CAN协议通信 学习笔记

1.CAN通信简介

CAN 是指Controller Area Network 的缩写，该协议 是一种常用于汽车控制系统的通讯协议，它能够将汽车仪表、变速箱、辅助刹车系统、ECU（Electronic Control Unit）、控制模块、各种传感器等多个控制单元连接在一起，实现信息的实时同步。

该协议由研发和生产汽车电子产品著称的德国 BOSCH 公司开发的，并最终成为国际标准(ISO11519以及ISO11898)。ISO11519以及ISO11898差异点如下：

对应OSI模型，CAN协议定义了其中的4层的内容，分别是物理层，数据链路层，传输层。

2.物理层

2.1 CAN总线的电气特性

CAN采用双绞线传输差分信号，因此CAN传输的信号抗干扰能力很强。

既然CAN总线用到了差分信号，故其中有两条线用于传输信号，分别是①CAN高线、②CAN低线。

那么CAN总线中的数字信号是怎么表示的呢？

以高速CAN为例，CAN高为3.5V，CAN低为1.5V，电位差为2V，此时定义为显性，对应数字信号：0；CAN高与CAN低 均为2.5V时，电位差为0V，此时定义为隐性，对应数字信号：1。如下图所示

注意混淆点：显性电平表示数字信号0；隐形电平表示是数字信号1.

在了解完CAN总线的信号表示后，我们再了解CAN总线的线路结构。

CAN总线线路结构有闭环和开环两种形式。

• 闭环结构：种CAN总线网络由ISO 11898标准定义，是高速、短距离的CAN网络结构。在闭环结构的CAN总线网络中，总线两端各连接一个120欧的电阻，两根信号线形成回路。这种结构支持高速通信，通信速率通常在125kbit/s到1Mbit/s之间。
• 开环结构：这种CAN总线网络由ISO 11519-2标准定义，是低速、远距离的CAN网络结构。在开环结构的CAN总线网络中，两根信号线独立，各自串联一个2.2k欧的电阻。这种结构支持低速但长距离的通信，通信速率最高可达125kbit/s。
  

由CAN总线的线路结构，我们再想想CAN总线是什么类型的拓扑结构呢？

can是总线型拓扑结构。

百度：拓扑结构定义

总线型拓扑的特点是：结点之间按广播方式通信，一个结点发出的信息，总线上的其它结点均可“收听”到。

所有在CAN（Controller Area Network）通信中，并没有严格意义上的“主”和“从”的概念，这与传统的主从式通信有所不同。

CAN总线是一种基于消息广播的通信模式，采用多主竞争式总线结构，网络中各节点均可主动向其他节点发送信息。

有些网页提到CAN还有星型拓扑，树形拓扑，其实只是形式像是星型，树形。

如下图，只是形状是星型，但是没有中间的星型结点，本质还是总线型拓扑。

星型拓扑需要有中间结点。

2.2 CAN的位同步机制（了解，用于理解CAN的初始化参数的配置原理）

在讲CAN的位同步机制之前，我们先想一想CAN的通信方式是什么方式？是同步通信还是异步通信？

首先我们先回顾一下同异步通信的概念。
同步通信是一种比特同步通信技术，要求发收双方具有同频同相的同步时钟信号，只需在传送报文的最前面附加特定的同步字符，使发收双方建立同步，此后便在同步时钟的控制下逐位发送/接收。
异步通信是指发送端和接收端没有统一的时钟信号，它们各自使用自己的时钟控制数据传输。

由上述内容可知，CAN总线只有两根线：①CAN高线、②CAN低线。
CAN总线上是 没有时钟信号线的，而每个节点都有自己的时钟，故CAN通信是一种异步通信。

然而，在 CAN 总线上，虽然每个节点都有自己的时钟，这些时钟并不完全同步，存在一定的偏差，称为时钟漂移。为了解决时钟漂移问题，CAN 协议采用了位同步机制，保证数据传输的准确性。

CAN 的位同步是通过 硬同步 (Hard Synchronization) 和 重新同步 (Resynchronization) 来实现的，下面是两种手段的简单介绍。

• 硬同步
  时机： 发生在每个数据帧的起始位置，即检测到起始符 (SOF) 时。
  原理： 接收端检测到 SOF 时，会立即将自己的时钟设置为 SOF 的起始时间点，从而实现与发送端的时钟同步。
  作用： 将接收端的时钟“重置”为发送端的时钟，保证初始的时钟同步。

• 重新同步
  时机： 发生在数据帧传输过程中，通常是在每个数据位的边缘（位边沿）。
  原理： 接收端会根据每个数据位的实际传输时间，计算出时钟偏差。如果偏差超过一定阈值，接收端会根据重同步段的位时间调整自己的时钟，以减少偏差。
  作用： 根据数据传输的实际情况，对接收端的时钟进行微调，保证数据传输的准确性。

硬同步方式

为了实现 位同步 的硬同步方式 ，CAN协议定义了位时序这个重要的概念。

位时序指的是 位时间 和 采样点 的配置。我们在编写CAN驱动程序的时候，就需要对位时序进行配置。

位时间

位时间是指一个数据位（比特位）的时间，它是由四个周期段组成：同步段、传播段、相位段 1 和相位段 2。

下图中，Tq可以理解为节点自身CAN时钟 的 一个节拍的时间。一个完整的位一般由 8~25 个 Tq 组成。
为方便表示，下图中的高低电平直接代表信号逻辑 0 或逻辑 1(不是差分信号)。

• 同步段 (Synch Segment):
  用来校准接收端时钟，使接收端与发送端同步。
  比如当总线上出现帧起始信号(SOF)时，其它节点上的控制器根据总线上的这个下降沿，对自己的位时序进行调整，把该下降沿包含到 SS 段内，这样根据起始帧来进行同步的方式称为硬同步。
  

• 传播段 (Propagation Segment):
  考虑信号在总线上传播的时间，确保所有节点都接收到数据位。

• 相位段 1 (Phase Segment 1):
  用来灵活调整数据位采样的时间点。

• 相位段 2 (Phase Segment 2):
  同样用来灵活调整数据位采样的时间点。

采样点

每个数据位传输期间，接收端在特定时间点进行采样，判断该数据位的值是 0 还是 1。
采样点通常位于相位段 1 和相位段 2 的交界处，可以根据实际应用需求进行调整。

