tags: [source-summary] type: source source: "尚硅谷嵌入式技术之STM32单片机（高级篇）V2.0.1 — 第1章：CAN + 配套代码01~04" author: "尚硅谷研究院" date: 2026-07-15

created: 2026-07-15

CAN通信协议与bxCAN外设

用生活理解：CAN 总线就像一场没有主持人的圆桌会议——谁都可以发言（多主），但发言时先报自己的"优先级数字"（ID）。数字小的优先级高，即使两个人同时开口，优先级低的那位会自动闭嘴让优先级高的先说。这就是 CAN 的无损仲裁——不会因为冲突而浪费任何数据。

CAN 协议基础

CAN = Controller Area Network（控制器局域网），由 Bosch 公司 1986 年发明，主要用于汽车电子通信。

特性	说明
总线类型	多主从、广播式（所有节点同时接收）
物理层	差分信号（CAN_H / CAN_L），抗干扰强
速率	最高 1Mbps（40m 以内）
距离	5Kbps 时可达 10km
仲裁	无损位仲裁（ID 小的优先级高）
可靠性	CRC 校验 + 错误重传 + 错误节点自动脱离

参考：https://www.kvaser.cn/about-can/can-protocol-tutorial/（CAN 协议教程中文版）

物理层 — 差分信号

CAN_H = 3.5V   CAN_L = 1.5V  →  显性 = 逻辑 0
CAN_H = 2.5V   CAN_L = 2.5V  →  隐性 = 逻辑 1

显性电平会"覆盖"隐性电平（仲裁机制的基础）

总线两端需要各接一个 120Ω 终端电阻（匹配阻抗，防止信号反射）。

协议层 — 5 种帧类型

帧类型	用途	软件控制？
数据帧	发送数据	✅
远程帧	请求具有相同 ID 的节点发送数据	✅
错误帧	检测到错误时通知所有节点	❌ 硬件自动
过载帧	接收方未准备好时延迟发送	❌ 硬件自动
帧间隔	分隔数据帧/远程帧	❌ 硬件自动

数据帧结构（标准格式 11 位 ID）

┌──┬──────────┬───┬───┬──┬────┬──────────┬─────────────┬───────┬──┬──────────┐
│SOF│ ARBITRATION │CTRL│DATA(0~64)│    CRC    │ACK│    EOF   │
│ 1 │  ID 11+RTR1│ 6  │  0~8B   │ 15+1(del)│ 2  │    7     │
└──┴──────────┴───┴───┴──┴────┴──────────┴─────────────┴───────┴──┴──────────┘

逐段详解：

字段	位数	说明
SOF	1	帧起始，显性电平（0），同步所有节点
ID	11	标识符，决定优先级（值越小优先级越高）
RTR	1	0=数据帧，1=远程帧
IDE	1	0=标准格式(11位ID)，1=扩展格式(29位ID)
r0	1	保留位，显性
DLC	4	数据长度（0~8），单位字节
DATA	0~64	实际数据（0~8 字节，DLC 指定长度）
CRC	15	循环冗余校验（含 CRC 界定符 1 位）
ACK	2	应答：ACK 槽 + ACK 界定符。接收节点在 ACK 槽拉低（显性）= 正常收到
EOF	7	帧结束，全部隐性

扩展格式：29 位 ID（11 位基本 ID + 18 位扩展 ID），IDE=1。

CAN 总线仲裁

仲裁原则：谁先发 SOF → 谁先发 ID → ID 小的持续发显性(0) → ID 大的在隐性位(1)时丢失仲裁 → 自动转为接收。

示例（两个节点同时发送）：

节点A: ID = 0x066  (二进制 000 0110 0110)
节点B: ID = 0x077  (二进制 000 0111 0111)

仲裁过程:
  位1-5: A=00001, B=00001 → 相同，继续
  位6:   A=1(隐性), B=1(隐性) → 相同，继续
  位7:   A=0(显性), B=1(隐性) → A 输出显性，B 输出隐性
         总线被 A 拉为显性 → B 读到总线和自身不同 → B 失去仲裁
         立即停止发送，转为接收

结果: 节点A 胜出，继续发送。节点B 等总线空闲自动重试。

CAN 的位时序

1 位 = Tq × (SYNC_SEG + BS1 + BS2)
     = Tq × (1 + TS1[3:0] + TS2[2:0])

STM32 把传播时间段合并到 BS1：

     ┌─────── SYNC_SEG ──────┐
     │   BS1(传播+相位缓冲1)  │
     │       BS2             │
     └───────────────────────┘

