bxCAN简介

bxCAN是基本扩展CAN(Basic Extended CAN)的缩写，它支持CAN协议2.0A和2.0B。它的设计目标是，以最小的CPU负荷来高效处理大量收到的报文。它也支持报文发送的优先级要求(优先级特性可软件配置)。对于安全紧要的应用，bxCAN提供所有支持时间触发通信模式所需的硬件功能。

bxCAN主要特点

• 支持CAN协议2.0A和2.0B主动模式

关于这一点我们在上一篇文章中已经接触了，只是没有展开，本质上也就还是标准帧和扩展帧。以下是控制器的三种兼容类型，这是理解"主动模式"的关键。CAN控制器按对2.0A/2.0B的支持程度分为三类

类型	发送标准帧(11位)	发送扩展帧(29位)	接收扩展帧(29位)	说明
A-only	✅	❌	❌	最基础，只支持标准帧
B-passive（被动模式）	✅	❌	✅	能识别扩展帧，但不会主动发送
B-active（主动模式）	✅	✅	✅	完全支持，可收发两种帧

那么手册中的这一句的含义就是可以发送11位/29位的标准帧和扩展帧。

• 波特率最高可达1兆位/秒
  这一部分就是我们自己设置的了
• 支持时间触发通信功能
  CAN的数据帧可以附带时间戳，但是不能直接访问，可以通过寄存器或是提供的函数进行访问。

数据发送

• 3个发送邮箱
  可以理解为一个缓冲区吧，之前提到过除了出现错误是不能打断正在传输的数据帧，所以这个时候，就会把待发送帧放入邮箱，待总线空闲再发送。你可能访问如果邮箱满了怎么办呢？那当然没有办法，要么覆盖数据，要么丢弃。

• 发送报文的优先级特性可软件配置
  发送调度器根据优先级决定哪个邮箱的报文先被发送。如果总线一直繁忙，我们的发送邮箱堆积了数据帧，当总线释放的时候，这个时候可以根据优先级决定先发送哪一个邮箱的数据。但其实它的本质依旧是非破坏性仲裁也就是逻辑线与，所以就是ID号小的优先级会更大。

• 记录发送SOF时刻的时间戳
  我个人理解也算是一种同步机制吧，可以让各个节点知道数据帧的先后顺序。

数据接收

• 3级深度的2个接收FIFO
  共有2个接收FIFO，每个FIFO都可以存放3个完整的报文。它们完全由硬件来管理。FIFO应该都很清楚了，先进先出嘛，相当于一个数据接收队列，有可能接收数据之后我们来不及处理，但是有防止新数据过来覆盖。当然如果满了的话，和邮箱一样也是没有什么很好的办法。以下是其结构图，因为stm32f103c8t6只有一个CAN所以忽略下半部分就好
  

• 可变的过滤器组：
  STM32F103xx系列产品中有14个过滤器组，过滤器的存在就极大的缓解了判断帧的压力。例如I2C，需要先传入一个地址再发送地址，要告诉总线上的其它设备是谁在说话。同样CAN是多主机的广播模式，没有统一的管理，如果有数据的传输的话，各个设备还要判断是给谁的。所以通过过滤器直接可以设置我需要接收哪些数据，不要接收哪些数据，而且这样也缓解了一个问题，就是我们上一篇文章中提到，多个设备监督一个设备发送可能插入超过六个相同位。过滤的器的出现就相当于班主任，每个班主任只看自己的数据帧就可以了，不必关系其它数据帧

• 标识符列表
  因为逻辑线与的特性，我们可以据此像设置中断一样设置不同级别的ID，用来区分数据帧的紧急性

• FIFO溢出处理方式可配置

• 记录接收SOF时刻的时间戳

时间触发通信模式

• 禁止自动重传模式
• 16位自由运行定时器
• 可在最后2个数据字节发送时间戳

管理

• 中断可屏蔽
• 邮箱占用单独1块地址空间，便于提高软件效率

双CAN(在stm32f103c8t6中只有一个CAN)