硬同步举例

在硬同步阶段，当节点检测到本身SS段并不在总线电平下降沿跳变处，节点则会把自己的位时序中的 SS 段平移至总线出现下降沿的部分，后面三段也跟着上去，以获得同步。（可以理解为节点在检测到帧起始信号时才开始“设置段”）

位时序的灵活配置

CAN 协议允许根据实际应用需求，对位时序进行灵活配置，例如调整各个时钟周期的长度、采样点的位置等。

不同的位时序配置会影响数据传输的性能，例如：更长的传播段可以提高抗干扰能力，但会降低数据传输速率。

不同的采样点可以影响数据位的识别精度，影响数据传输的可靠性。

以下是一个常见的位时序配置的例子：

• 位时间 = 10 个时钟周期（即10Tq）
• 同步段 = 1 个时钟周期
• 传播段 = 3 个时钟周期
• 相位段 1 = 3 个时钟周期
• 相位段 2 = 3 个时钟周期
• 采样点 = 相位段 1 和相位段 2 的交界处

重新同步方式

前面的硬同步只是对帧的第一位数据才起作用，即只对帧起始信号起作用。
但如何保证 帧的第二位数据，帧的第三位数据，…，帧的第n位数据也是正确的呢？

因而需要引入重新同步方式，它利用普通数据位的高至低电平的跳变沿来同步 (帧起始信号是特殊的跳变沿)。

重新同步与硬同步方式相似的地方是它们都使用 SS 段来进行检测，同步的目的都是使节点内的 SS 段把跳变沿包含起来。

重新同步的方式分为超前和滞后两种情况，以总线跳变沿与 SS 段的相对位置进行区分，下面举例设SJW为2Tq。

① 相位超前，节点从总线的边沿跳变中，检测到它内部的时序比总线的时序相对超前 2Tq，这时控制器在下一个位时序中的 PBS1 段增加 2Tq 的时间长度，使得节点与总线时序重新同步。

② 相位滞后，节点从总线的边沿跳变中，检测到它的时序比总线的时序相对滞后 2Tq，这时控制器在前一个位时序中的 PBS2 段减少 2Tq 的时间长度，获得同步。

在重新同步的时候，PBS1 和 PBS2 中增加或减少的这段时间长度被定义为重新同步补偿宽度SJW*(reSynchronization Jump Width)。

一般来说 CAN 控制器会限定 SJW 的最大值，如限定了最大 SJW=3Tq 时，单次同步调整的时候不能增加或减少超过 3Tq 的时间长度，若有需要，控制器会通过多次小幅度调整来实现同步。

当控制器设置的 SJW 极限值较大时，可以吸收的误差加大，但通讯的速度会下降.

2.3 CAN对比其他常用协议的优势

相比于RS485，SPI，IIC，为什么在汽车上常用CAN协议呢？

汽车上常用CAN（Controller Area Network）协议而不是RS485、SPI或IIC协议，主要有以下几个原因：

• 实时性和可靠性：CAN协议专为汽车设计，支持高速数据传输，并且具有错误检测、通知和恢复功能，能够确保数据的完整性和实时性。这对于汽车控制系统中的关键应用（如发动机控制、制动系统、安全系统等）至关重要。
• 多主通信：CAN总线是一个多主通信的串行总线，这意味着多个设备可以在没有主机的情况下进行通信，每个设备都可以主动发送数据。这种特性使得CAN总线在汽车应用中特别有用，因为汽车中有许多需要相互通信的设备和系统。
• 灵活性和可扩展性：CAN协议支持不同的消息格式和优先级设置，可以根据需要进行灵活配置。此外，CAN总线可以连接多个设备，并且易于扩展，这使得它非常适合用于复杂的汽车系统。
• 成本效益：尽管CAN协议的实现可能比某些其他通信协议更复杂，但由于其广泛的应用和成熟的生态系统，CAN硬件和软件的成本已经相对较低。此外，CAN协议的高效性和可靠性也可以降低系统的总体成本。

RS485虽然也可以用于多设备之间的通信，但它没有CAN协议的实时性和可靠性高，只能是一主多从。
SPI和IIC协议则主要用于短距离、低速率的数据传输，不适合汽车中需要高速、实时通信的应用。

3. 数据链路层

数据链路层的功能主要有封装成帧，媒介访问控制，差错控制等功能。

3.1 CAN协议的数据帧

CAN协议的帧格式大概结构如下：

• 起始符 (SOF)
• 仲裁域 (arbitration field)
• 控制域 (control field)
• 数据域 (data field)
• CRC校验域 (CRC field)
• 确认域 (ACK field)
• 结束符 (EOF)

为了更有效地控制通讯，CAN 一共规定了 5 种类型的帧，它们的类型及用途说明如表 。

其中，数据帧和遥控帧有标准格式和扩展格式两种格式。
标准格式有 11 个位的标识符（Identifier: 以下称 ID），扩展格式有 29 个位的 ID。

CAN数据帧

数据帧是在 CAN 通讯中最主要、最复杂的报文，我们来了解它的结构，见图

数据帧以一个显性位 (逻辑 0) 开始，即图中的SOF，以 7 个连续的隐性位 (逻辑 1) 结束，即图中的EOF。在它们之间，分别有仲裁段、控制段、数据段、CRC 段和 ACK 段。