波特率计算：

Baud = 1 / 位时间 = fAPB / BRP / (1 + BS1 + BS2)

fAPB = 36MHz (CAN1 在 APB1)
BRP = 35 → Tq = (35+1) / 36MHz = 1us
BS1 = 3 Tq, BS2 = 5 Tq → 位 = (1+3+5) × 1us = 9us
Baud = 1/9us ≈ 111Kbps

STM32 bxCAN 外设

bxCAN = Basic Extended CAN，支持 CAN 2.0A（标准帧）和 2.0B Active（标准+扩展帧）。

主要特性

特性	值
支持标准	CAN 2.0A + 2.0B Active
最高速率	1Mbps
发送邮箱	3 个（每个可缓存 1 帧）
接收 FIFO	2 个（每个 3 级深度，共 6 帧缓存）
过滤器组	14 个（0~13）
DMA	❌ 不支持
自动重发	✅ 可配置

bxCAN 功能框图

主动内核(配置/控制/状态寄存器)
    ↓
发送邮箱[0~2] → CAN 内核(发送调度) → Tx 引脚
                                       ↓
接收滤波器(14组) ← CAN 内核(接收) ← Rx 引脚
    ↓
接收 FIFO[0~1] (各3级深度) → CPU 通过寄存器读取

3 种工作模式

模式	如何进入	特点
初始化	MCR.INRQ=1, 等待 MSR.INAK=1	可配置寄存器（波特率、过滤器等）
正常	MCR.INRQ=0, 等待 MSR.INAK=0	正常收发
睡眠	MCR.SLEEP=1	低功耗，检测到 CAN 总线活动自动唤醒

3 种测试模式

模式	BTR 配置	用途
静默	SILM=1	Rx 正常 → 可监听总线但不发送（"只听不说的第三者"）
环回	LBKM=1	Tx 内部回连到 Rx → 自收发不影响总线
环回静默	SILM=1 + LBKM=1	自收发且不影响总线（推荐调试用）

接收过滤器

14 个过滤器组（0~13），每组由 2 个 32 位寄存器（FR1, FR2）组成。

模式	说明	类比
掩码模式（32位）	FR1=ID, FR2=掩码。掩码位=1 必须匹配，=0 不关心	模糊搜索
列表模式（32位）	FR1 和 FR2 各存一个 ID，精确匹配	白名单
掩码模式（16位）	FR1 存 2 个 ID，FR2 存 2 个掩码	双通道模糊搜索
列表模式（16位）	FR1 和 FR2 各存 2 个 ID，共 4 个精确匹配	4 个白名单

参考：参考手册 §22（bxCAN 寄存器描述）

软件设计（寄存器版 — 环回静默测试）

项目路径：stm32/stm32/01_can_test_register

文件：stm32/stm32/01_can_test_register/Hardware/CAN/can.h

#ifndef __CAN_H
#define __CAN_H

#include "stm32f10x.h"

// 接收数据结构
typedef struct {
    uint16_t stdID;       // 标准 ID
    uint8_t  data[8];     // 数据
    uint8_t  len;         // 数据长度
} RxMsg;

void CAN_Init(void);
void CAN_SendMsg(uint16_t stdID, uint8_t *data, uint8_t len);
void CAN_ReceiveMsg(RxMsg rxMsg[], uint8_t *msgCount);

#endif

文件：stm32/stm32/01_can_test_register/Hardware/CAN/can.c

#include "can.h"

// 过滤器配置（内部函数）
static void CAN_FilterConfig(void);

// CAN 初始化（环回静默模式，125Kbps）
void CAN_Init(void)
{
    /* ========== 1. 开启时钟 ========== */
    // CAN1 挂载在 APB1 总线上（36MHz）
    RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_CAN1EN;      // |=: CAN1时钟使能
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPBEN;       // |=: GPIOB时钟
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_AFIOEN;       // |=: AFIO时钟（重映射用）

    /* ========== 2. 引脚重映射（PB8=RX, PB9=TX） ========== */
    // CAN 默认引脚是 PA11(RX)/PA12(TX)
    // 开发板使用重映射到 PB8(RX)/PB9(TX)
    // MAPR[25:24] = 10 → CAN 重映射到 PB8/PB9
    AFIO->MAPR |= AFIO_MAPR_CAN_REMAP_1;      // |=: 置位REMAP[1]
    AFIO->MAPR &= ~AFIO_MAPR_CAN_REMAP_0;     // &=~: 清零REMAP[0]

    /* ========== 3. GPIO 模式 ========== */
    // PB8(CAN_RX): 浮空输入 MODE=00, CNF=01
    GPIOB->CRH &= ~GPIO_CRH_MODE8;            // MODE8=00（输入）
    GPIOB->CRH &= ~GPIO_CRH_CNF8_1;           // CNF8[1]=0
    GPIOB->CRH |= GPIO_CRH_CNF8_0;            // CNF8[0]=1 → 浮空输入