• CAN1：是主bxCAN，它负责管理在从bxCAN和512字节的SRAM存储器之间的通信
• CAN2：是从bxCAN，它不能直接访问SRAM存储器
• 这2个bxCAN模块共享512字节的SRAM存储器(

bxCAN总体描述

上面大致描述了CAN外设中都存在什么，下面我们简单概括总结一下。
在当今的CAN应用中，CAN网络的节点在不断增加，并且多个CAN常常通过网关连接起来，因此整个CAN网中的报文数量(每个节点都需要处理)急剧增加。除了应用层报文外，网络管理和诊断报文也被引入。

• 需要一个增强的过滤机制来处理各种类型的报文
  此外，应用层任务需要更多CPU时间，因此报文接收所需的实时响应程度需要减轻。
• 接收FIFO的方案允许，CPU花很长时间处理应用层任务而不会丢失报文。
  构筑在底层CAN驱动程序上的高层协议软件，要求跟CAN控制器之间有高效的接口。

bxCAN工作模式

bxCAN有3个主要的工作模式：初始化、正常和睡眠模式。在硬件复位后，bxCAN工作在睡眠模式以节省电能，同时CANTX引脚的内部上拉电阻被激活。软件通过对CAN_MCR寄存器的INRQ或SLEEP位置’1’，可以请求bxCAN进入初始化或睡眠模式。一旦进入了初始化或睡眠模式，bxCAN就对CAN_MSR寄存器的INAK或SLAK位置’1’来进行确认，同时内部上拉电阻被禁用。当INAK和SLAK位都为’0’时，bxCAN就处于正常模式。在进入正常模式前，bxCAN必须跟CAN总线取得同步；为取得同步，bxCAN要等待CAN总线达到空闲状态，即在CANRX引脚上监测到11个连续的隐性位。

初始化模式

软件初始化应该在硬件处于初始化模式时进行。设置CAN_MCR寄存器的INRQ位为’1’，请求bxCAN进入初始化模式，然后等待硬件对CAN_MSR寄存器的INAK位置’1’来进行确认。清除CAN_MCR寄存器的INRQ位为’0’，请求bxCAN退出初始化模式，当硬件对CAN_MSR寄存器的INAK位清’0’就确认了初始化模式的退出。当bxCAN处于初始化模式时，禁止报文的接收和发送，并且CANTX引脚输出隐性位(高电平)。初始化模式的进入，不会改变配置寄存器。软件对bxCAN的初始化，至少包括位时间特性(CAN_BTR)和控制(CAN_MCR)这2个寄存器。在对bxCAN的过滤器组(模式、位宽、FIFO关联、激活和过滤器值)进行初始化前，软件要对CAN_FMR寄存器的FINIT位设置’1’。对过滤器的初始化可以在非初始化模式下进行。

当FINIT=1时，报文的接收被禁止。
可以先对过滤器激活位清’0’(在CAN_FA1R中)，然后修改相应过滤器的值。
如果过滤器组没有使用，那么就应该让它处于非激活状态(保持其FACT位为清’0’状态)。

正常模式

在初始化完成后，软件应该让硬件进入正常模式，以便正常接收和发送报文。软件可以通过对CAN_MCR寄存器的INRQ位清’0’，来请求从初始化模式进入正常模式，然后要等待硬件对CAN_MSR寄存器的INAK位置’1’的确认。在跟CAN总线取得同步，即在CANRX引脚上监测到11个连续的隐性位(等效于总线空闲)后，bxCAN才能正常接收和发送报文。
不需要在初始化模式下进行过滤器初值的设置，但必须在它处在非激活状态下完成(相应的FACT位为0)。而过滤器的位宽和模式的设置，则必须在初始化模式中进入正常模式前完成。

睡眠模式(低功耗)

bxCAN可工作在低功耗的睡眠模式。软件通过对CAN_MCR寄存器的SLEEP位置’1’，来请求进入这一模式。在该模式下，bxCAN的时钟停止了，但软件仍然可以访问邮箱寄存器。当bxCAN处于睡眠模式，软件必须对CAN_MCR寄存器的INRQ位置’1’并且同时对SLEEP位清’0’，才能进入初始化模式。
有2种方式可以唤醒(退出睡眠模式)bxCAN：通过软件对SLEEP位清’1’，或硬件检测到CAN总线的活动。如果CAN_MCR寄存器的AWUM位为’1’，一旦检测到CAN总线的活动，硬件就自动对SLEEP位清’0’来唤醒bxCAN。如果CAN_MCR寄存器的AWUM位为’0’，软件必须在唤醒中断里对SLEEP位清’0’才能退出睡眠状态。