数据帧标准格式各个位的介绍

远程帧

远程帧，相比数据帧，其中缺少了数据域。

其他帧 暂略

3.2 仲裁机制

在总线空闲时，若多个设备同时发送数据，那么哪个设备才能优先占用总线呢？这内容旧涉及到了CAN的仲裁机制。

仲裁机制的工作原理：

1. 唯一标识符：
   仲裁机制使用到了 仲裁段的 Identify，这个Identify称为节点的标识符。
   为了确保每个节点的标识符都是唯一的，CAN 协议规定了每个节点的标识符必须是唯一的。
   CAN 协议规定了节点标识符的优先级，标识符越小，优先级越高。
2. 总线空闲检测：
   什么情况下，总线是空闲的？
   对于任意一个节点而言，只要它监听到总线上连续出现了11位隐性电平（显/隐性电平: 在总线上隐性电平通常表示逻辑1，而显性电平通常表示逻辑0），那么该节点就会认为总线当前处于空闲状态。
   在总线一开始工作的时候，所有节点都输出隐性电平。
   当总线处于空闲状态时，多个设备可能同时开始发送数据。
3. 逐位比较：
   当多个节点同时发送数据时，每个节点都会将自己的标识符发送到总线上。
   在发送每一位ID时，发送节点也会读取总线上的电平状态，并将其与自己发送的电平进行比较。
   ①若总线上的电平和本节点要发送的电平一致，则本节点继续发送下一位ID。
   ②若总线上的电平和本节点要发送的电平不一致，则说明由更高优先级的消息正在发送，本节点会立即停止发送并转为监听状态。
4. 仲裁获胜：
   最终，标识符较小的节点会获胜，继续发送数据。标识符较大的节点则会停止发送数据，并进入接收状态。

为什么 标识符越小，优先级越高 ？（了解）

前面讲过，当CAN_H和CAN_L之间的电压差为某一特定值（如2V）时，表示显性电平；而当两根线的电压几乎相同时（电位差接近0V），则表示隐性电平。

当多个设备同时尝试发送数据时，如果总线上同时出现了显性电平和隐性电平，那么由于显性电平的物理特性（即更高的电压差），它会覆盖隐性电平，使得总线状态被置为显性电平。

而显性电平对应逻辑0，而隐性电平对应逻辑1。标识符采用的是MSB，标识符越小，在逐位比较中先比较的位是更有可能输出显性电平，从而能够优先占用总线资源进行传输。

例子如下图

节点1的ID号是 10110101101，节点2的ID号是 10110101100。

在仲裁过程中，在比较到两个节点的ID号的最后一位时，节点2的ID号最后一位是逻辑0，在总线上用显性电平表示；节点2的ID号最后一位是逻辑1，用隐性电平表示。

而此时总线上会表现出显性电平，节点2在读取总线时发现电平与自己发送的隐性电平不一样，这时就让出总线的控制器。节点1仲裁胜利！

总裁核心原理： 将自己要比较的位与总线上的状态相与，只有线与的结果与本身一致时，仲裁才能够通过。

注意：其实在报文发送上去的过程，采用的是广播的方式，在节点1和节点2总裁的同时，总线上所有的节点都能够监听到它们的ID号，只不过也在同时进行验收滤波，只有监听到的ID号存在ID表中，该节点才会选择继续监听该报文后面的数据。

3.3 访问控制

略

3.4 确认机制

CAN协议中，发送节点如何确认自己发送的数据帧被接收节点正确接收呢？这就涉及到了CAN的确认机制。

在CAN帧结构中，ACK段是一个由两个位组成的区域，包括ACK槽（ACK SLOT）和ACK分隔符（ACK DELIMITER）。发送节点在发送数据或远程帧时，会在ACK槽置入一个隐性位（逻辑1）。

ACK机制的工作原理

1. 发送过程：
   发送节点在发送数据帧时，会在ACK槽置入一个隐性位（逻辑1）。
   发送节点在发送数据的同时，会对总线上的数据进行回读，以监控ACK槽的状态。
2. 接收过程：
   接收节点在接收到数据帧后，会检查数据的正确性。
   如果数据正确无误，接收节点会在ACK槽期间发送一个显性位（逻辑0），以此向发送节点确认消息已成功接收。
3. 确认与重发：
   发送节点通过回读总线，如果检测到ACK槽为显性位（逻辑0），则表示至少有一个接收节点正确接收了数据，发送成功。
   如果检测到ACK槽仍为隐性位（逻辑1），则表示没有接收节点正确接收数据，此时发送节点会重新发送数据帧。

3.5 错误检测和处理

CRC段：
该段用于检查帧传输错误，发送方以一定的方法计算包括：帧起始、仲裁段、控制段、数据段；
接收方以同样的算法计算 CRC 值并进行比较，如果不同则会向发送端反馈出错信息，重新发送；
计算和出错处理一般由 CAN 控制器硬件完成 或 由 软件 控制最大重发数。
该段由 15 个位的 CRC 顺序和 1 个位的 CRC 界定符（用于分隔的位）组成，它为隐性位（逻辑1），主要作用是把CRC 校验码与后面的 ACK 段间隔起来。

3.6 CAN的时间触发通信

时间触发CAN：建立在标准CAN上的高层协议，通过对网络中所有节点的通信进行同步调度，实现每个节点在固定时间内发送信息，无需再进行优先级仲裁。

其他内容暂略

4.GD32上的CAN

资料参考：GD32F305官方资料，GD32F305用户手册

4.1 特性

◼ 支持 CAN 总线协议 2.0A 和 2.0B；
◼ 通信波特率最大为 1Mbit/s；
◼ 支持时间触发通信（Time-triggered communication）；
◼ 中断使能和清除。

发送功能
◼ 3 个发送邮箱；
◼ 支持发送优先级；
◼ 支持发送时间戳。

接收功能
◼ 2 个深度为 3 的接收 FIFO；
◼ 在非 GD32F30x CL 系列产品中，具有 14 个过滤器；
◼ 在 GD32F30x CL 系列产品中，具有 28 个过滤器；
◼ FIFO 锁定功能。

时间触发通信
◼ 在时间触发通信模式下禁用自动重传；
◼ 16 位定时器；
◼ 接收时间戳；
◼ 发送时间戳。

4.2 框图

疑问：
1.发送邮箱就是类似与发送的缓存BUF吗

2.两个深度为3的FIFO，即一个CAN控制器就拥有2*3个接收邮箱吗

4.3 通信模式

CAN 总线控制器有 4 种通信模式：

• 静默（Silent）通信模式；
  在静默通信模式下，可以从 CAN 总线接收数据，但不向总线发送任何数据。
• 回环（Loopback）通信模式；
  在回环通信模式下，由 CAN 总线控制器发送的数据可以被自己接收并存入接收FIFO，同时这些发送数据也送至CAN 网络。
• 回环静默（Loopback and Silent）通信模式；
  在回环静默通信模式下，CAN 的 RX 和 TX 引脚与 CAN 网络断开。CAN 总线控制器既不从CAN 网络接收数据，也不向 CAN 网络发送数据，其发送的数据仅可以被自己接收。
• 正常（Normal）通信模式。
  CAN 总线控制器通常工作在正常通信模式下，可以从 CAN 总线接收数据，也可以向 CAN 总线发送数据。

