CAN总线

STM32F4 CAN # 一. CAN协议概念

收发器

接收

将CAN_High 及 CAN_Low的差分信号转化为CAN_Rx的TTL信号

发送

将CAN_Tx的TTL信号转化为差分信号，传送到CAN_High 及 CAN_Low差分信号

通讯节点

CAN 通讯节点由一个 CAN 控制器及 CAN 收发器组成，控制器与收发器之间通过 CAN_Tx 及CAN_Rx 信号线相连，收发器与 CAN 总线之间使用 CAN_High 及 CAN_Low 信号线相连。

两种连接方式

1闭环总线网络

CAN 物理层的形式主要有两种，图中的 CAN 通讯网络是一种遵循 ISO11898 标准的高速、短距离“闭环网络”，它的总线最大长度为 40m，通信速度最高为 1Mbps，总线的两端各要求有一个“120 欧”的电阻。

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2.开环总线网络

图中的是遵循 ISO11519-2 标准的低速、远距离“开环网络”，它的最大传输距离为 1km，最高通讯速率为 125kbps，两根总线是独立的、不形成闭环，要求每根总线上各串联有一个“2.2千欧”的电阻。

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CAN 协议中的差分信号

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当 CAN收发器从 CAN_Tx 线接收到来自 CAN 控制器的低电平信号时 (逻辑 0)，它会使 CAN_High 输出3.5V，同时 CAN_Low 输出 1.5V，从而输出显性电平表示逻辑 0 。

在 CAN 总线中，必须使它处于隐性电平 (逻辑 1) 或显性电平 (逻辑 0) 中的其中一个状态。假如有两个 CAN 通讯节点，在同一时间，一个输出隐性电平，另一个输出显性电平，类似 I2C 总线的“线与”特性将使它处于显性电平状态，显性电平的名字就是这样来的，即可以认为显性具有优先的意味。

半双工

同一时间只能有一个节点发送，其余都只能接收

CAN 协议层

使用位同步来抗干扰和吸收误差

位时序分解

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每一个数据位的长度为 19Tq，其中 SS 段占 1Tq， PTS 段占 6Tq， PBS1段占 5Tq， PBS2 段占 7Tq

SS 段 (SYNC SEG)

SS 译为同步段，若通讯节点检测到总线上信号的跳变沿被包含在 SS 段的范围之内，则表示节点与总线的时序是同步的，当节点与总线同步时，采样点采集到的总线电平即可被确定为该位的电平。SS 段的大小固定为 1Tq。

• PTS 段 (PROP SEG)

PTS 译为传播时间段，这个时间段是用于补偿网络的物理延时时间。是总线上输入比较器延时和输出驱动器延时总和的两倍。PTS 段的大小可以为 1~8Tq。

• PBS1 段 (PHASE SEG1)，

PBS1 译为相位缓冲段，主要用来补偿边沿阶段的误差，它的时间长度在重新同步的时候可以加长。PBS1 段的初始大小可以为 1~8Tq。

• PBS2 段 (PHASE SEG2)

PBS2 这是另一个相位缓冲段，也是用来补偿边沿阶段误差的，它的时间长度在重新同步时可以缩短。PBS2 段的初始大小可以为 2~8Tq。

波特率计算

总线上的各个通讯节点只要约定好 1 个 Tq 的时间长度以及每一个数据位占据多少个 Tq，就可以确定 CAN 通讯的波特率。

例如，假设上图中的 1Tq=1us，而每个数据位由 19 个 Tq 组成，则传输一位数据需要时间 T1bit=19us，从而每秒可以传输的数据位个数为：1x10次方/19 = 52631.6 (bps)

这个每秒可传输的数据位的个数即为通讯中的波特率。

同步过程

两种同步，硬同步和重新同步

其中硬同步只是当存在“帧起始信号”时起作用，无法确保后续一连串的位时序都是同步的，而重新同步方式可解决该问题

硬同步：将ss段平移至总线出现下降沿的部分，也就是帧起始的位置。

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重新同步，通过PSB1和PSB2的长短，使ss段的位置在正确的位置上。

​ 超前：

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滞后：

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CAN 的报文种类及结构

报文的种类

5种类型的帧

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数据帧的结构

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数据帧以一个显性位 (逻辑 0) 开始，以 7 个连续的隐性位 (逻辑 1) 结束，在它们之间，分别有仲裁段、控制段、数据段、CRC 段和 ACK 段。

  • 帧起始

用于通知总线上的其他设备要开始发送数据了，帧起始信号只有一个数据位，是一个显性电平(逻辑0)，其他节点通过这个信号的电平跳变来硬同步。

  • 仲裁段

有着优先级的作用，主要内容为ID，由11位标准格式+29位的拓展格式组成，其中29位不是必须的。

两个节点争夺总线时的情况：它们发送报文时，若首先出现隐性电平（逻辑1），则会失去对总线的占有权

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仲裁段除了报文 ID 外，还有 RTR、IDE 和 SRR 位。

(1) RTR 位 (Remote Transmission Request Bit)，译作远程传输请求位，它是用于区分数据帧和遥控帧的，当它为显性电平（逻辑0）时表示数据帧，隐性电平（逻辑1）时表示遥控帧。

(2) IDE 位 (Identifier ExtensionBit)，译作标识符扩展位，它是用于区分标准格式与扩展格式，当它为显性电平（逻辑0）时表示标准格式，隐性电平（逻辑1）时表示扩展格式。

(3) SRR 位 (Substitute Remote Request Bit)，只存在于扩展格式，它用于替代标准格式中的 RTR位。由于扩展帧中的 SRR 位为隐性位，RTR 在数据帧为显性位，所以在两个 ID 相同的标准格式报文与扩展格式报文中，标准格式的优先级较高。

  • 控制段

在控制段中的 r1 和 r0 为保留位，默认设置为显性位。它最主要的是 DLC 段 (Data Length Code)，译为数据长度码，它由 4 个数据位组成，用于表示本报文中的数据段含有多少个字节， DLC 段表示的数字为 0~8。

  • 数据段

数据段为数据帧的核心内容，它是节点要发送的原始信息，由 0~8 个字节组成，MSB 先行。

  • CRC段

CAN 的报文包含了一段 15 位的 CRC 校验码，不同时，他会要求节点重新发送，CRC 部分的计算一般由 CAN 控制器硬件完成，出错时的处理则由软件控制最大重发数

有一个 CRC 界定符，它为隐性位，主要作用是把 CRC 校验码与后面的 ACK段间隔起来。

  • ACK段

ACK 段包括一个 ACK 槽位，和 ACK 界定符位。发送节点发送的是隐性位，而接收节点则在这一位中发送显性位以示应答。在 ACK 槽和帧结束之间由 ACK 界定符间隔开。

  • 帧结束

EOF 段 (End Of Frame)，译为帧结束，帧结束段由发送节点发送的 7 个隐性位表示结束。

其他报文结构

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STM32F407 CAN Controller介绍

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