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STM32开发（五）STM32F103 通信 —— CAN通信编程详解

2024年08月01日 • 交换机 •我要评论
USE_HAL_CAN_REGISTER_CALLBACKS宏定义为0，则调用HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback回调函数（这个函数是弱化函数，重构该函数之后就会调用重构函数）（2）在HAL_CAN_IRQHandler函数中判断中断标志位为CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING（挂起中断，在初始化中使能挂起中断）CAN接收中断包括：挂起中断（只要有信息就触发中断）、满中断（FIFO都满了触发中断）、溢出中断（只有FIFO都满后还接收到数据就会触发中断）

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文章目录

一、基础知识点

了解can通讯协议以及can 协议及标准规格 。本实验是基于stm32f103开发的can通信，来一起研究下stm32数据手册 中can的特色。
准备好了吗？开始我的show time。

二、开发环境

1、硬件开发准备

主控：stm32f103zet6
can收发器：tja1040t
在这里插入图片描述

2、软件开发准备

软件开发使用虚拟机 + vscode + stm32cube 开发stm32，在虚拟机中直接完成编译下载。
该部分可参考：

三、stm32cubemx相关配置

1、stm32cubemx基本配置

本实验基于cubemx详解构建基本框架 进行开发。

2、stm32cubemx can相关配置

（1）时钟配置
由于can在apb1时钟线上，apb1时钟配置36m
在这里插入图片描述
（2）配置can参数

  • 开启主can配置
    在这里插入图片描述
  • 位时序配置
    位时序顾名思义就是传输一个位的时序（如0或1）。位时序结构：同步段(sync_seg)、时间段1(bs1)、时间段2(bs2)
    在这里插入图片描述假j把can的时钟配置为500khz
    （1）将系统时间36m进行4分频，则36m/4 = 9m
    （2）位时序中同步段(sync_seg)固定1tq；stm32时间段1(bs1)包含两部分：传播时间段和相位缓冲时间段1，可以分配11tq；时间段2(bs2)包含相位缓冲时间段2，可以分配6tq。
    这样1位由18个 tq 构成，则9m/18 = 500k
    按照以上的配置可以实现can 500k通信。

在这里插入图片描述

  • 基本模式配置
    根据自己需要进行配置，这里实验都不需要，直接disable关掉
    在这里插入图片描述
    自动重发数据：若使能，数据出错了可以重新发送数据
    接收fifo锁定模式：若使能，fifo数据不可以重叠，更替
    发送fifo优先级：若关闭，就按照邮箱的优先级来发送数据；若使能，就按照自己设定的优先级发送。

  • can工作模式配置
    在这里插入图片描述
    模式选择：正常模式、静默模式、环回模式、环回静默模式。
    实验选用正常模式、环回模式测试can通信。

  • 中断模式配置
    在nvic settings选项卡中将can接收中断使能打开
    在这里插入图片描述
    设置中断优先级
    在这里插入图片描述

四、vscode代码讲解

1、构建一个can相关结构体

//定义结构体类型
typedef struct
{
  uint32_t can_work_mode;         // can 工作模式

  uint8_t tx_buff[8];             // 发送缓存
  uint8_t rx_buff[8];             // 接收缓存
  
  void (*mycan_init)(void);        // can 初始化             
  uint8_t (*mycan_send_message)(uint8_t *p_tx_buff, uint32_t *pmycan_mailbox_num);  // 发送信息
  void (*mycan_recevie_message)(uint8_t *p_rx_buff);                                // 接收信息

  uint8_t rx_status_flag;         // 接收标志位
} mycan_t;

2、定义can结构体

mycan_t mycan ={
    can_mode_normal,            // 正常接收发送模式

    {0x00, 0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x55, 0x66, 0x77},
    {0},

    mycan_init,                     
    mycan_send_message,
    mycan_recevie_message,

    false            // 默认没有接收到信息
};

3、初始化can
（1）can过滤器配置
filterbank：要配置的过滤器0（芯片一共14个，0-13）
filtermode：选用标识符屏蔽模式（可以接收一组id），若选择列表模式，只能接收一个特定的id
filterfifoassignment：将配置的过滤器0关联到fifo0
filteractivation：激活过滤器，若不激活接收不到任何数据
（2）使能接收挂起中断
在stm32cubemx里面是时钟了接收的总中断，这里使能的是总中断下的挂起中断
can接收中断包括：挂起中断（只要有信息就触发中断）、满中断（fifo都满了触发中断）、溢出中断（只有fifo都满后还接收到数据就会触发中断）
（3）启动can

  void mycan_init(void)
  {
    can_filtertypedef mycan_filter;