4.4 数据发送

4.5 数据接收

4.6 过滤功能

一个待接收的数据帧会根据其标识符（Identifier）进行过滤：硬件会将通过过滤的帧送至接收FIFO，并丢弃没有通过过滤的帧。

4.7 GD32的CAN数据收发过程

在GD32芯片中，片内拥有的是CAN控制器。

发送过程：
CAN控制器将CPU传来的信号转换为逻辑电平（即逻辑0-显性电平或者逻辑1-隐性电平）。CAN发射器接收逻辑电平之后，再将其转换为差分电平输出到CAN总线上。

接收过程：
CAN接收器将CAN_H 和CAN_L 线上传来的差分电平转换为逻辑电平输出到CAN控制器，CAN控制器再把该逻辑电平转化为相应的信号发送到CPU上。

5.GD32的CAN代码编写及测试

5.1 GD32中CAN的初始化

gpio的配置
1.1 CAN和GPIO时钟初始化
1.2 CAN管脚复用（需要注意是 完全复用 还是 部分复用）

CAN控制器参数的配置

/* CAN initiliaze parameters structure */
typedef struct
{
    uint8_t working_mode;                         /*!< 配置CAN的工作模式 */ 
    uint8_t resync_jump_width;                    /*!< 重新同步跳跃宽度 */
    uint8_t time_segment_1;                       /*!< 配置 BS1 段长度 */
    uint8_t time_segment_2;                       /*!< 配置 BS2 段长度 */
    ControlStatus time_triggered;                 /*!< 时间触发通信方式 */
    ControlStatus auto_bus_off_recovery;          /*!< 自动离线管理 */
    ControlStatus auto_wake_up;                   /*!< 自动唤醒功能 */
    ControlStatus auto_retrans;                   /*!< 自动重传模式 */
    ControlStatus rec_fifo_overwrite;             /*!< 配置接收 FIFO 锁定 */
    ControlStatus trans_fifo_order;               /*!< 配置 FIFO 优先级 */
    uint16_t prescaler;                           /*!< 配置CAN外设的时钟频率 */
}can_parameter_struct;

• working_mode
  设置CAN的工作模式，可设置为正常通信模式（CAN_NORMAL_MODE），回环通信模式（CAN_LOOPBACK_MODE），静默通信模式（CAN_SILENT_MODE）以及回环静默通信模式（CAN_SILENT_LOOPBACK_MODE）。
  CAN 总线控制器通常工作在正常通信模式下，可以从 CAN 总线接收数据，也可以向 CAN 总线发送数据。（详情请查看GD32F10x用户手册）

• resync_jump_width
  设置CAN的再同步补偿宽度SJW，对CAN网络节点同步误差进行补偿占1~4个时间单元。（CAN_BT_SJW_1/2/3/4TQ）

• time_segment_1
  设置CAN位时序中BS1段长度，可以配置为1~16个时间单元。（CAN_BT_BS1_1 ~ 16TQ）
  注意：time_segment_1是包含了传播时间段和相位缓存段1，所有其范围是1 ~ 16，而不是 1 ~ 8
  

• time_segment_2
  设置CAN位时序中BS2段长度，可以配置为1~8个时间单元。（CAN_BT_BS2_1 ~ 8TQ）

• time_triggered
  用于配置是否使用时间触发功能（ENABLE / DISABLE）。在这种通信模式下，自动重发功能是禁止的。

• auto_bus_off_recovery
  CAN网络中，当节点因为发送错误计数器（TEC）超过一定阈值（如256）时，会进入总线关闭（Bus Off）状态，此时节点既不能接收总线上的报文，也不能向总线发送报文.
  当auto_bus_off_recovery字段被设置为启用（如ENABLE或TRUE）时，CAN控制器会在节点进入Bus Off状态后，自动尝试恢复通信，不需要软件干预。

• auto_wake_up
  用于配置是否使用自动唤醒功能（ENABLE / DISABLE），使用自动唤醒功能后会在检测到总线活动后自动唤醒。

• auto_retrans
  用于配置是否使用自动重传功能（ENABLE / DISABLE），使用自动重传功能时，会一直发送报文直到成功为止，否则只会发送一次报文。

• rec_fifo_overwrite
  ENABLE（启用）：当接收FIFO溢出时，新接收到的数据帧将覆盖FIFO中最旧的数据帧。这意味着，如果FIFO的容量不足以存储所有接收到的数据帧，则最早接收到的数据帧将被丢弃。
  DISABLE（禁用）：当接收FIFO溢出时，新接收到的数据帧将被丢弃，而FIFO中已有的数据帧将保持不变。这有助于保护关键数据不被意外覆盖。

• trans_fifo_order
  用于设置是否使用发送报文的优先级判定方法（ENABLE / DISABLE），使能后，以报文存入FIFO的先后顺序来发送，否则按照报文ID的优先级来发送。

• prescaler
  设置CAN外设的时钟分频，写入的值即为分频值。可控制时间片的时间长度。
  

快速计算：BaudRate = APB1_LCK / ( 1 + time_segment_1 +time_segment_2 ) / prescaler

例：APB1总线时钟频率为54MHZ，BS1=5，BS2=3，prescaler=12，实际波特率为500Kbps。

CAN过滤器的配置

/* CAN filter parameters structure */
typedef struct
{
    uint16_t filter_list_high;                 /*!< 过滤器列表高位数 */
    uint16_t filter_list_low;                  /*!< 过滤器列表低位数 */
    uint16_t filter_mask_high;                 /*!< 滤波掩码数高位数 */
    uint16_t filter_mask_low;                  /*!< 滤波掩码数低位数 */
    uint16_t filter_fifo_number;               /*!< 接收与过滤器相关联的FIFO */
    uint16_t filter_number;                    /*!< 筛选器编号 */
    uint16_t filter_mode;                      /*!< 列表或掩码模式 */
    uint16_t filter_bits;                      /*!< 筛选器位宽 */
    ControlStatus filter_enable;               /*!< 是否使能改筛选器 */
}can_filter_parameter_struct;

