介绍CAN总线基础知识
1. can协议
1.1 can协议简介
can是是国际上应用最广泛的现场总线之一。
最终成为国际标准(iso11519以及iso11898)，差异点如下：
1.2 can物理层
can通讯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 物理层的形式主要有两种：
遵循iso11898标准的高速、短距离闭环网络，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
是遵循iso11519-2标准的低速、远距离开环网络，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
以tja1050芯片作为can收发器的电路原理图如下图示。
差分信号又称差模信号，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，can中显性电平（差值为正）对应逻辑0，隐性电平（差值小于或等于0）对应逻辑1，显性电平比隐性电平更强。
1.3 can协议层
can属于异步通讯，没有时钟信号线，连接在同一个总线网络中的各个节点会像串口异步通讯那样，节点间使用约定好的波特率进行通讯，can使用位同步的方式来抗干扰、吸收误差，实现对总线电平信号进行正确的采样，确保通讯正常。
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，一个完整的位由8~25个tq组成。
波特率：
总线上的各个通讯节点只要约定好1个tq的时间长度以及每一个数据位占据多少个tq，就可以确定can通讯的波特率。
例如，假设上图中的 1tq=1us，而每个数据位由 19 个 tq 组成，则传输一位数据需要时间 t1bit=19us，从而每秒可以传输的数据位个数为：1x10次方/19 = 52631.6 (bps)。这个每秒可传输的数据位的个数即为通讯中的波特率。
同步过程：
波特率只是约定了每个数据位的长度，数据同步还涉及到相位的细节，此时就要用到数据位内的ss、pts、pbs1及pbs2段了。根据对段的应用方式差异， can的数据同步分为硬同步和重新同步。其中硬同步只是当存在帧起始信号时起作用，无法确保后续一连串的位时序都是同步的，而重新同步方式可解决该问题。
硬同步：
can节点通过总线发送数据时，会发送一个帧起始信号。而挂载到can总线上的节点在不发送数据时，会时刻检测总线上的信号。如下图，当总线出现帧起始信号时，节点检测到总线的帧起始信号不在节点内部时序的 ss 段范围，所以判断它自己的内部时序与总线不同步，因而这个状态的采样点采集得的数据是不正确的。所以节点以硬同步的方式调整，把自己的位时序中的 ss 段平移至总线出现下降沿的部分，获得同步，同步后采样点就可以采集得正确数据了。
重新同步：
前面的硬同步只是当存在帧起始信号时才起作用，如果在一帧很长的数据内，节点信号与总线信号相位有偏移时，这种同步方式就无能为力了。因而引入重新同步方式，它利用普通数据位的高至低电平的跳变沿来同步。与硬同步方式相似的是它们都使用 ss 段来进行检测，同步的目的都是使节点内的 ss 段把跳变沿包含起来。重新同步分为超前和滞后两种情况，以总线跳变沿与 ss 段的相对位置进行区分。
-- 相位超前：
节点从总线的边沿跳变中，检测到它内部的时序比总线的时序相对超前 2tq，这时控制器在下一个位时序中的 pbs1 段增加 2tq 的时间长度，使得节点与总线时序重新同步
-- 相位滞后：
节点从总线的边沿跳变中，检测到它的时序比总线的时序相对滞后 2tq，这时控制器在前一个位时序中的 pbs2 段减少 2tq 的时间长度，获得同步
报文种类及结构：
对数据、操作命令 (如读/写) 以及同步信号进行打包，打包后的这些内容称为报文。can一共规定了5种类型的帧。
数据帧的结构：数据帧是在can通讯中最主要、最复杂的报文，它的结构如下图。
其他报文结构：
2. can控制器
stm32 的芯片中具有bxcan控制器，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，还可记录发送的时间；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。框架示意图如下：
