Controller Area Network 控制器局域网络 是ISO国际标准化的串行通信协议。在汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。此后，CAN 通过ISO11898及ISO11519进行了标准化，在欧洲已是汽车网络的标准协议。

CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。近年来，它具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视，被广泛应用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强及振动大的工业环境。

• 多主控制
  
  
  
  
  • 在总线空闲时，所有的单元都可开始发送消息（多主控制）
    
    
  • 最先访问总线的单元可获得发送权（CSMA/CA力式）
    
    
  • 多个单元同时开始发送时，发送高优先级 ID 消息的单元可获得发送权
    
    
• 消息的发送
  
  
  
  
  • 在CAN协议中，所有的消息都以固定的格式发送。总线空闲时，所有与总线相连的单元都可开始发送新消息。两个以上的单元同时开始发送消息时，根据标识符（Identifier以下称为ID）决定优先级。ID并不是表示发送的目的地址，而是表示访问总线的消息的优先级。两个以上的单元同时开始发送消息时，对各消息ID的每个位进行逐个仲裁比较。仲裁获胜（被判定为优先级最高）的单元可继续发送消息。仲裁失利的单元则立刻停止发送而进行接收工作。
    
    
• 系统的柔软性
  
  
  
  
  • 与总线相连的单元没有类似于“地址”的信息。因此在总线上增加单元时，连接在总线上的其他单元的软硬件及应用层都不需要改变。
    
    
• 通信速度
  
  
  
  
  • 根据整个网络的规模，可设定适合的通信速度。在同一网络中，所有单元必须设定成统一的通信速度。即使有一个单元的通信速度与其它的不一样。此单元也会输出错误信号，妨碍整个网络的通信。不同网络间则可以有不同的通信速度。
    
    
• 远程数据请求
  
  
  
  
  • 可通过发送“遥控帧”，请求其他单元发送数据。
    
    
• 错误检测功能
  
  
  
  
  • 所有的单元都可以检测错误（错误检测功能）
    
    
  • 检测出错误的单元会立即同时通知其他所有单元（错误通知功能）
    
    
  • 正在发送消息的单元一旦检测出错误，会强制结束当前的发送。强制结束发送的单元会不断反复地重新发送此消息直到成功发送为止（错误恢复功能）
    
    
• 故障封闭
  
  
  
  
  • CAN可以判断出错误的类型是总线上暂时的数据错误（如外部噪声等）还是持续的数据错误（如单元内部故障、驱动器故障、断线等）。由此功能，当总线上发生持续数据错误时，可将引起此故障的单元从总线上隔离出去。
    
    

• 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。
  
  
• 有效抑制电磁干扰：同样的道理，由于两根信号的极性相反，他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
  
  

• 数据的每一Bit位，都分为4段
  
  
  
  
  • 同步段 ( SS / Sync )
    
    
  • 传播时间段 ( PTS / Prop )
    
    
  • 相位缓冲段 1 ( PBS1 / Phase 1 )
    
    
  • 相位缓冲段 2 ( PBS2 / Phase 2 )
    
    
  
  

• 而这每一段又由称为Time Quantum 时间量子的最小时间单位组成
  
  

• 数据帧
  
  
• 遥控帧
  
  
• 错误帧
  
  
• 过载帧
  
  
• 间隔帧
  
  

• Start of Frame 帧起始：表示数据帧开始的段
  
  
• Arbitration Field 仲裁段：表示该帧优先级的段
  
  
• Control 控制段：表示数据的字节数及保留位的段
  
  
• Data 数据段：数据的内容，一帧可发送 0~8 个字节的数据
  
  
• CRC Field CRC段：检查帧的传输错误的段
  
  
• ACK Field ACK段：表示确认正常接收的段
  
  
• End of Frame 帧结束：表示数据帧结束的段
  
  

3.2 Filter 过滤器

Filter 过滤器就很简单了，就是过滤接收到的每一帧的ID，如果符合特定条件，那就将该帧放入接收FIFO中。

Filter 过滤器有两种模式：

• Identifier List Mode 标识符列表模式：它把要接收报文的 ID 列成一个表，要求报文 ID 与列表中的某一个标识符完全相同才可以接收，可以理解为白名单管理
  
  
• Mask Mode 掩码模式：它把可接收报文 ID 的某几位作为列表，这几位被称为掩码，可以把它理解成关键字搜索，只要掩码(关键字)相同，就符合要求，报文就会被保存到接收FIFO
  
  

每种模式又有对应的16 Bit位，32 Bit位模式，具体的使用方法和区别，本文不深入讨论，这部分内容再出个完整的教程都足够了，所以这部分留给客官去看Reference Manuel