    // 配置过滤器
    mycan_filter.filteridhigh         = 0x34;                 // 过滤器需要过滤高id
    mycan_filter.filteridlow          = 0x00;                 // 过滤器需要过滤低id
    mycan_filter.filtermaskidhigh     = 0x00;                 // 过滤器掩码 '0'位不限制 
    mycan_filter.filtermaskidlow      = 0x00;                 // 过滤器掩码 '0'位不限制
    mycan_filter.filterfifoassignment = can_filter_fifo0;     // 挂在过滤器fifo0
    mycan_filter.filterbank           = 0;                    // 过滤器0
    mycan_filter.filtermode           = can_filtermode_idmask; // id掩码模式
    mycan_filter.filterscale          = can_filterscale_16bit; // 16位过滤器
    mycan_filter.filteractivation     = can_filter_enable;     // 激活过滤器
    mycan_filter.slavestartfilterbank = 14;                  

    // 配置过滤器
    if (hal_can_configfilter(&hcan, &mycan_filter) != hal_ok)
    {
        printf("dwb --- can配置过滤器失败\n");
        system.error_handler();
    }

    // 使能fifo接收到一个新报文中断
    if(hal_can_activatenotification(&hcan, can_it_rx_fifo0_msg_pending) != hal_ok)
    {
        printf("dwb --- can使能接收挂起中断失败\n");
        system.error_handler();
    }

    if(hal_can_start(&hcan) != hal_ok)
    {
        printf("dwb --- can开启失败\n");
        system.error_handler();
    }

    printf("dwb --- can配置并开启成功！\n");
  }

4、can发送
（1）can发送数据时序配置
定义发送时序参数，通过hal_can_addtxmessage函数发送数据到邮箱
（2）等待发送数据成功
延时1s时间，1s内反复通过hal_can_gettxmailboxesfreelevel函数检查空邮箱的个数。如果空邮箱个数等于3，则说明数据已经发送成功。

  uint8_t mycan_send_message(uint8_t *p_tx_buff, uint32_t *pmycan_mailbox_num)
  {
      can_txheadertypedef mycan_txheader;

      // 配置发送头
      mycan_txheader.stdid              = 0x34;                    // 发送设备标准id
      mycan_txheader.extid              = 0x00;                    // 扩展id
      mycan_txheader.ide                = can_id_std;              // can标准id模式
      mycan_txheader.rtr                = can_rtr_data;            // 数据帧
      mycan_txheader.dlc                = 8;                       // 传输长度8
      mycan_txheader.transmitglobaltime = disable;                 // 时间戳 不使能

      // 发送数据到邮箱并判断状态
      if(hal_can_addtxmessage(&hcan, &mycan_txheader, p_tx_buff, pmycan_mailbox_num) != hal_ok)
      {
          printf("dwb --- 发送数据到邮箱失败\n");
          return send_date_fail;
      }

      uint8_t rtc_seconds_t = myrtc.pmyrtc_current_time->seconds+1;
      do
      {
        if(rtc_seconds_t == myrtc.pmyrtc_current_time->seconds)
        {
            printf("dwb --- 数据未发出 \n");
            return send_date_fail;
        }
      } while (hal_can_gettxmailboxesfreelevel(&hcan) != 3);

      printf("dwb --- 数据发送成功 \n\r");
      return send_date_success;
  }

5、主函数中调用发送接收函数
（1）调用结构体can发送函数成员进行数据发送
（2）通过rx_status_flag标识符判断是否接收到数据，后调用mycan_recevie_message接收

    res = mycan.mycan_send_message(mycan.tx_buff, &mailbox_num);
    printf("dwb --- mailbox_num = %ld\n\r", mailbox_num);
    if(!res && true == mycan.rx_status_flag){
        mycan.mycan_recevie_message(mycan.rx_buff);
        mycan.rx_status_flag = false;
    }

6、can接收中断函数
在初始化中can使能接收挂起中断。当有接收到数据就会调用中断函数
__weak void hal_can_rxfifo0msgpendingcallback(can_handletypedef *hcan)

这个函数是弱函数，直接重构就好了。

void hal_can_rxfifo0msgpendingcallback(can_handletypedef *hcan_t)
{
  can_rxheadertypedef pmycan_tx_head;
  // hal_statustypedef hal_can_getrxmessage(can_handletypedef *hcan, uint32_t rxfifo, can_rxheadertypedef *pheader, uint8_t adata[]);
  if (hal_can_getrxmessage(&hcan, can_rx_fifo0, &pmycan_tx_head, mycan.rx_buff) == hal_ok)
    mycan.rx_status_flag = true;
}

