STM32 CAN總線-1
CAN是控制器區域網路絡(Controller Area Network)的簡稱。
具有的高可靠性和良好的錯誤檢測能力。為半雙工。
目錄
- STM32 CAN總線-1
- 目錄
- CAN 實體層
-
- 1 閉環總線網絡
- 2 開環總線網絡
- 3 通訊節點
- 4 差分信号
- 5 CAN協定中的差分信号
-
- CAN 協定層
- 1 CAN的波特率及位同步
- 11 位時序分解
- 12通訊的波特率
- 2 CAN的封包種類及結構
- 21 封包的種類
- 22 資料幀的結構
- 1 CAN的波特率及位同步
1. CAN 實體層
與I2C、SPI等具有時鐘信号的同步通訊方式不同，CAN通訊并不是以時鐘信号來進行同步的，它是一種異步通訊，隻具有CAN_High和CAN_Low兩條信
号線，共同構成一組差分信号線，以差分信号的形式進行通訊。(沒有時鐘)
CAN實體層的形式主要分為閉環總線及開環總線網絡兩種，一個适合于高速通訊，一個适合于遠距離通訊。
1.1 閉環總線網絡
CAN閉環通訊網絡是一種遵循ISO11898标準的高速、短距離網絡，它的總線最大長度為40m，通信速度最高為1Mbps，總線的兩端各要求有一個“120歐”的電阻。
1.2 開環總線網絡
CAN開環總線網絡是遵循ISO11519-2标準的低速、遠距離網絡，它的最大傳輸距離為1km，最高通訊速率為125kbps，兩根總線是獨立的、不形成閉環，要求每根總線上各串聯有一個“2.2千歐”的電阻。
1.3 通訊節點
1.CAN總線上可以挂載多個通訊節點，節點個數理論上不受限制，隻要總線的負載足夠即可，可以通過中繼
器增強負載。
2.CAN通訊節點由一個CAN控制器（STM32内置有）及CAN收發器組成，控制器與收發器之間
通過CAN_Tx及CAN_Rx信号線相連，收發器與CAN總線之間使用CAN_High及CAN_Low信号線相連。其中CAN_Tx及CAN_Rx使用普通的類似TTL邏輯信号（TTL信号在STM32就是3.3V和0V），而CAN_High及CAN_Low是一對差分信号線，使用比較特别的差分信号。
1.4 差分信号
1.抗幹擾能力強
2.能有效抑制它對外部的電磁幹擾
3.時序定位精确
由于差分信号線具有這些優點，是以在USB協定、485協定、以太網協定及CAN協定的實體層中，都使用了差分信号傳輸。
1.5 CAN協定中的差分信号
CAN協定中對它使用的CAN_High及CAN_Low表示的差分信号做了規定。
以高速CAN協定為例，當表示邏輯1時(隐性電平)，CAN_High和CAN_Low線上的電壓均為2.5v，即它們的電壓差V H -V L =0V；而表示邏輯0時(顯性電平)，CAN_High的電平為3.5V，CAN_Low線的電平為1.5V，即它們的電壓差為V H -V L =2V。
2. CAN 協定層
2.1 CAN的波特率及位同步
CAN屬于異步通訊，沒有時鐘信号線，連接配接在同一個總線網絡中的各個節點會像序列槽異步通訊那樣，節點間使用約定好的波特率進行通訊，特别地，CAN還會使用“位同步”的方式來抗幹擾、吸收誤差，實作對總線電平信号進行正确的采樣，確定通訊正常。
2.1.1 位時序分解
圖中表示的CAN通訊信号每一個資料位的長度為19Tq，其中SS段占1Tq，PTS段占6Tq，PBS1段占5Tq，PBS2段占7Tq。信号的采樣點位于PBS1段與PBS2段之間，通過控制各段的長度，可以對采樣點的位置進行偏移，以便準确地采樣。
以下都不是重點，不過可以了解下：
SS段(SYNC SEG)
SS譯為同步段，若通訊節點檢測到總線上信号的跳變沿被包含在SS段的範圍之内，則表示節點與總線的時序是同步的，當節點與總線同步時，采樣點采集到的總線電平即可被确定為該位的電平。SS段的大小固定為1Tq。
PTS段(PROP SEG)
PTS譯為傳播時間段，這個時間段是用于補償網絡的實體延時時間。是總線上輸入比較器延時和輸出驅動器延時總和的兩倍。PTS段的大小可以為1~8Tq。
PBS1段(PHASE SEG1)，
PBS1譯為相位緩沖段，主要用來補償邊沿階段的誤差，它的時間長度在重新同步的時候可以加長。PBS1段的初始大小可以為1~8Tq。
PBS2段(PHASE SEG2)
PBS2這是另一個相位緩沖段，也是用來補償邊沿階段誤差的，它的時間長度在重新同步時可以縮短。PBS2段的初始大小可以為2~8Tq。