stm32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。框图中主要包含can控制内核、发送邮箱、接收fifo以及验收筛选器，下面对框图中的各个部分进行介绍。
2.1 can控制内核
主控寄存器can_mcr：
负责管理can的工作模式。
inrq位：用来控制初始化请求，在can初始化时，先设置该位为1，进行初始化，之后再设置该位为0，让can进入正常工作模式。
位时序寄存器can_btr：
用于配置测试模式、波特率以及各种位内的段参数。
= can波特率的计算公式= ：
只需要知道bs1和bs2的设置，以及apb1的时钟频率，就可以方便的计算出波特率。比如设置ts1=9、ts2=5和brp=6，在apb1频率为45mhz的条件下，即可得到can通信的波特率=45000/6/(5+9+1)=500kbps。
2.2 can发送邮箱
can 共有3个发送邮箱，即最多可以缓存3个待发送的报文。每个发送邮箱中包含有标识符寄存器can_tixr、数据长度控制寄存器can_tdtxr及2个数据寄存器can_tdlxr、can_tdhxr，如下图。
当使用can外设发送报文时，需要把报文的各个段分解，按位置写入到这些寄存器中，并对标识符寄存器can_tixr中的发送请求寄存器位tmidxr_txrq置1，即可把数据发送出去。其中标识符寄存器can_tixr中的stdid寄存器位比较特别。我们知道can的标准标识符的总位数为11位，而扩展标识符的总位数为29位的。当报文使用扩展标识符的时候，标识符寄存器can_tixr中的stdid[10:0]等效于extid[18:28]位，它与extid[17:0]共同组成完整的29位扩展标识符。
发送邮箱标识符寄存器can_tixr：
发送邮箱数据长度和时间戳寄存器can_tdtxr：
发送邮箱低字节数据寄存器can_tdlxr：
发送邮箱高字节数据寄存器can_tdhxr：
2.3 can接收fifo
can 共有2个接收fifo，每个fifo中有3个邮箱，即最多可以缓存6个接收到的报文。当接收到报文时，fifo的报文计数器会自增，而stm32内部读取fifo数据之后，报文计数器会自减，通过状态寄存器可获知报文计数器的值，而通过前面主控制寄存器的rflm位，可设置锁定模式，锁定模式下fifo溢出时会丢弃新报文，非锁定模式下fifo溢出时新报文会覆盖旧报文。跟发送邮箱类似，每个接收fifo中包含有标识符寄存器can_rixr、数据长度控制寄存器can_rdtxr及2个数据寄存器can_rdlxr、can_rdhxr，它们的功能见下表。
通过中断或状态寄存器知道接收fifo有数据后，我们再读取这些寄存器的值即可把接收到的报文加载到stm32的内存中
接收fifo邮箱标识符寄存器can_rixr：
接收fifo邮箱数据长度和时间戳寄存器can_rdtxr：
接收fifo邮箱低字节数据寄存器can_rdlxr：
接收fifo邮箱高字节数据寄存器can_rdhxr：
2.4 can验收筛选器
an 验收筛选器，共有28个筛选器组，每个筛选器组有2个寄存器，can1和can2 共用筛选器。can协议中，消息的标识符与节点地址无关，但与消息内容有关。因此，发送节点将报文广播给所有接收器时，接收节点会根据报文标识符的值来确定软件是否需要该消息，为了简化软件的工作，stm32的can外设接收报文前会先使用验收筛选器检查，只接收需要的报文到fifo中。筛选器工作的时候，可以调整筛选id的长度及过滤模式。
根据筛选id长度来分类有有以下两种：
检查 stdid[10:0]、extid[17:0]、ide 和 rtr 位，共 31 位
检查 stdid[10:0]、rtr、ide 和 extid[17:15]，共 16 位
根据过滤的方法分为以下两种模式：
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。
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