• filter_list_high
  用于存储要过滤的ID，若过滤器工作在32位模式，他存储的是所过滤ID的高16位；若过滤器工作在16位模式，它存储的就是一个完整的要过滤的ID。

• filter_list_low
  用于存储要过滤的ID，若过滤器工作在32位模式，他存储的是所过滤ID的低16位；若过滤器工作在16位模式，它存储的就是一个完整的要过滤的ID。

• filter_mask_high
  filter_mask_high的存储的内容分两种情况，当过滤器工作在列表模式时，他的功能与filter_list_high相同，都是存储要过滤的ID；当工作在掩码模式时，它存储的是与filter_list_high成员对应的掩码。

• filter_mask_low
  filter_mask_low的存储的内容分两种情况，当过滤器工作在列表模式时，他的功能与filter_list_low相同，都是存储要过滤的ID；当工作在掩码模式时，它存储的是与filter_list_low成员对应的掩码。
  在掩码模式下，filter_mask_high与filter_mask_low填入的是要筛选的掩码，掩码为1时，筛选的ID必须与ID相同。
  列表模式下，筛选的ID需与ID相同。

• filter_fifo_number
  用于设置当报文通过过滤器匹配后，该报文会被存储到哪个接收FIFO中（CAN_FIFO0/1）。

• filter_number
  用于设计过滤器的编号。可以通过设置多个过滤器对特定的ID进行过滤。
  

• filter_mode
  设置过滤器的工作模式，可以设置为列表模式（CAN_FILTERMODE_LIST），也可以设置为掩码模式（CAN_FILTERMODE_MASK）。

• filter_bits
  设置过滤器位宽（32位或16位）。

• filter_enable
  用于设置是否使能这个过滤器（ENABLE/DISABLE）。

5.2 CAN回环模式代码及测试

调试需要使用回环模式，回环模式下可以不考虑CAN波特率，不考虑ID，便于调试。

正常模式下需要接外部CAN设备，并且双方配置需完全正确，否则一般发送数据就会失败，返回CAN_TRANSMIT_PENDING或者CAN_TRANMIT_FAILED，此时无法确认时双方匹配问题，或者硬件问题，还是自身配置问题，建议使用回环模式调试，先确认自身CAN配置是否正确。

下面代码掩码的过滤模式，过滤全填0，所有数据都会接收，不会过滤，确保接收中断可以接收到数据后，后面再根据实际过滤ID进行填写。

#include "can.h"
#include "gd32f30x.h"
#include "gd32f30x_can.h"
#include <string.h>
#include "log.h"
#include "invt_os.h"


#define CAN_RCU              RCU_CAN0
#define CAN_GPIO_PORT_RCU    RCU_GPIOB

#define CAN_GPIO_PORT        GPIOB
#define CAN_RX_GPIO_PIN      GPIO_PIN_8
#define CAN_TX_GPIO_PIN      GPIO_PIN_9

#define CAN_CONTROLLER       CAN0


int32_t can0_init(void)
{
    can_parameter_struct can_parameter;
    can_filter_parameter_struct can_filter;

    /* enable can clock */
    rcu_periph_clock_enable(RCU_AF);
    rcu_periph_clock_enable(CAN_RCU);
    rcu_periph_clock_enable(CAN_GPIO_PORT_RCU);

    /* configure CAN0 GPIO, CAN0_TX(PB9) and CAN0_RX(PB8) */
    gpio_init(CAN_GPIO_PORT, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, CAN_TX_GPIO_PIN);
    gpio_init(CAN_GPIO_PORT, GPIO_MODE_IPU, GPIO_OSPEED_50MHZ, CAN_RX_GPIO_PIN);
    gpio_pin_remap_config(GPIO_CAN0_PARTIAL_REMAP, ENABLE);  /* 注意：PB8，PB9是在部分复用是才是CAN，而不是全复用！！！ */

    /* initialize CAN structures */
    can_struct_para_init(CAN_INIT_STRUCT, &can_parameter);
    can_struct_para_init(CAN_FILTER_STRUCT, &can_filter);
    /* initialize CAN register */
    can_deinit(CAN_CONTROLLER);

    /* initialize CAN */
    can_parameter.time_triggered = DISABLE;             /* 关闭时间触发通信 */
    can_parameter.auto_bus_off_recovery = ENABLE;       /* 允许离线自行回复 */
    can_parameter.auto_wake_up = ENABLE;                /* 允许自唤醒 */
    can_parameter.auto_retrans = ENABLE;                /* 允许自动重传 */
    can_parameter.rec_fifo_overwrite = DISABLE;         /* FIFO满了，不允许重盖写入 */
    can_parameter.trans_fifo_order = DISABLE;           /* 使能后，以报文存入FIFO的先后顺序来发送，否则按照报文ID的优先级来发送 */
    can_parameter.working_mode = CAN_LOOPBACK_MODE;       /* 回环模式 */
    can_parameter.resync_jump_width = CAN_BT_SJW_1TQ;   /* 对CAN网络节点同步误差进行补偿占1个CAN时钟节拍 */
    can_parameter.time_segment_1 = CAN_BT_BS1_7TQ;      /* 相位1使用7个CAN时钟节拍 */
    can_parameter.time_segment_2 = CAN_BT_BS2_4TQ;      /* 相位2使用4个CAN时钟节拍 */
    /* AHB1 60M ,60000/(20*(7+4+1)) = 250kbps */
    can_parameter.prescaler = 20;                       /* CAN时钟的分配系数 */
    can_init(CAN_CONTROLLER, &can_parameter);