    // PB9(CAN_TX): 复用推挽输出 MODE=11, CNF=10
    GPIOB->CRH |= GPIO_CRH_MODE9;             // MODE9=11（50MHz输出）
    GPIOB->CRH |= GPIO_CRH_CNF9_1;            // CNF9[1]=1
    GPIOB->CRH &= ~GPIO_CRH_CNF9_0;           // CNF9[0]=0 → 复用推挽

    /* ========== 4. CAN 初始化 ========== */
    // 4.1 进入初始化模式（INRQ=1, 等待 INAK=1）
    CAN1->MCR |= CAN_MCR_INRQ;               // |=: INRQ位置1
    while ((CAN1->MSR & CAN_MSR_INAK) == 0)  // 等待INAK=1确认
    {}

    // 4.2 退出睡眠模式（SLEEP=0, 等待 SLAK=0）
    CAN1->MCR &= ~CAN_MCR_SLEEP;             // &=~: SLEEP位清0
    while ((CAN1->MSR & CAN_MSR_SLAK) != 0)  // 等待SLAK=0
    {}

    // 4.3 自动离线管理
    CAN1->MCR |= CAN_MCR_ABOM;               // ABOM=1: 错误节点自动恢复

    // 4.4 自动唤醒管理
    CAN1->MCR |= CAN_MCR_AWUM;               // AWUM=1: 检测总线活动自动唤醒

    /* ========== 5. 配置位时序 ========== */
    // 5.1 测试模式：环回 + 静默
    CAN1->BTR |= CAN_BTR_SILM;               // SILM=1: 静默模式
    CAN1->BTR |= CAN_BTR_LBKM;               // LBKM=1: 环回模式

    // 5.2 波特率: APB1=36MHz, BRP=35 → Tq=1us
    // BS1=3, BS2=5 → 位时间=1+3+5=9us → Baud≈111Kbps
    CAN1->BTR &= ~CAN_BTR_BRP;               // 清除BRP位域
    CAN1->BTR |= (35 << 0);                   // BRP[9:0]=35
    CAN1->BTR &= ~CAN_BTR_TS1;               // 清除TS1位域
    CAN1->BTR |= (3 << 16);                   // TS1[3:0]=3 (BS1=4Tq)
    CAN1->BTR &= ~CAN_BTR_TS2;               // 清除TS2位域
    CAN1->BTR |= (5 << 20);                   // TS2[2:0]=5 (BS2=6Tq)
    CAN1->BTR &= ~CAN_BTR_SJW;               // 清除SJW位域
    CAN1->BTR |= (1 << 24);                   // SJW[1:0]=1

    // 5.3 退出初始化模式，进入正常模式
    CAN1->MCR &= ~CAN_MCR_INRQ;              // &=~: INRQ位清0
    while ((CAN1->MSR & CAN_MSR_INAK) != 0)  // 等待INAK=0确认
    {}

    /* ========== 6. 过滤器配置 ========== */
    CAN_FilterConfig();
}

static void CAN_FilterConfig(void)
{
    // 1. 进入过滤器初始化模式
    CAN1->FMR |= CAN_FMR_FINIT;              // FINIT=1: 允许配置过滤器

    // 2. 过滤器0: 掩码模式（32位）
    CAN1->FM1R &= ~CAN_FM1R_FBM0;            // FBM0=0: 掩码模式

    // 3. 过滤器位宽: 32位
    CAN1->FS1R |= CAN_FS1R_FSC0;             // FSC0=1: 32位宽

    // 4. 关联 FIFO: FIFO0
    CAN1->FFA1R &= ~CAN_FFA1R_FFA0;          // FFA0=0: 匹配帧→FIFO0

    // 5. 过滤器ID (FR1) = 0x06e ← 只接收 ID=0x06e 的帧
    CAN1->sFilterRegister[0].FR1 = 0x06e << 21;

    // 6. 过滤器掩码 (FR2) = 0x7f1 ← 高11位全部必须匹配
    CAN1->sFilterRegister[0].FR2 = 0x7f1 << 21;

    // 7. 激活过滤器0
    CAN1->FA1R |= CAN_FA1R_FACT0;            // FACT0=1: 激活

    // 8. 退出过滤器初始化模式
    CAN1->FMR &= ~CAN_FMR_FINIT;
}

// 发送报文（使用发送邮箱0）
void CAN_SendMsg(uint16_t stdID, uint8_t *data, uint8_t len)
{
    // 1. 等待邮箱0为空
    while ((CAN1->TSR & CAN_TSR_TME0) == 0)  // TME0=1 表示空
    {}

