一、STM32 CAN控制器（bxCAN）概述

STM32系列微控制器内置的CAN控制器（bxCAN，Basic Extended CAN）支持CAN 2.0A/B协议，具备高效处理多节点通信的能力，广泛应用于汽车电子、工业控制等领域。其核心特性包括：

  1. 多邮箱管理：提供3个发送邮箱和2个接收FIFO（FIFO0/FIFO1），支持优先级发送与接收队列管理。
  2. 灵活过滤器：最多28个可配置的过滤器组，支持标识符掩码模式（ID+Mask）和列表模式（List），实现精准帧过滤。
  3. 高兼容性：支持标准帧（11位ID）和扩展帧（29位ID），并可通过配置自动处理不同格式的帧。
  4. 错误处理机制：支持自动重传、错误计数器管理及总线离线恢复功能，确保通信可靠性。
1. CAN控制器框图

CAN控制内核：包含各种控制/状态/配置寄存器，用于配置CAN控制器的模式、波特率等参数。

发送邮箱（Transmit Mailbox）：用来缓存待发送的CAN报文。STM32等微控制器通常具有多个发送邮箱（如3个），以支持同时缓存多个报文。

接收FIFO（First In First Out）：缓存接收到的有效CAN报文。CAN控制器通常具有多个接收FIFO（如2个），以提高接收效率。

接收过滤器（Receive Filter）：筛选接收到的CAN报文，只将符合特定条件的报文保存到接收FIFO中。这有助于减少CPU的处理负担，提高系统的响应速度
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二、STM32 CAN控制器核心功能解析

1. 工作模式

CAN控制器的工作模式有三种：初始化模式、正常模式和睡眠模式。

睡眠模式：在睡眠模式下，CAN控制器的时钟停止，以降低功耗。但软件仍然可以访问邮箱寄存器。

初始化模式：在初始化模式下，禁止报文的接收和发送，并且CANTX引脚输出隐性位（高电平）。此时，可以对CAN控制器的相关寄存器进行配置，如位时间特性（CAN_BTR）和控制（CAN_MCR）等。

正常模式：作为总线的正常节点，可以向总线发送或接收数据。
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2. 测试模式

CAN控制器的测试模式有三种：静默模式、环回模式和环回静默模式，主要用于特定的测试或调试目的，以确保CAN控制器的功能正常。

  • 环回模式：内部自环测试，数据不发送至总线，用于调试。
  • 静默模式：仅监听总线，不主动发送数据，适用于网络监控。
  • 环回静默模式：环回静默模式结合了静默模式和环回模式的特点。
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3. 发送处理过程

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4. 接收处理过程：

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5. 接收过滤器：

当总线上报文数据量很大时，总线上的设备会频繁获取报文，占用CPU。过滤器的存在，选择性接收有效报文，减轻系统负担。

选择模式可设置屏蔽位模式或标识符列表模式，寄存器内容的功能就有所区别。屏蔽位模式，可以选择出一组符合条件的报文。寄存器内容功能相当于是否符合条件。标识符列表模式，可以选择出几个特定ID的报文。寄存器内容功能就是标识符本身。
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6. 波特率配置

CAN通信速率由以下参数决定：

  • 预分频器（Prescaler）：将APB1时钟分频为时间量子（Tq）基准。
  • 位时序分段：
    • BS1（Phase Segment 1）：传播段，补偿物理延迟（1~16 Tq）。
    • BS2（Phase Segment 2）：相位缓冲段，用于时序同步（1~8 Tq）。
    • SJW（同步跳转宽度）：允许的最大时序调整量（1~4 Tq）。

计算公式：
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例：APB1时钟42MHz，BS1=5 Tq，BS2=3 Tq，Prescaler=6，则波特率为：
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设TS1=8、TS2=7、BRP=3，波特率 = 36000 / [( 9 + 8 + 1 ) * 4] = 500Kbps。

注意：通信双方波特率需要一致才能通信成功。

三、STM32 CAN通信实现步骤

1. 硬件配置
  • 引脚复用：将CAN_TX（如PB9）和CAN_RX（如PB8）配置为复用功能（AF9）。
  • 收发器连接：通过MCP2551等收发器将TTL电平转换为差分信号（CANH/CANL）。
2. 基本驱动流程

