STM32CubeMX | 36 - 使用 CAN 总线进行双板通信 (TJA1050)

本篇详细的记录了如何使用STM32CubeMX配置 STM32F407ZGT6 的硬件CAN接口与另一个开发板之间通信。

1. 准备工作

硬件准备

• 开发板

首先需要准备一个开发板，这里我准备的是STM32F407ZGT6的开发板，称之为 1# 实验板。

• CAN收发器

开发板板载一块CAN收发器TJA1050，如图中红框所示：

软件准备

需要准备一份 TJA1050 的数据手册。

实验说明

本实验中还需要另外准备一块具备CAN收发功能的开发板，这里我使用STM32F767开发板，其板载CAN收发器也是TJA 1050，称之为 2# 实验板：

两个开发板之间的连接方式如下：

这样就形成了一个CAN总线的闭环通信网络，最高通信速度可达 1M bps/s：

2. 使用STM32CubeMX生成工程

选择芯片型号

打开STM32CubeMX，打开MCU选择器：

搜索并选中芯片STM32F407ZGT6：

配置时钟源

• 如果选择使用外部高速时钟（HSE），则需要在System Core中配置RCC；
• 如果使用默认内部时钟（HSI），这一步可以略过；

这里我都使用外部时钟：

调试选项配置

默认没有配置下载引脚，烧录之后下载器将无法再检测到，这里我使用ST-Link，所以配置为SW选项：

配置串口

开发板板载了一个CH340换串口，连接到USART1，但是引脚不是默认引脚，需要手动修改。

接下来开始配置USART1：

配置CAN外设

CAN收发器

开发板上CAN收发器（TJA1050）的原理图如下：

其中CAN_TX 和 CAN_RX 连接到CAN1外设：

网络标号	引脚
CAN_TX	PA12
CAN_RX	PA11

正点原子该款开发板上的PA12和PA11被复用，需要使用跳线帽来选择连接到CAN收发器。

配置CAN1控制器

选中CAN1，点击使能“Master Mode”，在右边即可看到CAN1控制器的默认GPIO，与原理图上连接CAN收发器的引脚一致，无需修改：

配置CAN控制只需配置波特率，一般为500KHz，最高1MHz，其它保持默认即可。

CAN总线的波特率比较特别，串口协议的波特率只支持一个确定值，而CAN总线的波特率支持一个较宽的范围，这也使得CAN总线的抗噪声性能大大增强。

CAN总线的波特率计算方式如下：

① 确定CAN外设连接的外设总线时钟PCLK1

此处CAN1连接到APB1外设总线上，在配置HCLK=168Mhz的基础上，PCLK=42Mhz。

② 确定分频系数

此处将PCLK1进行7分频，为 42Mhz / 7 = 6Mhz，所以设置CAN1外设的分频系数为7：

③ 配置位段时序

CAN协议的每一个数据位都分为许多时间段，如图：

• 同步段(SYNC_SEG)：位变化应该在此时间段内发生，只有一个时间片的固定长度(1 x tq)；
• 位段1(BS1)：定义采样点的位置，其持续长度可以在 1 到 16 个Tq之间调整；
• 位段2(BS2)：定义发送点的位置，其持续长度可以在 1 到 8 个Tq之间调整；
• 同步跳转宽度（SJW）：定义位段加长或缩短的上限，它可以在 1 到 4 个Tq之间调整；

目标波特率是500khz，设：
B S 1 + B S 2 + S J W = T BS1+BS2+SJW = T BS1+BS2+SJW=T
根据：
6 M h z / T = 6000 k h z / T = 500 k h z 6Mhz/T = 6000khz / T = 500khz 6Mhz/T=6000khz/T=500khz
计算出：
T = 12 T = 12 T=12
最后在BS1、BS2、SJW的每个范围内，调整出和为12即可，本文配置如下：

使能CAN1控制器接收中断

配置时钟树

STM32F407ZGT6的最高主频到168M，使HCLK = 168Mhz即可：

生成工程设置

代码生成设置

最后设置生成独立的初始化文件：

生成代码

点击GENERATE CODE即可生成MDK-V5工程：

4. 编写收发测试程序

4.1. 重定向printf到串口1

/* USER CODE BEGIN 1 */
#if 1
#include <stdio.h>

int fputc(int ch, FILE *stream)
{
    /* 堵塞判断串口是否发送完成 */
    while((USART1->SR & 0X40) == 0);

    /* 串口发送完成，将该字符发送 */
    USART1->DR = (uint8_t) ch;

    return ch;
}
#endif
/* USER CODE END 1 */

具体参考这篇博客：STM32CubeMX_09 | 重定向printf函数到串口输出的多种方法

4.2. 编写CAN1收发测试代码

①编写CAN过滤器配置函数

在 CAN 协议中，发送节点将报文广播给所有接收器。而接收节点会根据报文标识符的值来确定节点是否需要该消息，为了简化软件的工作， STM32 的 CAN 外设接收报文前会先使用过滤器检查，只接收需要的报文到 FIFO 中。