2.1.2通訊的波特率
總線上的各個通訊節點隻要約定好1個Tq的時間長度以及每一個資料位占據多少個Tq，就可以确定CAN通訊的波特率。
例如，假設1Tq=1us，而每個資料位由19個Tq組成，則傳輸一位資料需要時間T1bit =19us，進而每秒可以傳輸的資料位個數為：
1x106/19 = 52631.6 (bps)
這個每秒可傳輸的資料位的個數即為通訊中的波特率。
2.2 CAN的封包種類及結構
當使用CAN協定進行通訊時，需要對資料、操作指令(如讀/寫)以及同步信号進行打包，打包後的這些内容稱為封包。
2.2.1 封包的種類
在原始資料段的前面加上傳輸起始标簽、片選(識别)标簽和控制标簽，在資料的尾段加上CRC校驗标簽、應答标簽和傳輸結束标簽，把這些内容按特定的格式打包好，就可以用一個通道表達各種信号，各種各樣的标簽就如同SPI中各種通道上的信号，起到了協同傳輸的作用。當整個資料包被傳輸到其它裝置時，隻要這些裝置按格式去解讀，就能還原出原始資料，這樣的封包就被稱為CAN的“資料幀”。
2.2.2 資料幀的結構
資料幀以一個顯性位(邏輯0)開始，以7個連續的隐性位(邏輯1)結束，在它們之間，分别有仲裁段、控制段、資料段、CRC段和ACK段。
以下不是重點，不過需要了解下：
幀起始
SOF段(Start Of Frame)，譯為幀起始，幀起始信号隻有一個資料位，是一個顯性電平，它用于通知各個節點将有資料傳輸，其它節點通過幀起始信号的電平跳變沿來進行硬同步。
仲裁段
當同時有兩個封包被發送時，總線會根據仲裁段的内容決定哪個資料包能被傳輸，這也是它名稱的由來。
仲裁段的内容主要為本資料幀的ID資訊(辨別符)，資料幀具有标準格式和擴充格式兩種，差別就在于ID資訊的長度，标準格式的ID為11位，擴充格式的ID為29位，它在标準ID的基礎上多出18位。
在CAN協定中，ID起着重要的作用，它決定着資料幀發送的優先級，也決定着其它節點是否會接收這個資料幀。CAN協定不對挂載在它之上的節點配置設定優先級和位址，對總線的占有權是由資訊的重要性決定的，即對于重要的資訊，可給它打包上一個優先級高的ID，使它能夠及時地發送出去。
也正因為它這樣的優先級配置設定原則，使得CAN的擴充性大大加強，在總線上增加或減少節點并不影響其它裝置。
仲裁段ID的優先級也影響着接收裝置對封包的反應。因為在CAN總線上資料是以廣播的形式發送的，所有連接配接在CAN總線的節點都會收到所有其它節點發出的有效資料，因而CAN控制器大多具有根據ID過濾封包的功能，它可以控制自己隻接收某些ID的封包
RTR位(Remote Transmission Request Bit)，譯作遠端傳輸請求位，它是用于區分資料幀和遙控幀的，當它為顯性電平時表示資料幀，隐性電平時表示遙控幀。
IDE位(Identifier Extension Bit)，譯作辨別符擴充位，它是用于區分标準格式與擴充格式，當它為顯性電平時表示标準格式，隐性電平時表示擴充格式。
SRR位(Substitute Remote Request Bit)，隻存在于擴充格式，它用于替代标準格式中的RTR位。由于擴充幀中的SRR位為隐性位，RTR在資料幀為顯性位，是以在兩個ID相同的标準格式封包與擴充格式封包中，标準格式的優先級較高。
控制段,在控制段中的r1和r0為保留位，預設設定為顯性位。它最主要的是DLC段(Data Length Code)，譯為資料長度碼，它由4個資料位組成，用于表示本封包中的資料段含有多少個位元組，DLC段表示的數字為0~8。
資料段，資料段為資料幀的核心内容，它是節點要發送的原始資訊，由0~8個位元組組成，MSB先行。
CRC段，為了保證封包的正确傳輸，CAN的封包包含了一段15位的CRC校驗碼，一旦接收節點算出的CRC碼跟接收到的CRC碼不同，則它會向發送節點回報出錯資訊，利用錯誤幀請求它重新發送。CRC部分的計算一般由CAN控制器硬體完成，出錯時的處理則由軟體控制最大重發數。在CRC校驗碼之後，有一個CRC界定符，它為隐性位，主要作用是把CRC校驗碼與後面的ACK段間隔起來。
ACK段，ACK段包括一個ACK槽位，和ACK界定符位。類似I2C總線，在ACK槽位中，發送節點發送的是隐性位，而接收節點則在這一位中發送顯性位以示應答。在ACK槽和幀結束之間由ACK界定符間隔開。
幀結束，EOF段(End Of Frame)，譯為幀結束，幀結束段由發送節點發送的7個隐性位表示結束。