    /* initialize filter */
    /* CAN0 filter number */
    //3.配置CAN过滤器
    // can_filter.filter_list_high = (((uint32_t)0x000<<21|CAN_FT_DATA|CAN_FF_STANDARD)&0xFFFF0000)>>16;   /* 过滤器高字节 */
    // can_filter.filter_list_low =  (((uint32_t)0x000<<21|CAN_FT_DATA|CAN_FF_STANDARD) & 0x0000FFFF);     /* 过滤器低字节 */
    can_filter.filter_list_high = 0x56;
    can_filter.filter_list_low = 0x56;
    can_filter.filter_mask_high = 0;                    /* 过滤器掩码数高位,0表示全盘接收 */
    can_filter.filter_mask_low = 0;                     /* 过滤器掩码数低位,0表示全盘接收 */
    can_filter.filter_fifo_number = CAN_FIFO0;          /* 滤过器关联FIFO0 */
    can_filter.filter_number = 0;                       /* 0号过滤器 */
    can_filter.filter_mode = CAN_FILTERMODE_MASK;       /* 掩码模式 */
    can_filter.filter_bits = CAN_FILTERBITS_32BIT;      /* 32位 */
    can_filter.filter_enable = ENABLE;
    can_filter_init(&can_filter);
    //4.配置中断
    nvic_irq_enable(CAN0_RX0_IRQn, 0, 0); 
    can_interrupt_enable(CAN0,CAN_INT_RFNE0);

    return 0;
}

int32_t can0_deinit(void)
{
    return 0;
}

int32_t can0_write(const char *buffer, size_t len)
{
    uint8_t i,mbox;
    can_trasnmit_message_struct can_tx_msg;
    uint8_t timeout = 1000;

    if (len > 8) {
        len = 8;
    }

    can_tx_msg.tx_efid = 0x123;//扩展帧才起作用,低29位有效，故这里0xffffffff的实际有效值是0b1 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 = 536870911
    can_tx_msg.tx_sfid = 0x56;//标准帧才其作用，低11位有效，故0xfff的实际有效值是0b111 1111 1111 = 2047
    can_tx_msg.tx_ff = CAN_FF_STANDARD;
    can_tx_msg.tx_ft = CAN_FT_DATA;//数据帧 CAN_FF_STANDARD  CAN_FF_EXTENDED
    can_tx_msg.tx_dlen = len;
    for(i=0;i<len;i++)
    {
        can_tx_msg.tx_data[i] = buffer[i];
    }
    mbox = can_message_transmit(CAN0,&can_tx_msg);				//发送CAN报文

    //等待发送完成
    while(can_transmit_states(CAN0,mbox) == CAN_TRANSMIT_PENDING) {
        if(timeout-- == 0)
        {
            LOG_ERRO("CAN transmit failed.\n");
            return 1;
        }
        ios_sleep(1);  // 1ms delay for the CAN bus to be free. If not, the next transmit may fail.
    }

    if(can_transmit_states(CAN0,mbox) == CAN_TRANSMIT_OK)
    {
        return 0;
    }
    return 1;
}


can_receive_message_struct can_rx_msg;
int32_t can0_read(char *buffer, size_t len)
{
    LOG_INFO("sfid:%d, rx_efid:%d, rx_ff;%d, rx_dlen:%d\n", 
        can_rx_msg.rx_sfid, can_rx_msg.rx_efid, can_rx_msg.rx_ff, can_rx_msg.rx_dlen);
    memcpy(buffer, can_rx_msg.rx_data, 8);

    return 0;
}

void CAN0_RX0_IRQHandler(void)
{
    /* check the receive message */
    if(can_interrupt_flag_get(CAN0,CAN_INT_FLAG_RFL0))
    {
        memset(&can_rx_msg, 0, sizeof(can_rx_msg));//清空接收结构体
        can_message_receive(CAN0, CAN_FIFO0, &can_rx_msg);
    }
}

测试主函数

    can0_init();
    char recv_buf[10] = {0};

    while(1) {
        can0_write("123578", sizeof("123578")-1);

        ios_sleep(1000);
        memset(recv_buf, 0, sizeof(recv_buf));
        can0_read(recv_buf, 8);
        LOG_INFO("can read:%s\n", recv_buf);
    }

查看输出的日志，可以设备自身自发自收

5.3 CAN普通模式代码及测试

相比与上面的回环模式，下面的发送代码中，加了发送超时则失败的判断

#include "can.h"
#include "gd32f30x.h"
#include "gd32f30x_can.h"
#include <string.h>
#include "log.h"
#include "invt_os.h"


#define CAN_RCU              RCU_CAN0
#define CAN_GPIO_PORT_RCU    RCU_GPIOB

#define CAN_GPIO_PORT        GPIOB
#define CAN_RX_GPIO_PIN      GPIO_PIN_8
#define CAN_TX_GPIO_PIN      GPIO_PIN_9

#define CAN_CONTROLLER       CAN0


int32_t can0_init(void)
{
    can_parameter_struct can_parameter;
    can_filter_parameter_struct can_filter;

    /* enable can clock */
    rcu_periph_clock_enable(RCU_AF);
    rcu_periph_clock_enable(CAN_RCU);
    rcu_periph_clock_enable(CAN_GPIO_PORT_RCU);

    /* configure CAN0 GPIO, CAN0_TX(PB9) and CAN0_RX(PB8) */
    gpio_init(CAN_GPIO_PORT, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, CAN_TX_GPIO_PIN);
    gpio_init(CAN_GPIO_PORT, GPIO_MODE_IPU, GPIO_OSPEED_50MHZ, CAN_RX_GPIO_PIN);
    gpio_pin_remap_config(GPIO_CAN0_PARTIAL_REMAP, ENABLE);  /* 注意：PB8，PB9是在部分复用是才是CAN，而不是全复用！！！ */

    /* initialize CAN structures */
    can_struct_para_init(CAN_INIT_STRUCT, &can_parameter);
    can_struct_para_init(CAN_FILTER_STRUCT, &can_filter);
    /* initialize CAN register */
    can_deinit(CAN_CONTROLLER);