来理解。

3.3 如何通过Bit Rate 比特率来选择Time Quantum 时间量子

该图生成于CAN Bit Time Calculation，可以看出在iRM2018的时钟树配置下，42MHz的CAN总线，最推荐的是黄色的那条，是稳定和高速的交际范围，越往上越快，但是越不稳定，越往下越稳定，但是越慢。因为C620电调和M3508电机接收的比特率是1Mbps，所以我们只能选择最上面的那个最快的那组参数。

3.4 特殊功能选项

• Automatic Bus-Off Management 自动离线管理：可以在出错时离线后适时自动恢复，不需要软件干预
  
  
• Automatic Retransmission 自动重传：使用本功能时，会一直发送报文直到成功为止
  
  

3.5 RoboMaster Assistant

在用串口转接器后，可以在PWM接口连接上PC的RoboMaster Assitant来调试电机，重要的是可以调整电机的CAN数据发送频率，适当调低可以降低CPU的接收压力，把计算资源留给其他更加重要的功能。

4.0 CAN的用法
[code]HAL_StatusTypeDef HAL_CAN_ActivateNotification(CAN_HandleTypeDef *hcan, uint32_t ActiveITs);[/code]

• 参数
  
  
  
  
  • hcan：指向CAN配置结构体
    
    
  • ActiveITs：表明哪个中断会被启动，开启改中断的消息提示
    
    
• 返回值
  
  
  
  
  • HAL_StatusTypeDef：如果开启成功，返回HAL_OK；如果失败，返回HAL_ERROR
    
    
  
  

---

[code]HAL_StatusTypeDef HAL_CAN_Start(CAN_HandleTypeDef *hcan);[/code]

• 参数
  
  
  
  
  • hcan：指向CAN配置结构体
    
    
• 返回值
  
  
  
  
  • HAL_StatusTypeDef：如果开启成功，返回HAL_OK；如果失败，返回HAL_ERROR
    
    
  
  

---

[code]HAL_StatusTypeDef HAL_CAN_ConfigFilter(CAN_HandleTypeDef *hcan, CAN_FilterTypeDef *sFilterConfig);[/code]

• 参数
  
  
  
  
  • hcan：指向CAN配置结构体
    
    
  • sFilterConfig：指向Filter过滤器配置结构体
    
    
• 返回值
  
  
  
  
  • HAL_StatusTypeDef：如果开启成功，返回HAL_OK；如果失败，返回HAL_ERROR
    
    
  
  

---

[code]HAL_StatusTypeDef HAL_CAN_AddTxMessage(CAN_HandleTypeDef *hcan, CAN_TxHeaderTypeDef *pHeader, uint8_t aData[], uint32_t *pTxMailbox);[/code]

• 参数
  
  
  
  
  • hcan：指向CAN配置结构体
    
    
  • pHeader：指向发送数据的配置结构体
    
    
  • aData[]：指向需要发送的数据
    
    
  • pTxMailbox：该函数会返回用于储存发送数据的发送邮箱编号到该变量
    
    
• 返回值
  
  
  
  
  • HAL_StatusTypeDef：如果添加成功，返回HAL_OK；如果失败，返回HAL_ERROR
    
    
  
  

---

[code]uint32_t HAL_CAN_IsTxMessagePending(CAN_HandleTypeDef *hcan, uint32_t TxMailboxes);[/code]

• 参数
  
  
  
  
  • hcan：指向CAN配置结构体
    
    
  • TxMailboxes：指向发送数据的发送邮箱
    
    
• 返回值
  
  
  
  
  • uint32_t：如果有发送数据正在等待发送，返回1；如果没有，返回0
    
    
  
  

---

[code]void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan);

• 在写代码的时候，在main.c中创建HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback函数
  
  
• 在该函数中填写在FIFO 0中已经没有正在等待接收的数据的时候开启中断，需要执行的代码
  
  

---

HAL_StatusTypeDef HAL_CAN_GetRxMessage(CAN_HandleTypeDef *hcan, uint32_t RxFifo, CAN_RxHeaderTypeDef *pHeader, uint8_t aData[]);

• 参数
  
  
  
  
  • hcan：指向CAN配置结构体
    
    
  • RxFifo：指向负责接收的FIFO
    
    
  • pHeader：指向接收数据的配置结构体
    
    
  • aData[]：指向需要接收的数据
    
    
• 返回值
  
  
  
  
  • HAL_StatusTypeDef：如果接收成功，返回HAL_OK；如果失败，返回HAL_ERROR
    
    
  
  

5.0 练习项目
5.1 项目简介

• CAN电机控制：通过CAN控制电机，并且在按下按钮时通过CAN读取电机运行数据
  
  

5.2 项目代码
因为论坛字数限制，详情请到 https://alchemicronin.github.io/posts/59eedfd8.html 观看
5.3 效果展示

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