如果唤醒中断被允许(CAN_IER寄存器的WKUIE位为’1’)，那么一旦检测到CAN总线活动就会产生唤醒中断，而不管硬件是否会自动唤醒bxCAN。
在对SLEEP位清’0’后，睡眠模式的退出必须与CAN总线同步，请参考图196：bxCAN工作模式。
当硬件对SLAK位清’0’时，就确认了睡眠模式的退出。

测试模式

在使用CAN时，因为时多机通信，如果出现问题，就很难判断是哪里出的问题，所以提供了三种测试模式。我们可以在测试模式跑通的情况下，再改为正常模式就可以了。
通过对CAN_BTR寄存器的SILM和/或LBKM位置’1’，来选择一种测试模式。只能在初始化模式下，修改这2位。在选择了一种测试模式后，软件需要对CAN_MCR寄存器的INRQ位清’0’，来真正进入测试模式。
关于下面的介绍有关于寄存器的操作，其实我们制作了解即可，因为标准库已经都为我们封装好了函数，只需要知道这三种模式的区别就很好了。

静默模式

通过对CAN_BTR寄存器的SILM位置’1’，来选择静默模式。
在静默模式下，bxCAN可以正常地接收数据帧和远程帧，但只能发出隐性位，而不能真正发送报文。如果bxCAN需要发出显性位(确认位、过载标志、主动错误标志)，那么这样的显性位在内部被接回来从而可以被CAN内核检测到，同时CAN总线不会受到影响而仍然维持在隐性位状态。因此，静默模式通常用于分析CAN总线的活动，而不会对总线造成影响－显性位(确认位、错误帧)不会真正发送到总线上。

环回模式

通过对CAN_BTR寄存器的LBKM位置’1’，来选择环回模式。在环回模式下，**bxCAN把发送的报文当作接收的报文并保存(如果可以通过接收过滤)在接收邮箱里。**环回模式可用于自测试。为了避免外部的影响，在环回模式下CAN内核忽略确认错误(在数据/远程帧的确认位时刻，不检测是否有显性位)。在环回模式下，bxCAN在内部把Tx输出回馈到Rx输入上，而完全忽略CANRX引脚的实际状态。发送的报文可以在CANTX引脚上检测到。

也就是说测试自己的初始化和过滤器的设置是否正确

环回静默模式

通过对CAN_BTR寄存器的LBKM和SILM位同时置’1’，可以选择环回静默模式。**该模式可用于“热自测试”，即可以像环回模式那样测试bxCAN，但却不会影响CANTX和CANRX所连接的整个CAN系统。**在环回静默模式下，CANRX引脚与CAN总线断开，同时CANTX引脚被驱动到隐性位状态。

bxCAN功能描述

标识符过滤

在CAN协议里，报文的标识符不代表节点的地址，而是跟报文的内容相关的。因此，发送者乙广播的形式把报文发送给所有的接收者。节点在接收报文时－根据标识符的值－决定软件是否需要该报文；如果需要，就拷贝到SRAM里；如果不需要，报文就被丢弃且无需软件的干预。
为满足这一需求，在互联型产品中，bxCAN控制器为应用程序提供了28个位宽可变的、可配置的过滤器组(27_{0)；在其它产品中，bxCAN控制器为应用程序提供了14个位宽可变的、可配置的过滤器组(13}0)，以便只接收那些软件需要的报文。硬件过滤的做法节省了CPU开销，否则就必须由软件过滤从而占用一定的CPU开销。每个过滤器组x由2个32位寄存器，CAN_FxR0和CAN_FxR1组成。

可变的位宽
每个过滤器组的位宽都可以独立配置，以满足应用程序的不同需求。根据位宽的不同，每个过滤器组可提供：

• 1个32位过滤器，包括：STDID[10:0]、EXTID[17:0]、IDE和RTR位
• 2个16位过滤器，包括：STDID[10:0]、IDE、RTR和EXTID[17:15]位