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3. 数据收发示例

CAN初始化

void can_init(void)
{
    can_handle.Instance = CAN1;
    can_handle.Init.Mode = CAN_MODE_NORMAL;
    
    can_handle.Init.Prescaler = 4;
    can_handle.Init.TimeSeg1 = CAN_BS1_9TQ;
    can_handle.Init.TimeSeg2 = CAN_BS2_8TQ;
    can_handle.Init.SyncJumpWidth = CAN_SJW_1TQ;
    
    can_handle.Init.AutoBusOff           = DISABLE;  /* 禁止自动离线管理 */
    can_handle.Init.AutoRetransmission   = DISABLE;  /* 禁止自动重发 */
    can_handle.Init.AutoWakeUp           = DISABLE;  /* 禁止自动唤醒 */
    can_handle.Init.ReceiveFifoLocked    = DISABLE;  /* 禁止接收FIFO锁定 */
    can_handle.Init.TimeTriggeredMode    = DISABLE;  /* 禁止时间触发通信模式 */
    can_handle.Init.TransmitFifoPriority = DISABLE;  /* 禁止发送FIFO优先级 */
    
    HAL_CAN_Init(&can_handle);
    
    CAN_FilterTypeDef can_filterconfig = {0};
    can_filterconfig.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK;
    can_filterconfig.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_32BIT;
    
    can_filterconfig.FilterIdHigh = 0;
    can_filterconfig.FilterIdLow = 0;
    can_filterconfig.FilterMaskIdHigh = 0;
    can_filterconfig.FilterMaskIdLow = 0;
    
    can_filterconfig.FilterBank = 0;
    can_filterconfig.FilterFIFOAssignment = CAN_FILTER_FIFO0;
    can_filterconfig.FilterActivation = CAN_FILTER_ENABLE;
    can_filterconfig.SlaveStartFilterBank = 14;
    HAL_CAN_ConfigFilter(&can_handle, &can_filterconfig);
    
    HAL_CAN_Start(&can_handle);
}

MSP函数

void HAL_CAN_MspInit(CAN_HandleTypeDef *hcan)
{
    __HAL_RCC_CAN1_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    
    GPIO_InitTypeDef gpio_initstruct;
    
    gpio_initstruct.Pin = GPIO_PIN_12;          
    gpio_initstruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;             
    gpio_initstruct.Pull = GPIO_PULLUP;                     
    gpio_initstruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;           
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_initstruct);
    
    gpio_initstruct.Pin = GPIO_PIN_11;          
    gpio_initstruct.Mode = GPIO_MODE_AF_INPUT;             
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_initstruct);
}

发送数据帧：

void can_send_data(uint32_t id, uint8_t *buf, uint8_t len)
{
    CAN_TxHeaderTypeDef tx_header = {0};
    uint32_t tx_mail = CAN_TX_MAILBOX0;
    tx_header.ExtId = id;
    tx_header.DLC = len;
    tx_header.IDE = CAN_ID_EXT;
    tx_header.RTR = CAN_RTR_DATA;
    HAL_CAN_AddTxMessage(&can_handle, &tx_header, buf, &tx_mail);
    
    while(HAL_CAN_GetTxMailboxesFreeLevel(&can_handle) != 3);
    
    uint8_t i = 0;
    printf("发送数据：\r\n");
    for(i = 0; i < len; i++)
        printf("%X ", buf[i]);
    printf("\r\n");
}

接收数据帧（中断方式）：

uint8_t can_receive_data(uint8_t *buf)
{
    CAN_RxHeaderTypeDef rx_header = {0};
    
    if(HAL_CAN_GetRxFifoFillLevel(&can_handle, CAN_RX_FIFO0) == 0)
        return 0;
    
    HAL_CAN_GetRxMessage(&can_handle, CAN_RX_FIFO0, &rx_header, buf);
    
    uint8_t i = 0;
    printf("接收数据：\r\n");
    for(i = 0; i < rx_header.DLC; i++)
        printf("%X ", buf[i]);
    printf("\r\n");
    
    return rx_header.DLC;
}

四、调试与优化建议

  1. 环回模式测试：验证硬件连接前，先通过内部环回模式测试代码逻辑。
  2. 错误中断处理：启用错误中断（HAL_CAN_ActivateNotification），监控总线状态。
  3. 终端电阻匹配：确保总线两端接入120Ω电阻，减少信号反射。
  4. 时序优化：根据实际布线长度调整BS1/BS2，确保采样点位于位时间70%~80%处。

五、扩展应用：CAN FD支持

新一代STM32（如H7/G4系列）支持CAN FD协议，数据段速率与仲裁段分离，最大传输64字节数据，速率可达5Mbps。需注意硬件兼容性及协议栈适配。

参考资料
CAN入门（瑞萨科技）
良许嵌入式
微信交流群：
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