STM32的CAN控制器一共有 28 个过滤器，CAN1 和 CAN2 共用这些过滤器。

CAN过滤器结构体定义在stm32f4xx_hal_can.h文件中，在main.c中编写CAN过滤器配置函数（不进行任何过滤）：

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
/* CAN过滤器配置函数 */
static void CANFilter_Config(void)
{
    CAN_FilterTypeDef  sFilterConfig;
    
    sFilterConfig.FilterBank = 0;                       //CAN过滤器编号，范围0-27
    sFilterConfig.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK;   //CAN过滤器模式，掩码模式或列表模式
    sFilterConfig.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_32BIT;  //CAN过滤器尺度，16位或32位
    sFilterConfig.FilterIdHigh = 0x000 << 5;			//32位下，存储要过滤ID的高16位
    sFilterConfig.FilterIdLow = 0x0000;					//32位下，存储要过滤ID的低16位
    sFilterConfig.FilterMaskIdHigh = 0x0000;			//掩码模式下，存储的是掩码
    sFilterConfig.FilterMaskIdLow = 0x0000;
    sFilterConfig.FilterFIFOAssignment = 0;				//报文通过过滤器的匹配后，存储到哪个FIFO
    sFilterConfig.FilterActivation = ENABLE;    		//激活过滤器
    sFilterConfig.SlaveStartFilterBank = 0;
    
    if (HAL_CAN_ConfigFilter(&hcan1, &sFilterConfig) != HAL_OK) {
        printf("CAN Filter Config Fail!\r\n");
        Error_Handler();
    }
    printf("CAN Filter Config Success!\r\n");

}
/* USER CODE END 0 */

其中，不同配置模式下四个数据成员内容对应的含义：

② 定义接收和发送消息变量

在main.c文件中定义CAN接收和发送消息变量：

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */
static CAN_TxHeaderTypeDef        TxMessage;    //CAN发送的消息的消息头
static CAN_RxHeaderTypeDef        RxMessage;    //CAN接收的消息的消息头
/* USER CODE END PV */

③ 编写CAN接收中断处理函数

在main.c文件的最后编写CAN接收中断处理函数：

/* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan)
{
    uint8_t  data[8];
    HAL_StatusTypeDef	status;
    
    if (hcan == &hcan1) {	
        status = HAL_CAN_GetRxMessage(hcan, CAN_RX_FIFO0, &RxMessage, data);
        if (HAL_OK == status){                              			
            printf("--->Data Receieve!\r\n");
            printf("RxMessage.StdId is %#x\r\n",  RxMessage.StdId);
            printf("data[0] is 0x%02x\r\n", data[0]);
            printf("data[1] is 0x%02x\r\n", data[1]);
            printf("data[2] is 0x%02x\r\n", data[2]);
            printf("data[3] is 0x%02x\r\n", data[3]);
            printf("<---\r\n");
            
        }
    }
}
/* USER CODE END 4 */

④ 编写CAN发送测试数据函数

/* CAN 发送数据测试函数 */
void CAN1_Send_Test()
{
    uint8_t data[4] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04};
    
    TxMessage.IDE = CAN_ID_STD;     //设置ID类型
	TxMessage.StdId = 0x222;        //设置ID号
    TxMessage.RTR = CAN_RTR_DATA;   //设置传送数据帧
	TxMessage.DLC = 4;              //设置数据长度
    
	if (HAL_CAN_AddTxMessage(&hcan1, &TxMessage, data, (uint32_t*)CAN_TX_MAILBOX0) != HAL_OK) {
        printf("CAN send test data fail!\r\n");
        Error_Handler();
    }
    printf("CAN send test data success!\r\n");
		
}

⑤ 编写初始化函数

修改main函数，在其中配置CAN滤波器、启动CAN控制器、使能CAN控制器接收中断：

 /* USER CODE BEGIN 2 */
    printf("----- CAN Test Board #1 -----\r\n");
    
    /* 1. CAN Filter Config */
    CANFilter_Config();
    
    /* 2. CAN Start */
    if (HAL_CAN_Start(&hcan1) != HAL_OK) {
        printf("CAN Start Fail\r\n");
        Error_Handler();
    }
    printf("CAN Start Success\r\n");
    
    /* 3. Enable CAN RX Interrupt */
    if (HAL_CAN_ActivateNotification(&hcan1, CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING) != HAL_OK) {
        printf("CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING Enable Fail\r\n");
        Error_Handler();
    }
    printf("CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING Enable Success\r\n");
    
  /* USER CODE END 2 */

⑥ 在main函数中循环发送测试数据

在while(1)中循环发送测试数据函数：

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
      /* 4. Send Data */
      CAN1_Send_Test();
      
      HAL_Delay(5000);

  }
  /* USER CODE END 3 */

至此，1#测试板的配置和代码编写完成。

5. 编写2#测试板的代码

第二块板的流程和第一块板的流程几乎相同，有几点需要改动。

① STM32F767的 PCLK1 = 54Mhz，所以要配置CAN控制器的分频系数为9，其余参数不变：

② STM32F767开发板默认CAN控制器的接收引脚不匹配，需要修改到PA11：

③ 在代码中将打印信息修改为2#实验板：

④ 在代码中修改发送数据包的ID号，为1#实验板的ID：

其余地方一样。

6. 实验结果

将两个程序分别编译、下载到开发板中，使用串口助手查看结果。

1#测试板（ID：0x111）的串口打印日志为：

2#测试板（ID：0x222）的串口打印日志为：

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