此外过滤器可配置为，屏蔽位模式和标识符列表模式。

1. 屏蔽位模式
   在屏蔽位模式下，标识符寄存器和屏蔽寄存器一起，指定报文标识符的任何一位，应该按照“必须匹配”或“不用关心”处理。
2. 标识符列表模式
   在标识符列表模式下，屏蔽寄存器也被当作标识符寄存器用。因此，不是采用一个标识符加一
   个屏蔽位的方式，而是使用2个标识符寄存器。接收报文标识符的每一位都必须跟过滤器标识符相同。

过滤器组位宽和模式的设置
过滤器组可以通过相应的CAN_FMR寄存器配置。在配置一个过滤器组前，必须通过清除CAN_FAR寄存器的FACT位，把它设置为禁用状态。通过设置CAN_FS1R的相应FSCx位，可以配置一个过滤器组的位宽，请参见图202。通过CAN_FMR的FBMx位，可以配置对应的屏蔽/标识符寄存器的标识符列表模式或屏蔽位模式。
为了过滤出一组标识符，应该设置过滤器组工作在屏蔽位模式。
为了过滤出一个标识符，应该设置过滤器组工作在标识符列表模式。
应用程序不用的过滤器组，应该保持在禁用状态。
过滤器组中的每个过滤器，都被编号为(叫做过滤器号)从0开始，到某个最大数值－取决于过滤
器组的模式和位宽的设置。
关于过滤器配置，参见下图。

过滤器匹配序号
一旦收到的报文被存入FIFO，就可被应用程序访问。通常情况下，报文中的数据被拷贝到SRAM中；为了把数据拷贝到合适的位置，应用程序需要根据报文的标识符来辨别不同的数据。bxCAN提供了过滤器匹配序号，以简化这一辨别过程。
根据过滤器优先级规则，过滤器匹配序号和报文一起，被存入邮箱中。因此每个收到的报文，都有与它相关联的过滤器匹配序号。过滤器匹配序号可以通过下面两种方式来使用：

• 把过滤器匹配序号跟一系列所期望的值进行比较
• 把过滤器匹配序号当作一个索引来访问目标地址

对于标识符列表模式下的过滤器(非屏蔽方式的过滤器)，软件不需要直接跟标识符进行比较。
对于屏蔽位模式下的过滤器，软件只须对需要的那些屏蔽位(必须匹配的位)进行比较即可。

在给过滤器编号时，并不考虑过滤器组是否为激活状态。另外，每个FIFO各自对其关联的过滤器进行编号。请参考下图的例子。
过滤器优先级规则
根据过滤器的不同配置，有可能一个报文标识符能通过多个过滤器的过滤；在这种情况下，存放在接收邮箱中的过滤器匹配序号，根据下列优先级规则来确定：

• 位宽为32位的过滤器，优先级高于位宽为16位的过滤器
• 对于位宽相同的过滤器，标识符列表模式的优先级高于屏蔽位模式
• 位宽和模式都相同的过滤器，优先级由过滤器号决定，过滤器号小的优先级高
  
  上面的例子说明了bxCAN的过滤器规则：在接收一个报文时，其标识符首先与配置在标识符列表模式下的过滤器相比较；如果匹配上，报文就被存放到相关联的FIFO中，并且所匹配的过滤器的序号被存入过滤器匹配序号中。如同例子中所显示，报文标识符跟#4标识符匹配，因此报文内容和FMI4被存入FIFO。
  如果没有匹配，报文标识符接着与配置在屏蔽位模式下的过滤器进行比较。如果报文标识符没有跟过滤器中的任何标识符相匹配，那么硬件就丢弃该报文，且不会对软件有任何打扰。

发送处理

发送报文的流程为：应用程序选择1个空置的发送邮箱；设置标识符，数据长度和待发送数据；然后对CAN_TIxR寄存器的TXRQ位置’1’，来请求发送。TXRQ位置’1’后，邮箱就不再是空邮箱；而一旦邮箱不再为空置，软件对邮箱寄存器就不再有写的权限。TXRQ位置1后，邮箱马上进入挂号状态，并等待成为最高优先级的邮箱，参见发送优先级。一旦邮箱成为最高优先级的邮箱，其状态就变为预定发送状态。一旦CAN总线进入空闲状态，预定发送邮箱中的报文就马上被发送(进入发送状态)。一旦邮箱中的报文被成功发送后，它马上变为空置邮箱；硬件相应地对CAN_TSR寄存器的RQCP和TXOK位置1，来表明一次成功发送。如果发送失败，由于仲裁引起的就对CAN_TSR寄存器的ALST位置’1’，由于发送错误引起的就对TERR位置’1’。

