CAN协议基础知识
I2C.SPI总线多⽤于短距离传输，协议简单，数据量少，主要⽤于IC之间的通讯,⽽ CAN 总线则不同，CAN(Controller Area Network) 总线定义了更为优秀的物理层、数据链路层，并且拥有种类丰富、简繁不⼀的上层协议。与I2C、SPI有时钟信号的同步通讯⽅式不同，CAN通讯并不是以时钟信号来进⾏同步的，它是⼀种异步通讯，只具有CAN_High和CAN_Low两条信号线，共同构成⼀组差分信号线，以差分信号的形式进⾏通讯。 CAN物理层的形式主要分为闭环总线及开环总线⽹络两种，⼀个适合于⾼速通讯，⼀个适合于远距离通讯。CAN闭环通讯⽹络是⼀种遵循ISO11898标准的⾼速、短距离⽹络，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。来做阻抗匹配，以减少回波反射。
闭环总线⽹络
CAN开环总线⽹络是遵循ISO11519-2标准的低速、远距离⽹络，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
开环总线⽹络
食用菌生产与加工技术CAN总线上可以挂载多个通讯节点，节点之间的信号经过总线传输，实现节点间通讯。由于CAN通讯协议不对节点进⾏地址编码，⽽是对数据内容进⾏编码，所以⽹络中的节点个数理论上不受限制，只要总线的负载⾜够即可，可以通过中继器增强负载。 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。其中CAN_Tx及CAN_Rx
使⽤普通的类似TTL逻辑信号，⽽CAN_High及CAN_Low是⼀对差分信号线，使⽤⽐较特别的差分信号。当CAN节点需要发送数据时，控制器把要发送的⼆进制编码通过CAN_Tx线发送到收发器，然后由收发器把这个普通的逻辑电平信号转化成差分信号，通过差分线CAN_High和CAN_Low线输出到CAN总线⽹络。⽽通过收发器接收总线上的数据到控制器时，则是相反的过程，收发器把总线上收到的CAN_High及CAN_Low信号转化成普通的逻辑电平信号，通过CAN_Rx输出到控制器中。
差分信号
差分信号⼜称差模信号，与传统使⽤单根信号线电压表⽰逻辑的⽅式有区别，使⽤差分信号传输时，需要两根信号线，这两个信号线的振幅相等，相位相反，通过两根信号线的电压差值来表⽰逻辑0和逻辑1。相对于单信号线传输的⽅式，使⽤差分信号传输具有如下优点：
· 抗⼲扰能⼒强，当外界存在噪声⼲扰时，⼏乎会同时耦合到两条信号线上，⽽
接收端只关⼼两个信号的差值，所以外界的共模噪声可以被完全抵消。
· 能有效抑制它对外部的电磁⼲扰，同样的道理，由于两根信号的极性相反，他
防水栓们对外辐射的电磁场可以相互抵消，耦合的越紧密，泄放到外界的电磁能量越
少。
· 时序定位精确，由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点，⽽不像普通
单端信号依靠⾼低两个阈值电压判断，因⽽受⼯艺，温度的影响⼩，能降低时
序上的误差，同时也更适合于低幅度信号的电路。
· 由于差分信号线具有这些优点，所以在USB协议、485协议、以太⽹协议及CAN协议的物理层中，都使⽤了差分信号传输。
CAN协议中的差分信号
CAN协议中对它使⽤的CAN_High及CAN_Low表⽰的差分信号做了规定。以⾼速CAN协议为例，当表⽰逻辑1时(隐性电平)，CAN_High 和CAN_Low线上的电压均为2.5v，即它们的电压差V H -V L =0V；⽽表⽰逻辑0时(显性电平)，CAN_High的电平为3.5V，CAN_Low线的电平为1.5V，即它们的电压差为V H -V L =2V。
CAN 总线的特点
CAN 总线⽹络是⼀种真正的多主机⽹络，在总线处于空闲状态时，任何⼀个节点单元都可以申请成为主机，向总线发送消息。其原则是：最先访问总线的节点单元可以获得总线的控制权；多个节点单元同时尝试获取总线的控制权时，将发⽣仲裁事件，具有⾼优先级的节点单元将获得总线控制权。 CAN 协议中，所有的消息都以固定的数据格式打包发送。两个以上的节点单元同时发送信息时，根据节点标识符（常称为 ID，亦打包在固定的数据格式中）决定各⾃优先级关系，所以 ID 并⾮表⽰数据发送的⽬的地址，⽽是代表着各个节点访问总线的优先级。如此看
入口雨棚
来，CAN 总线并⽆类似其他总线“地址”的概念，在总线上增加节点单元时，连接在总线的其他节点单元的软硬件都不需要改变。
CAN 总线的通信速率和总线长度有关，在总线长度⼩于 40m 的场合中，数据传输速率可以达到 1Mbps，⽽即便总线长度上升⾄1000m，数据的传输速率仍可达到 50Kbps，⽆论在速率还是传输距离都明显优于常见的 RS232、RS485 和 I2C 总线。
对于总线错误，CAN 总线有错误检测功能、错误通知功能、错误恢复功能三种应对措施，分别应对于下⾯三点表述：所有的单元节点都可以⾃动检测总线上的错误；检测出错误的节点单元会⽴刻将错误通知给其他节点单元；若正在发送消息的单元检测到当前总线发⽣错误，则⽴刻强制取消当前发送，并不断反复发送此消息⾄成功为⽌。
CAN 总线上的每个节点都可以通过判断得出，当前总线上的错误时暂时的错误（如瞬间的强⼲扰）还是持续的错误（如总线断裂）。当总线上发⽣持续错误时，引起故障的节点单元会⾃动脱离总线。
CAN 总线上的节点数量在理论上没有上限，但在实际上收到总线上的时间延时及电⽓负载的限制。降低最⼤通信速率，可以增加节点单元的连接数；反之，减少节点单元的连接数，则最⼤通信速率可以提⾼。
CAN总线的数据通信是以数据帧的格式进⾏的,⽽数据帧⼜是由位场组成的，其中每⼀个位⼜被划分为四段.即SS(SYNC SEG),PTS(PROP SEG--传播时间段),PBS1(PHASE SEG1--相位缓冲段1),PBS2(PHASE SEG1--相位缓冲段2).
