r\n");}else{printf("CAN send error.\r\n");}}else{printf("No free CAN Tx mailbox!\r\n");}
}/* USER CODE END 1 */

避免问题：

• 确认终端电阻（120Ω × 2）
• 检查波特率一致性
• 使用 CAN分析仪 做抓包验证
• 若收不到数据，先试试是否 开启中断 + 滤波器未屏蔽

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✅ 代码启动顺序建议

MX_CAN1_Init();       // 初始化
CAN1_ConfigFilter();  // 设置滤波器（可接收哪些帧）
CAN1_Start();         // 启动 + 启用接收中断

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✅ 示例发送（发送一帧）：

uint8_t data[8] = {0x01, 0x02, 0x03};
CAN1_SendMessage(0x123, data, 3);

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✅ 示例接收（中断自动触发）

void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(...)
{HAL_CAN_GetRxMessage(...);// 打印数据
}

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🔚 总结

CAN 的收发流程并不复杂，难点在于波特率配置、滤波器使用、同步机制的理解。
亲测的 9.735kbps 与 10kbps 通信失败，正体现了接收采样点延迟带来的不对称性问题，是工程上值得注意的重要细节。