    // 2. 写入 ID
    CAN1->sTxMailBox[0].TIR &= ~CAN_TI0R_STID;       // 清除STID位域
    CAN1->sTxMailBox[0].TIR |= (uint32_t)stdID << 21; // 写入11位标准ID

    // 3. 写入 DLC（数据长度）
    CAN1->sTxMailBox[0].TDTR &= ~CAN_TDT0R_DLC;       // 清除DLC
    CAN1->sTxMailBox[0].TDTR |= len;                   // 写入长度

    // 4. 写入数据（最多8字节）
    for (uint8_t i = 0; i < len && i < 8; i++)
    {
        CAN1->sTxMailBox[0].TDLR = data[0];   // 低32位寄存器存data[0~3]
        if (len > 4)                           // 超过4字节的存入高32位
            CAN1->sTxMailBox[0].TDHR = *(uint32_t *)&data[4];
    }

    // 5. 请求发送（TXRQ=1）
    CAN1->sTxMailBox[0].TIR |= CAN_TI0R_TXRQ;
}

HAL 库版 CAN

HAL 库使用 CAN_HandleTypeDef 管理 CAN 外设，CubeMX 图形化配置波特率/过滤器/工作模式。

// CubeMX 生成: MX_CAN1_Init() + 过滤器配置
CAN_HandleTypeDef hcan1;

// HAL 库发送
CAN_TxHeaderTypeDef tx_header;
uint8_t tx_data[8] = "Hello";
uint32_t tx_mailbox;

tx_header.StdId = 0x066;            // 标准 ID
tx_header.ExtId = 0;                 // 扩展 ID（标准帧不用）
tx_header.IDE = CAN_ID_STD;          // 标准帧
tx_header.RTR = CAN_RTR_DATA;        // 数据帧
tx_header.DLC = 5;                   // 数据长度

// 添加报文到发送邮箱（非阻塞）
HAL_CAN_AddTxMessage(&hcan1, &tx_header, tx_data, &tx_mailbox);

// HAL 库接收（轮询）
CAN_RxHeaderTypeDef rx_header;
uint8_t rx_data[8];
if (HAL_CAN_GetRxMessage(&hcan1, CAN_RX_FIFO0, &rx_header, rx_data) == HAL_OK)
{
    printf("Rx ID=0x%03X, Data=%s\r\n", rx_header.StdId, rx_data);
}

// HAL 库中断方式：使能接收中断并实现回调
HAL_CAN_ActivateNotification(&hcan1, CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING);

// 中断回调
void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan)
{
    CAN_RxHeaderTypeDef rx_header;
    uint8_t rx_data[8];
    HAL_CAN_GetRxMessage(hcan, CAN_RX_FIFO0, &rx_header, rx_data);
    // 处理收到的报文
}

核心速查表

操作	寄存器操作	HAL 库
初始化模式	`MCR	= INRQ; while(!MSR.INAK)`
设置波特率	`BTR = BRP + (TS1<<16) + (TS2<<20) + (SJW<<24)`	结构体 `CAN_InitTypeDef`
环回静默	`BTR	= SILM + LBKM`
发送	邮箱 TIR/TDTxR/TDxR + TXRQ	`HAL_CAN_AddTxMessage()`
接收	读 FIFO 邮箱寄存器	`HAL_CAN_GetRxMessage()`
配置过滤器	`FINIT=1` → 设 FR1/FR2 → `FINIT=0`	`CAN_FilterTypeDef` 结构体
中断接收	EXTI + NVIC	`HAL_CAN_ActivateNotification()`
回调	—	`HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback()`

常见问题与避坑

CAN 初始化卡死在 INAK 等待 → 检查 CAN1 时钟是否开启（APB1ENR.CAN1EN）、引脚配置是否正确
环回正常但双机不通信 → 检查终端电阻（120Ω×2）、波特率一致、退出环回模式（清除 SILM/LBKM）
过滤器不生效 → 必须在 FINIT=1 模式下配置过滤器，激活后 FINIT=0
发送不出去 → 3 个邮箱全满（检查 TSR.TME[2:0]）、未请求发送（TXRQ=0）
接收不到数据 → FIFO 溢出（RFOMR.FOVR）、过滤器未匹配、中断未使能
CAN 错误状态 → 查询 ESR（错误状态寄存器），REC/TEC 计数（>127 进入错误被动，>255 脱离总线）

13-CAN通信协议与bxCAN外设.md 15 KB Түүх Анхны өгөгдөл