    /* initialize CAN */
    can_parameter.time_triggered = DISABLE;             /* 关闭时间触发通信 */
    can_parameter.auto_bus_off_recovery = ENABLE;       /* 允许离线自行回复 */
    can_parameter.auto_wake_up = ENABLE;                /* 允许自唤醒 */
    can_parameter.auto_retrans = ENABLE;                /* 允许自动重传 */
    can_parameter.rec_fifo_overwrite = DISABLE;         /* FIFO满了，不允许重盖写入 */
    can_parameter.trans_fifo_order = DISABLE;           /* 使能后，以报文存入FIFO的先后顺序来发送，否则按照报文ID的优先级来发送 */
    can_parameter.working_mode = CAN_NORMAL_MODE;       /* 普通模式 */
    can_parameter.resync_jump_width = CAN_BT_SJW_1TQ;   /* 对CAN网络节点同步误差进行补偿占1个CAN时钟节拍 */
    can_parameter.time_segment_1 = CAN_BT_BS1_7TQ;      /* 相位1使用7个CAN时钟节拍 */
    can_parameter.time_segment_2 = CAN_BT_BS2_4TQ;      /* 相位2使用4个CAN时钟节拍 */
    /* AHB1 60M ,60000/(20*(7+4+1)) = 250kbps */
    can_parameter.prescaler = 20;                       /* CAN时钟的分配系数 */
    can_init(CAN_CONTROLLER, &can_parameter);

    /* initialize filter */
    /* CAN0 filter number */
    //3.配置CAN过滤器
    // can_filter.filter_list_high = (((uint32_t)0x000<<21|CAN_FT_DATA|CAN_FF_STANDARD)&0xFFFF0000)>>16;   /* 过滤器高字节 */
    // can_filter.filter_list_low =  (((uint32_t)0x000<<21|CAN_FT_DATA|CAN_FF_STANDARD) & 0x0000FFFF);     /* 过滤器低字节 */
    can_filter.filter_list_high = 0x56;
    can_filter.filter_list_low = 0x56;
    can_filter.filter_mask_high = 0;                    /* 过滤器掩码数高位,0表示全盘接收 */
    can_filter.filter_mask_low = 0;                     /* 过滤器掩码数低位,0表示全盘接收 */
    can_filter.filter_fifo_number = CAN_FIFO0;          /* 滤过器关联FIFO0 */
    can_filter.filter_number = 0;                       /* 0号过滤器 */
    can_filter.filter_mode = CAN_FILTERMODE_MASK;       /* 掩码模式 */
    can_filter.filter_bits = CAN_FILTERBITS_32BIT;      /* 32位 */
    can_filter.filter_enable = ENABLE;
    can_filter_init(&can_filter);
    //4.配置中断
    nvic_irq_enable(CAN0_RX0_IRQn, 0, 0); 
    can_interrupt_enable(CAN0,CAN_INT_RFNE0);

    return 0;
}





int32_t can0_deinit(void)
{
    return 0;
}

int32_t can0_write(const char *buffer, size_t len)
{
    uint8_t i,mbox;
    can_trasnmit_message_struct can_tx_msg;
    uint8_t timeout = 1000;

    if (len > 8) {
        len = 8;
    }

    can_tx_msg.tx_efid = 0x123;//扩展帧才起作用,低29位有效，故这里0xffffffff的实际有效值是0b1 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 = 536870911
    can_tx_msg.tx_sfid = 0x56;//标准帧才其作用，低11位有效，故0xfff的实际有效值是0b111 1111 1111 = 2047
    can_tx_msg.tx_ff = CAN_FF_STANDARD;
    can_tx_msg.tx_ft = CAN_FT_DATA;//数据帧 CAN_FF_STANDARD  CAN_FF_EXTENDED
    can_tx_msg.tx_dlen = len;
    for(i=0;i<len;i++)
    {
        can_tx_msg.tx_data[i] = buffer[i];
    }
    mbox = can_message_transmit(CAN0,&can_tx_msg);				//发送CAN报文

    //等待发送完成
    while(can_transmit_states(CAN0,mbox) == CAN_TRANSMIT_PENDING) {
        if(timeout-- == 0)
        {
            LOG_ERRO("CAN transmit failed.\n");
            return 1;
        }
        ios_sleep(1);  // 1ms delay for the CAN bus to be free. If not, the next transmit may fail.
    }

    if(can_transmit_states(CAN0,mbox) == CAN_TRANSMIT_OK)
    {
        return 0;
    }
    return 1;
}


can_receive_message_struct can_rx_msg;
int32_t can0_read(char *buffer, size_t len)
{
    LOG_INFO("sfid:%d, rx_efid:%d, rx_ff;%d, rx_dlen:%d\n", 
        can_rx_msg.rx_sfid, can_rx_msg.rx_efid, can_rx_msg.rx_ff, can_rx_msg.rx_dlen);
    memcpy(buffer, can_rx_msg.rx_data, 8);

    return 0;
}

void CAN0_RX0_IRQHandler(void)
{
    /* check the receive message */
    if(can_interrupt_flag_get(CAN0,CAN_INT_FLAG_RFL0))
    {
        memset(&can_rx_msg, 0, sizeof(can_rx_msg));//清空接收结构体
        can_message_receive(CAN0, CAN_FIFO0, &can_rx_msg);
    }
}

测试主函数

    can0_init();
    char recv_buf[10] = {0};

    while(1) {
        can0_write("123578", sizeof("123578")-1);

        ios_sleep(1000);
        memset(recv_buf, 0, sizeof(recv_buf));
        can0_read(recv_buf, 8);
        LOG_INFO("can read:%s\n", recv_buf);
    }

测试工具
通过usb-to-can调试器进行调试

插上usb-to-can，安装驱动，设备管理器中如下显示：

打开pcanView调试助手：

选择好CAN的波特率，以及接收的帧格式。这里选择250KBit/s，标准帧。

在没有连接上USB to CAN 模块前，设备日志输出发送错误。

连接上USB to CAN 模块后，设备数据正常输出，并且在PCAN-VIEW软件中查看到接收的数据。

通过PCAN-View软件发送标准数据帧，看出设备日志。

看到设备能够正确收到数据

改变发送帧的配置，使用拓展帧，并改变ID

查看到设备输出日志有所变化，ID变了，rx_ff:4表明是用了扩展帧。

5.4 过滤器的测试代码

把CAN初始化代码改成如下代码，则只有ID=0x56的标准帧才会通过 过滤器，被设备接收到。

int32_t can0_init(void)
{
    uint32_t filter_id = 0;
    can_parameter_struct can_parameter;
    can_filter_parameter_struct can_filter;