发送中止
通过对CAN_TSR寄存器的ABRQ位置’1’，可以中止发送请求。邮箱如果处于挂号或预定状态，发送请求马上就被中止了。如果邮箱处于发送状态，那么中止请求可能导致2种结果。如果邮箱中的报文被成功发送，那么邮箱变为空置邮箱，并且CAN_TSR寄存器的TXOK位被硬件置’1’。如果邮箱中的报文发送失败了，那么邮箱变为预定状态，然后发送请求被中止，邮箱变为空置邮箱且TXOK位被硬件清’0’。因此如果邮箱处于发送状态，那么在发送操作结束后，邮箱都会变为空置邮箱。

禁止自动重传模式
该模式主要用于满足CAN标准中，时间触发通信选项的需求。通过对CAN_MCR寄存器的NART位置’1’，来让硬件工作在该模式。
在该模式下，发送操作只会执行一次。如果发送操作失败了，不管是由于仲裁丢失或出错，硬件都不会再自动发送该报文。
在一次发送操作结束后，硬件认为发送请求已经完成，从而对CAN_TSR寄存器的RQCP位置’1’，同时发送的结果反映在TXOK、ALST和TERR位上。

接收管理

接收到的报文，被存储在3级邮箱深度的FIFO中。FIFO完全由硬件来管理，从而节省了CPU的处理负荷，简化了软件并保证了数据的一致性。应用程序只能通过读取FIFO输出邮箱，来读取FIFO中最先收到的报文。

有效报文
根据CAN协议，当报文被正确接收(直到EOF域的最后一位都没有错误)，且通过了标识符过滤，那么该报文被认为是有效报文。请参考22.7.4节：标识符过滤。
FIFO管理
FIFO从空状态开始，在接收到第一个有效的报文后，FIFO状态变为挂号_1(pending_1)，硬件相应地把CAN_RFR寄存器的FMP[1:0]设置为’01’(二进制01b)。软件可以读取FIFO输出邮箱来读出邮箱中的报文，然后通过对CAN_RFR寄存器的RFOM位设置’1’来释放邮箱，这样FIFO又变为空状态了。如果在释放邮箱的同时，又收到了一个有效的报文，那么FIFO仍然保留在挂号_1状态，软件可以读取FIFO输出邮箱来读出新收到的报文。

如果应用程序不释放邮箱，在接收到下一个有效的报文后，FIFO状态变为挂号_2(pending_2)，硬件相应地把FMP[1:0]设置为’10’(二进制10b)。重复上面的过程，第三个有效的报文把FIFO变为挂号_3状态(FMP[1:0]＝11b)。此时，软件必须对RFOM位设置1来释放邮箱，以便FIFO可以有空间来存放下一个有效的报文；否则，下一个有效的报文到来时就会导致一个报文的丢失。

溢出
当FIFO处于挂号_3状态(即FIFO的3个邮箱都是满的)，下一个有效的报文就会导致溢出，并且一个报文会丢失。此时，硬件对CAN_RFR寄存器的FOVR位进行置’1’来表明溢出情况。至于哪个报文会被丢弃，取决于对FIFO的设置：

• 如果禁用了FIFO锁定功能(CAN_MCR寄存器的RFLM位被清’0’)，那么FIFO中最后收到的报文就被新报文所覆盖。这样，最新收到的报文不会被丢弃掉。
• 如果启用了FIFO锁定功能(CAN_MCR寄存器的RFLM位被置’1’)，那么新收到的报文就被丢弃，软件可以读到FIFO中最早收到的3个报文。

接收相关的中断
一旦往FIFO存入一个报文，硬件就会更新FMP[1:0]位，并且如果CAN_IER寄存器的FMPIE位为’1’，那么就会产生一个中断请求。
当FIFO变满时(即第3个报文被存入)，CAN_RFR寄存器的FULL位就被置’1’，并且如果CAN_IER寄存器的FFIE位为’1’，那么就会产生一个满中断请求。
在溢出的情况下，FOVR位被置’1’，并且如果CAN_IER寄存器的FOVIE位为’1’，那么就会产生一个溢出中断请求。