通过配置筛选模式寄存器can_fm1r的fbmx位可以设置筛选器工作在哪个模式。通过配置筛选尺度寄存器can_fs1r的fscx位可以设置筛选器工作在哪个尺度。不同的尺度和不同的过滤方法可使筛选器工作在图的 4 种状态。
每组筛选器包含2个32位的寄存器，分别为can_fxr1和can_fxr2，它们用来存储要筛选的id或掩码，各个寄存器位代表的意义与图中两个寄存器下面“映射”的一栏一致，各个模式的说明见表。
例如下面的表格所示，在掩码模式时，第一个寄存器存储要筛选的id，第二个寄存器存储掩码，掩码为1的部分表示该位必须与id中的内容一致，筛选的结果为表中第三行的id值，它是一组包含多个的id值，其中x表示该位可以为1可以为0。
而工作在标识符模式时，2个寄存器存储的都是要筛选的id，它只包含2个要筛选的id值 (32位模式时)。如果使能了筛选器，且报文的id与所有筛选器的配置都不匹配，can外设会丢弃该报文，不存入接收fifo。
过滤器模式寄存器can_fm1r：
过滤器尺度寄存器can_fs1r：
过滤器fifo分配寄存器can_ffa1r：
过滤器激活寄存器can_fa1r：
过滤器组i的寄存器x can_firx：
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硬同步：
can节点通过总线发送数据时，会发送一个帧起始信号。而挂载到can总线上的节点在不发送数据时，会时刻检测总线上的信号。如下图，当总线出现帧起始信号时，节点检测到总线的帧起始信号不在节点内部时序的 ss 段范围，所以判断它自己的内部时序与总线不同步，因而这个状态的采样点采集得的数据是不正确的。所以节点以硬同步的方式调整，把自己的位时序中的 ss 段平移至总线出现下降沿的部分，获得同步，同步后采样点就可以采集得正确数据了。
重新同步：
前面的硬同步只是当存在帧起始信号时才起作用，如果在一帧很长的数据内，节点信号与总线信号相位有偏移时，这种同步方式就无能为力了。因而引入重新同步方式，它利用普通数据位的高至低电平的跳变沿来同步。与硬同步方式相似的是它们都使用 ss 段来进行检测，同步的目的都是使节点内的 ss 段把跳变沿包含起来。重新同步分为超前和滞后两种情况，以总线跳变沿与 ss 段的相对位置进行区分。
-- 相位超前：
节点从总线的边沿跳变中，检测到它内部的时序比总线的时序相对超前 2tq，这时控制器在下一个位时序中的 pbs1 段增加 2tq 的时间长度，使得节点与总线时序重新同步
-- 相位滞后：
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报文种类及结构：
对数据、操作命令 (如读/写) 以及同步信号进行打包，打包后的这些内容称为报文。can一共规定了5种类型的帧。
数据帧的结构：数据帧是在can通讯中最主要、最复杂的报文，它的结构如下图。
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2. can控制器
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负责管理can的工作模式。
inrq位：用来控制初始化请求，在can初始化时，先设置该位为1，进行初始化，之后再设置该位为0，让can进入正常工作模式。
位时序寄存器can_btr：
用于配置测试模式、波特率以及各种位内的段参数。
= can波特率的计算公式= ：
只需要知道bs1和bs2的设置，以及apb1的时钟频率，就可以方便的计算出波特率。比如设置ts1=9、ts2=5和brp=6，在apb1频率为45mhz的条件下，即可得到can通信的波特率=45000/6/(5+9+1)=500kbps。
2.2 can发送邮箱
can 共有3个发送邮箱，即最多可以缓存3个待发送的报文。每个发送邮箱中包含有标识符寄存器can_tixr、数据长度控制寄存器can_tdtxr及2个数据寄存器can_tdlxr、can_tdhxr，如下图。
当使用can外设发送报文时，需要把报文的各个段分解，按位置写入到这些寄存器中，并对标识符寄存器can_tixr中的发送请求寄存器位tmidxr_txrq置1，即可把数据发送出去。其中标识符寄存器can_tixr中的stdid寄存器位比较特别。我们知道can的标准标识符的总位数为11位，而扩展标识符的总位数为29位的。当报文使用扩展标识符的时候，标识符寄存器can_tixr中的stdid[10:0]等效于extid[18:28]位，它与extid[17:0]共同组成完整的29位扩展标识符。
