STM32 CAN总线通信：深入理解工业现场总线技术，实现设备互联

# 1. STM32 CAN总线概述

CAN（控制器局域网络）总线是一种广泛应用于工业自动化、汽车电子和医疗设备等领域的串行通信总线。它以其高可靠性、高实时性和低成本等优点而著称。

STM32微控制器系列集成了CAN总线控制器，使其能够轻松与CAN总线网络进行通信。本章将概述STM32 CAN总线，包括其特点、优势和应用领域。

# 2. CAN总线通信理论基础

### 2.1 CAN总线协议简介

CAN总线（Controller Area Network）是一种专为汽车行业开发的串行通信总线，具有高可靠性、高实时性、低成本的特点。

#### 2.1.1 CAN总线帧格式

CAN总线帧由以下字段组成：

- **起始位（SOF）**：1个位，逻辑0，表示帧的开始。
- **仲裁场（AF）**：11位，用于仲裁总线访问权。
- **控制场（CF）**：6位，包含帧类型、数据长度等信息。
- **数据场（DF）**：0-8个字节，用于传输数据。
- **CRC场（CRC）**：15位，用于校验数据完整性。
- **应答场（ACK）**：1位，逻辑0，表示帧接收成功。
- **结束位（EOF）**：7个位，逻辑1，表示帧的结束。

#### 2.1.2 CAN总线通信原理

CAN总线采用多主从结构，每个节点都可以发送和接收数据。当多个节点同时发送数据时，通过仲裁场进行仲裁，仲裁值较低的节点获得总线访问权。

CAN总线通信过程如下：

1. 发送节点发送起始位。
2. 所有节点接收起始位并开始同步。
3. 发送节点发送仲裁场，其他节点比较自己的仲裁场。
4. 仲裁值较低的节点继续发送，仲裁值较高的节点释放总线。
5. 发送节点发送控制场、数据场、CRC场。
6. 所有节点接收数据并校验CRC。
7. 接收节点发送应答位。
8. 发送节点发送结束位。

### 2.2 CAN总线物理层和数据链路层

#### 2.2.1 CAN总线物理层

CAN总线物理层采用差分信号传输，具有抗干扰能力强、传输距离远的特点。常用的物理层接口为ISO 11898-2。

#### 2.2.2 CAN总线数据链路层

CAN总线数据链路层负责帧的打包、解包、仲裁和错误检测。主要包括以下功能：

- **帧打包和解包**：将数据组装成CAN总线帧，并在接收端解包数据。
- **仲裁**：通过仲裁场进行总线访问权的仲裁。
- **错误检测**：通过CRC场校验数据完整性。

### 2.3 CAN总线网络层和应用层

#### 2.3.1 CAN总线网络层

CAN总线网络层负责管理网络中的节点，包括节点寻址、网络管理和故障处理。

#### 2.3.2 CAN总线应用层

CAN总线应用层负责定义通信协议和数据格式，具体应用包括：

- 汽车诊断
- 工业自动化
- 医疗设备
- 航空航天

**扩展阅读：**

- [CAN总线协议详解](https://www.nxp.com/docs/en/user-guide/UM10204.pdf)
- [CAN总线物理层](https://www.ti.com/lit/an/sloa109/sloa109.pdf)
- [CAN总线数据链路层](https://www.kvaser.com/wp-content/uploads/2019/04/Kvaser_CAN_datalink_layer.pdf)

# 3.1 STM32 CAN总线控制器

#### 3.1.1 CAN总线控制器寄存器

STM32 CAN总线控制器包含多个寄存器，用于配置和控制CAN总线通信。主要寄存器包括：

- **CAN_MCR (CAN消息控制寄存器)**：配置CAN总线模式、时钟分频器和中断使能。
- **CAN_MSR (CAN消息状态寄存器)**：指示CAN总线状态，包括总线状态、错误计数和中断标志。
- **CAN_TSR (CAN传输状态寄存器)**：指示CAN总线传输状态，包括发送请求、仲裁丢失和数据传输完成。
- **CAN_RF0R (CAN接收FIFO 0寄存器)**：接收FIFO 0的状态寄存器，包括FIFO深度、FIFO满标志和FIFO空标志。
- **CAN_RF1R (CAN接收FIFO 1寄存器)**：接收FIFO 1的状态寄存器，包括FIFO深度、FIFO满标志和FIFO空标志。
- **CAN_IER (CAN中断使能寄存器)**：使能或禁用CAN总线中断。
- **CAN_ESR (CAN错误状态寄存器)**：指示CAN总线错误状态，包括仲裁丢失错误、数据传输错误和接收FIFO溢出错误。

#### 3.1.2 CAN总线控制器中断

STM32 CAN总线控制器支持多种中断，用于指示CAN总线事件和错误。主要中断包括：

- **CAN_RX0_IRQn (CAN接收FIFO 0中断)**：接收FIFO 0收到消息时触发。
- **CAN_RX1_IRQn (CAN接收FIFO 1中断)**：接收FIFO 1收到消息时触发。
- **CAN_SCE_IRQn (CAN发送完成中断)**：数据传输完成时触发。
- **CAN_EWG_IRQn (CAN错误警告中断)**：发生错误警告（例如仲裁丢失）时触发。
- **CAN_LEC_IRQn (CAN最后错误代码中断)**：发生错误时触发，提供错误代码。

### 3.2 CAN总线收发器

#### 3.