调用hal_can_getrxmessage函数接收数据，这里数据从can_rx_fifo0中读取。
为什么是fifo0呢？因为在初始化过滤器的时候将其关联到fifo0上。

解析接收的过程
中断初始化中，使能usb_lp_can1_rx0_irqn can接收中断

static void mx_nvic_init(void)
{
  /* rtc_alarm_irqn interrupt configuration */
  hal_nvic_setpriority(rtc_alarm_irqn, 1, 0);
  hal_nvic_enableirq(rtc_alarm_irqn);
  /* usb_lp_can1_rx0_irqn interrupt configuration */
  hal_nvic_setpriority(usb_lp_can1_rx0_irqn, 2, 0);
  hal_nvic_enableirq(usb_lp_can1_rx0_irqn);            // can接收总中断使能
}

can初始化中使能接收挂起中断

    // 使能fifo接收到一个新报文中断
    if(hal_can_activatenotification(&hcan, can_it_rx_fifo0_msg_pending) != hal_ok)
    {
        printf("dwb --- can使能接收挂起中断失败\n");
        system.error_handler();
    }

can接收数据时，
（1）触发usb_lp_can1_rx0_irqhandler回调函数

void usb_lp_can1_rx0_irqhandler(void)
{
  /* user code begin usb_lp_can1_rx0_irqn 0 */

  /* user code end usb_lp_can1_rx0_irqn 0 */
  hal_can_irqhandler(&hcan);
  /* user code begin usb_lp_can1_rx0_irqn 1 */

  /* user code end usb_lp_can1_rx0_irqn 1 */
}

（2）在hal_can_irqhandler函数中判断中断标志位为can_it_rx_fifo0_msg_pending（挂起中断，在初始化中使能挂起中断）
use_hal_can_register_callbacks宏定义为0，则调用hal_can_rxfifo0msgpendingcallback回调函数（这个函数是弱化函数，重构该函数之后就会调用重构函数）

void hal_can_irqhandler(can_handletypedef *hcan)
{
    ......
  /* receive fifo 0 message pending interrupt management *********************/
  if ((interrupts & can_it_rx_fifo0_msg_pending) != 0u)
  {
    /* check if message is still pending */
    if ((hcan->instance->rf0r & can_rf0r_fmp0) != 0u)
    {
      /* receive fifo 0 message pending callback */
#if use_hal_can_register_callbacks == 1
      /* call registered callback*/
      hcan->rxfifo0msgpendingcallback(hcan);
#else
      /* call weak (surcharged) callback */
      hal_can_rxfifo0msgpendingcallback(hcan);
#endif /* use_hal_can_register_callbacks */
    }
  }
    ......
}

五、结果演示

can 内部回环测试

代码设置回环测试，can自发自收。
在这里插入图片描述

串口打印发送成功后接收到的数据内容以及发送邮箱号。
在这里插入图片描述

can 正常模式测试

代码模式配置为正常模式
在这里插入图片描述

两块板子can相互通信背景：用另一块stm32开发板上的can通信与本实验中的板子can（打印信息有dwb）通信。
实验板子can发送（左图），stm32开发板can接收（右图）。两个板子canh对应相连；canl对应相连。
在这里插入图片描述
实验板子can接收（左图），stm32开发板can发送（右图）。两个板子canh对应相连；canl对应相连。
在这里插入图片描述

使用adalm2000分析工具解析can时序

整体波形：
在这里插入图片描述
开始帧（1位）
右下角，传输1位的时间为1.998μs，和软件里配置的时间1999.99ns时间一致（500000hz）
在这里插入图片描述
设备id位（标准帧id 11位）
解析出来的配置为0x34与软件配置一致（00000110100）
注：由于位补充（在发送数据帧和遥控帧时， sof～crc 段间的数据，相同电平如果持续 5 位，在下一个位（第 6 个位）则要插入 1 位与前 5 位反型的电平）的原因，中间有插入一个补充位1（绿色1）
在这里插入图片描述
rtr（1位数据帧）、ide（1位标准id模式）、rb0（保留位）、数据长度码（8位）
由于连续5位0，则中间添加补充位1
在这里插入图片描述
数据（8个字节）
在这里插入图片描述
crc（校验位15位）、crc d（crc 界定符（用于分隔的位）1位）、ack（用来确认是否正常接收2位）
在这里插入图片描述
结束帧
在这里插入图片描述

六、代码下载

stm32基础（五）stm32f103 can通信代码

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