STM32 CAN通信：工业自动化领域的通信利器，连接设备，提升效率

# 1. CAN总线基础**

CAN（控制器局域网络）总线是一种专为工业自动化和嵌入式系统设计的通信协议。它具有高可靠性、高实时性和低成本等优点，广泛应用于汽车、工业控制、医疗器械等领域。

CAN总线采用多主从结构，每个节点都可以主动发送和接收消息。消息通过称为CAN帧的特定格式进行传输，其中包含消息标识符、数据和校验信息。CAN总线使用非破坏性仲裁机制，优先级高的消息可以抢占总线，确保重要信息的及时传输。

# 2. STM32 CAN编程

### 2.1 CAN外设寄存器

STM32微控制器中的CAN外设包含多个寄存器，用于配置和控制CAN通信。主要寄存器包括：

- **CAN_MCR (CAN消息控制寄存器)**：控制CAN模块的总体操作，包括模式选择、自测试和错误处理。
- **CAN_MSR (CAN消息状态寄存器)**：指示CAN模块的当前状态，包括传输状态、错误标志和接收缓冲区状态。
- **CAN_TSR (CAN传输状态寄存器)**：提供有关正在传输的消息的信息，例如消息长度和传输状态。
- **CAN_RFR (CAN接收FIFO寄存器)**：存储接收到的CAN消息。
- **CAN_IER (CAN中断使能寄存器)**：使能或禁用各种CAN中断。
- **CAN_IER (CAN中断寄存器)**：指示已发生的CAN中断。

### 2.2 CAN消息帧格式

CAN消息帧采用特定格式，包括：

- **起始位 (SOF)**：表示消息的开始。
- **仲裁场 (AF)**：用于确定消息的优先级和发送器ID。
- **控制场 (CF)**：指定消息的类型（数据帧或远程帧）和数据长度。
- **数据场 (DF)**：包含消息数据（最多8个字节）。
- **CRC场 (CRC)**：循环冗余校验码，用于检测传输错误。
- **确认场 (ACK)**：接收器发送的信号，表示消息已成功接收。
- **结束位 (EOF)**：表示消息的结束。

### 2.3 CAN通信初始化

在使用STM32进行CAN通信之前，需要初始化CAN外设。初始化过程包括：

1. **时钟配置**：为CAN外设提供时钟源。
2. **引脚配置**：配置CAN_TX和CAN_RX引脚用于CAN通信。
3. **波特率配置**：设置CAN总线的波特率。
4. **模式选择**：选择CAN模块的模式（正常模式、自测试模式等）。
5. **中断使能**：使能所需的CAN中断。

### 2.4 CAN消息发送与接收

**消息发送**

1. **准备消息数据**：将数据存储在CAN_TxMailBox寄存器中。
2. **发送消息**：设置CAN_TSR寄存器的TXRQ位以发送消息。
3. **轮询传输状态**：通过CAN_TSR寄存器监视消息传输状态。

**消息接收**

1. **配置接收FIFO**：设置CAN_RFR寄存器的FIFFOM位以启用FIFO模式。
2. **接收消息**：当消息到达时，它将存储在CAN_RFR寄存器中。
3. **读取消息数据**：从CAN_RFR寄存器读取接收到的消息数据。

# 3.1 CAN网络拓扑与协议

#### CAN网络拓扑

CAN网络采用总线拓扑结构，所有节点通过双绞线连接到总线上，形成一个物理层网络。总线两端通常连接有终端电阻，以匹配总线特性阻抗，减少信号反射。

#### CAN协议

CAN协议是一种面向消息的通信协议，其特点如下：

* **消息优先级：**CAN消息帧包含一个标识符字段，用于表示消息的优先级。优先级高的消息将在总线上优先发送。
* **仲裁机制：**当多个节点同时发送消息时，CAN协议会进行仲裁，优先级高的消息将获胜并继续发送，而优先级低的消息将被丢弃。
* **错误检测和纠正：**CAN协议包含强大的错误检测和纠正机制，可以检测和纠正总线上的错误。

### 3.2 CAN报文优先级与仲裁

#### CAN报文优先级

CAN报文优先级由标识符字段决定。标识符字段由 11 位或 29 位组成，其中低位表示优先级。

#### CAN仲裁

当多个节点同时发送消息时，CAN协议会进行仲裁，以确定哪个消息可以继续发送。仲裁过程如下：

1. **标识符比较：**每个节点比较自己的标识符与总线上的标识符。
2. **优先级判定：**优先级高的标识符获胜。
3. **仲裁丢失：**如果一个节点的标识符优先级较低，它将停止发送消息，并进入错误状态。

### 3.3 CAN网络故障诊断与处理

CAN网络故障主要包括：

* **总线错误：**总线上的错