    /* enable can clock */
    rcu_periph_clock_enable(RCU_AF);
    rcu_periph_clock_enable(CAN_RCU);
    rcu_periph_clock_enable(CAN_GPIO_PORT_RCU);

    /* configure CAN0 GPIO, CAN0_TX(PB9) and CAN0_RX(PB8) */
    gpio_init(CAN_GPIO_PORT, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, CAN_TX_GPIO_PIN);
    gpio_init(CAN_GPIO_PORT, GPIO_MODE_IPU, GPIO_OSPEED_50MHZ, CAN_RX_GPIO_PIN);
    gpio_pin_remap_config(GPIO_CAN0_PARTIAL_REMAP, ENABLE);  /* 注意：PB8，PB9是在部分复用是才是CAN，而不是全复用！！！ */

    /* initialize CAN structures */
    can_struct_para_init(CAN_INIT_STRUCT, &can_parameter);
    can_struct_para_init(CAN_FILTER_STRUCT, &can_filter);
    /* initialize CAN register */
    can_deinit(CAN_CONTROLLER);

    /* initialize CAN */
    can_parameter.time_triggered = DISABLE;             /* 关闭时间触发通信 */
    can_parameter.auto_bus_off_recovery = ENABLE;       /* 允许离线自行回复 */
    can_parameter.auto_wake_up = ENABLE;                /* 允许自唤醒 */
    can_parameter.auto_retrans = ENABLE;                /* 允许自动重传 */
    can_parameter.rec_fifo_overwrite = DISABLE;         /* FIFO满了，不允许重盖写入 */
    can_parameter.trans_fifo_order = DISABLE;           /* 使能后，以报文存入FIFO的先后顺序来发送，否则按照报文ID的优先级来发送 */
    can_parameter.working_mode = CAN_LOOPBACK_MODE;       /* 回环模式，自己发出去的数据，自己也能接收得到，用于测试 */
    can_parameter.resync_jump_width = CAN_BT_SJW_1TQ;   /* 对CAN网络节点同步误差进行补偿占1个CAN时钟节拍 */
    can_parameter.time_segment_1 = CAN_BT_BS1_7TQ;      /* 相位1使用7个CAN时钟节拍 */
    can_parameter.time_segment_2 = CAN_BT_BS2_4TQ;      /* 相位2使用4个CAN时钟节拍 */
    /* AHB1 60M ,60000/(20*(7+4+1)) = 250kbps */
    can_parameter.prescaler = 20;                       /* CAN时钟的分配系数 */
    can_init(CAN_CONTROLLER, &can_parameter);

    /* initialize filter */
    /* CAN0 filter number */
    //3.配置CAN过滤器
    // filter_value = (0x111<<3) | CAN_FT_DATA | CAN_FF_STANDARD;
    // can_filter.filter_list_high = filter_value>>16;   /* 过滤器高字节 */
    // can_filter.filter_list_low =  filter_value;     /* 过滤器低字节 */
    filter_id = 0x56;
    can_filter.filter_list_high = (((uint32_t)filter_id<<21|CAN_FT_DATA|CAN_FF_STANDARD)&0xFFFF0000)>>16;   /* 过滤器高字节 */
    can_filter.filter_list_low =  (((uint32_t)filter_id<<21|CAN_FT_DATA|CAN_FF_STANDARD) & 0x0000FFFF);     /* 过滤器低字节 */
    can_filter.filter_mask_high = 0;                    /* 过滤器掩码数高位,0表示全盘接收 */
    can_filter.filter_mask_low = 0;                     /* 过滤器掩码数低位,0表示全盘接收 */
    can_filter.filter_fifo_number = CAN_FIFO0;          /* 滤过器关联FIFO0 */
    can_filter.filter_number = 0;                       /* 0号过滤器 */
    can_filter.filter_mode = CAN_FILTERMODE_LIST;       /* 掩码模式 */
    can_filter.filter_bits = CAN_FILTERBITS_32BIT;      /* 32位 */
    can_filter.filter_enable = ENABLE;
    can_filter_init(&can_filter);
    //4.配置中断
    nvic_irq_enable(CAN0_RX0_IRQn, 0, 0); 
    can_interrupt_enable(CAN0,CAN_INT_RFNE0);

    return 0;
}

主要关注下面这段代码

    filter_id = 0x56;
    can_filter.filter_list_high = (((uint32_t)filter_id<<21|CAN_FT_DATA|CAN_FF_STANDARD)&0xFFFF0000)>>16;   /* 过滤器高字节 */
    can_filter.filter_list_low =  (((uint32_t)filter_id<<21|CAN_FT_DATA|CAN_FF_STANDARD) & 0x0000FFFF);     /* 过滤器低字节 */
    can_filter.filter_mask_high = 0;                    /* 过滤器掩码数高位,0表示全盘接收 */
    can_filter.filter_mask_low = 0;                     /* 过滤器掩码数低位,0表示全盘接收 */
    can_filter.filter_fifo_number = CAN_FIFO0;          /* 滤过器关联FIFO0 */
    can_filter.filter_number = 0;                       /* 0号过滤器 */
    can_filter.filter_mode = CAN_FILTERMODE_LIST;       /* 掩码模式 */
    can_filter.filter_bits = CAN_FILTERBITS_32BIT;      /* 32位 */
    can_filter.filter_enable = ENABLE;
    can_filter_init(&can_filter);

FDATA分为三部分,SFID为标准ID,EFID为扩展ID，FF为数据或遥控帧，FT为标准帧或扩展帧，高16位为filter_list_high，低16位为filter_list_low。

根据FDATA的分段，我们需要注意filter_list_high，filter_list_low两个字段的设置。
若是过滤标准帧ID，则是 (((uint32_t)filter_id<< 21 |CAN_FT_DATA| CAN_FF_STANDARD )&0xFFFF0000)。
若是要过滤拓展帧ID，则是 (((uint32_t)filter_id<< 3 |CAN_FT_DATA| CAN_FF_EXTENDED )&0xFFFF0000)

5.5 总结的注意要点

①注意CAN的GPIO口重映射问题，有的是完全映射，有点是部分映射。
②CAN发送数据，需要其他CAN控制器进行确认回复，才能发送成功，否则是发送不成功的
③过滤器标准帧和过滤去拓展帧的区别