发送邮箱标识符寄存器can_tixr：
发送邮箱数据长度和时间戳寄存器can_tdtxr：
发送邮箱低字节数据寄存器can_tdlxr：
发送邮箱高字节数据寄存器can_tdhxr：
2.3 can接收fifo
can 共有2个接收fifo，每个fifo中有3个邮箱，即最多可以缓存6个接收到的报文。当接收到报文时，fifo的报文计数器会自增，而stm32内部读取fifo数据之后，报文计数器会自减，通过状态寄存器可获知报文计数器的值，而通过前面主控制寄存器的rflm位，可设置锁定模式，锁定模式下fifo溢出时会丢弃新报文，非锁定模式下fifo溢出时新报文会覆盖旧报文。跟发送邮箱类似，每个接收fifo中包含有标识符寄存器can_rixr、数据长度控制寄存器can_rdtxr及2个数据寄存器can_rdlxr、can_rdhxr，它们的功能见下表。
通过中断或状态寄存器知道接收fifo有数据后，我们再读取这些寄存器的值即可把接收到的报文加载到stm32的内存中
接收fifo邮箱标识符寄存器can_rixr：
接收fifo邮箱数据长度和时间戳寄存器can_rdtxr：
接收fifo邮箱低字节数据寄存器can_rdlxr：
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2.4 can验收筛选器
an 验收筛选器，共有28个筛选器组，每个筛选器组有2个寄存器，can1和can2 共用筛选器。can协议中，消息的标识符与节点地址无关，但与消息内容有关。因此，发送节点将报文广播给所有接收器时，接收节点会根据报文标识符的值来确定软件是否需要该消息，为了简化软件的工作，stm32的can外设接收报文前会先使用验收筛选器检查，只接收需要的报文到fifo中。筛选器工作的时候，可以调整筛选id的长度及过滤模式。
根据筛选id长度来分类有有以下两种：
检查 stdid[10:0]、extid[17:0]、ide 和 rtr 位，共 31 位
检查 stdid[10:0]、rtr、ide 和 extid[17:15]，共 16 位
根据过滤的方法分为以下两种模式：
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。
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
通过配置筛选模式寄存器can_fm1r的fbmx位可以设置筛选器工作在哪个模式。通过配置筛选尺度寄存器can_fs1r的fscx位可以设置筛选器工作在哪个尺度。不同的尺度和不同的过滤方法可使筛选器工作在图的 4 种状态。
每组筛选器包含2个32位的寄存器，分别为can_fxr1和can_fxr2，它们用来存储要筛选的id或掩码，各个寄存器位代表的意义与图中两个寄存器下面“映射”的一栏一致，各个模式的说明见表。
例如下面的表格所示，在掩码模式时，第一个寄存器存储要筛选的id，第二个寄存器存储掩码，掩码为1的部分表示该位必须与id中的内容一致，筛选的结果为表中第三行的id值，它是一组包含多个的id值，其中x表示该位可以为1可以为0。
而工作在标识符模式时，2个寄存器存储的都是要筛选的id，它只包含2个要筛选的id值 (32位模式时)。如果使能了筛选器，且报文的id与所有筛选器的配置都不匹配，can外设会丢弃该报文，不存入接收fifo。
过滤器模式寄存器can_fm1r：
过滤器尺度寄存器can_fs1r：
过滤器fifo分配寄存器can_ffa1r：
过滤器激活寄存器can_fa1r：
过滤器组i的寄存器x can_firx：
FPGA从Xilinx 的7系列学起（8）
红色版iPhone7和新版本iPhone SE, 谁能打动你?
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Go+1.0即将发布——让改变发生
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