帧类型
⽤途
美发镜台数据帧⽤于发送单元向接收单元传送数据的帧
遥控帧⽤于接收单元向具有相同 ID 的发送单元请求数据的帧
错误帧⽤于当检测出错误时向其它单元通知错误的帧
过载帧⽤于接收单元通知其尚未做好接收准备的帧
间隔帧⽤于将数据帧及遥控帧与前⾯的帧分离开来的帧
数据帧的结构图：
图中D表⽰显性电平，R表⽰隐形电平.
ID：⾼位在前，低位在后。
基本ID，禁⽌⾼7位都为隐性，即不能：ID=1111111XXXX。
RTR，远程请求位。0，数据帧；1， 远程帧；
SRR，替代远程请求位。设置为1（隐性电平）；
IDE，标识符选择位。0，标准标识符；1，扩展标识符；
盾构机过站电缆架空支架r0，r1：保留位。必须以显现电平发送，但是接收可以是隐性电平。
DLC：数据长度码。0~8，表⽰发送/接收的数据长度（字节）。
IDE，标识符选择位。0，标准标识符；1，扩展标识符；
位时序分解
为了实现位同步，CAN协议把每⼀个数据位的时序分解成SS段、PTS段、PBS1段、PBS2段，这四段的长度加起来即为⼀个CAN数据位的长度。分解后最⼩的时间单位是Tq，⽽⼀个完整的位由8~25个Tq组成。
STM32中的CAN接⼝
STM32的芯⽚中具有bxCAN控制器 (Basic Extended CAN)，它⽀持CAN协议2.0A和2.0B标准。该CAN控制器⽀持最⾼的通讯速率为1Mb/s；可以⾃动地接收和发送CAN报⽂，⽀持使⽤标准ID和扩展ID的报⽂；外设中具有3个发送邮箱，发送报⽂的优先级可以使⽤软件控制，还可以记录发送的时间；具有2个3级深度的接收FIFO，可使⽤过滤功能只接收或不接收某些ID号的报⽂；可
配置成⾃动重发；不⽀持使⽤DMA进⾏数据收发。
1. CAN控制内核
2.CAN发送邮箱
3.CAN接收FIFO
4.验收筛选器
STM32的有两组CAN控制器，其中CAN1是主设备，框图中的“存储访问控制器”是由CAN1控制的，CAN2⽆法直接访问存储区域，所以使⽤CAN2的时候必须使能CAN1外设的时钟。
STM32⾄少配备⼀个bxCAN(basic extend can )控制器,⽀持2.0A和2.0B协议，最⾼数据传输速率可达1M bps,⽀持11位标准帧格式和29位扩展帧格式的接收和发送，具备三个发送邮箱和两个接收FIFO，此wa此外还有三级可编程滤波器,STM32的bxCAN⾮常适应CAN总线⽹络y⽹络应⽤发展需求，其主要主要特征如下 :
⽀持CAN协议2.0A和2.0B主动模式
波特率最⾼可达1Mbps
⽀持时间触发通讯功能
数据发送特性：具备三个发送邮箱；发送报⽂的优先级可以通过软件配置，可记录发送时间的时间戳
数据接收特性：具备三级深度和两个接收FIFO；具备可变的过滤器组，具备可编程标识符列表，可配置FIFO溢出处理⽅式，记录接收时间的时间戳
报⽂管理：中断可屏蔽；邮箱单独占有⼀块地址空间，便于提⾼软件效率.
本⽂的实验设计将利⽤STM32 的bxCAN控制器的环回⼯作模式，实现bxCAN控制器的⾃收发过程，并使⽤串⼝设备跟踪监视数据收发情况.
程序流程如下图
