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从STM32开始的RoboMaster生活：进阶篇 VII [CAN]
1.0 什么是CAN?
1.1 背景 + 定义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。
1.2 意义 + 优势多主控制
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
系统的柔软性
通信速度
远程数据请求
错误检测功能
故障封闭
2.0 CAN原理
2.1 Differential signal 差分信号从上图我们可以看到，与图中下部分的普通信号不同，并不是低电平表示0高电平表示1，而是当两根数据线在同一时刻，如果有电压差表示0无电压差表示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。 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
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。 虽然CAN是通过差分信号传输数据，但是MCU不是，所以需要CAN Transceiver来把MCU的普通信号转换成差分信号。STM32并不自己提供该功能，所以需要外接CAN Transceiver。 2.2 Time Quantum 时间量子2.3 Data Frame 数据帧在CAN标准中，分为标准格式和扩展格式，而帧也分为5种 我们这里主要解析一下数据帧 每个数据帧总共包含7个段 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
2.4 Arbitration 仲裁在CAN中，仲裁是为了解决当同一时刻有多个Node在试图发送信息的时候，让优先权最大的那个Node先发。在CAN中，1是隐性电平，0是显性电平，在ID中显性电平越靠前越多，也就是ID越小，优先权越大。在仲裁的时候，比如有上图中的3个Node同时发送数据，当他们同时发送帧ID的时候，CAN的特性之一就会起作用，隐性电平会被显性电平覆盖，也就是只要在同一时刻，CAN上既有Node发送隐性电平又有Node发送显性电平，那CAN上就只有显性电平，反过来说，只有当CAN上所有Node都只发送隐性电平的时候，CAN上才是隐性电平。这就是仲裁机制背后的物理机制。 然后接下来，我们继续谈谈仲裁的过程中到底发生了什么，继续上图的例子，在时刻5的时候，Node 2是隐性电平 ( 1 ) ，而其他Node是显性电平 ( 0 ) ，所以整个CAN上也是显性电平 ( 0 ) ，然后Node 2自己一对比自己的输入输出不同，很自觉得知道自己优先权比其他Node低，然后停止发送数据，转为监听模式，Node 1和Node 3继续仲裁。在时刻2的时候，Node 1是隐性电平 ( 1 ) ，而Node 3是显性电平 ( 0 ) ，所以Node 1也转为监听模式，最后当整个ID发送完，仲裁完成后，只有Node 3发现自己没事，就知道自己是优先权最大的那个，接下来就继续发送数据帧，而其他Node就暂停发送数据，一直监听Node 3的数据，直到Node 3发完数据，其他Node再继续仲裁下去，决定接下来的发送权。 3.0 STM32的CAN配置原理
3.1 图解CAN内部实现机构从图上我们可以看到，CAN 1与CAN 2为主从关系，CAN 1为Master ( 主 ) ，CAN 2为Slave ( 从 ) 。CAN 1和CAN 2有各自的3个发送邮箱，2个FIFO Buffer缓冲，6个接收邮箱。但是，28个Filter 过滤器却是共用的，我们可以规定，哪些Filter给那个CAN用，甚至可以在程序运行的时候调控。 上面俩图是发送邮箱和接收邮箱的具体的流程和机制。具体的细节就实在太多了，本文毕竟不是参考手册，想更加深入的看官，可以去ST官方的Reference Manual查阅具体细节。 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： 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
- HAL_StatusTypeDef HAL_CAN_ActivateNotification(CAN_HandleTypeDef *hcan, uint32_t ActiveITs);
- HAL_StatusTypeDef HAL_CAN_Start(CAN_HandleTypeDef *hcan);
- HAL_StatusTypeDef HAL_CAN_ConfigFilter(CAN_HandleTypeDef *hcan, CAN_FilterTypeDef *sFilterConfig);
- HAL_StatusTypeDef HAL_CAN_AddTxMessage(CAN_HandleTypeDef *hcan, CAN_TxHeaderTypeDef *pHeader, uint8_t aData[], uint32_t *pTxMailbox);
- uint32_t HAL_CAN_IsTxMessagePending(CAN_HandleTypeDef *hcan, uint32_t TxMailboxes);
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
[code]void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan);
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
5.0 练习项目
5.1 项目简介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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