STM32的HAL库开发系列 - CAN通信实例

CAN通信是一种高效、可靠、灵活的数据传输方式，适用于各种应用场景，在工业自动化、汽车电子、医疗设备等领域有着广泛的应用。

但理解CAN通信的实际应用，也不能全部只看软件方面，还需要对硬件上也有了解。

在硬件上，CAN通信使用两条线路：一条是数据线（CAN_H），另一条是地线（CAN_L）。数据线和地线之间的电压差表示了数据的“1”或“0”。数据传输采用非连续总线唤醒（Non-Continuous Dominant State）的方式，这意味着，当有节点需要发送数据时，它会把总线电压拉高，表示“1”，其他节点就会停止发送，并等待数据传输完成。这种方式能够有效地避免数据冲突，保证了数据的可靠性。

使用CAN通信的设备需要实现CAN控制器，它负责控制总线的电压，并检测和处理总线上的数据。在软件层面，需要使用CAN驱动程序来实现对CAN控制器的控制。

以下这段代码就是实际应用的举例。

/**
  * @brief            HAL库CAN FIFO0接受邮箱中断（Rx0）回调函数
  * @param            hcan : CAN句柄指针
  */
void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan)
{
    static BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;    // 不请求上下文切换
    CAN_RxHeaderTypeDef RxHeader;                            // CAN通信协议头
    uint8_t rx_data[8] = {0};                                // 暂存CAN接收数据
    motor_measure_t motorDataTmp;                            // 电机数据
    uint8_t i = 0;
    
//    if (hcan == &hcan1)
    if (hcan->Instance == CAN1)
    {
        if (HAL_CAN_GetRxMessage(hcan, CAN_RX_FIFO0, &RxHeader, rx_data) == HAL_OK)    // 接收CAN总线上发送来的数据
        {
            // 对应电机向总线上发送的反馈的标识符和程序电机序号
            switch (RxHeader.StdId) {
                case CAN_2006_M_ID : i = MotorID_ShootM; break;
                case CAN_PITCH_MOTOR_ID : i = MotorID_GimbalPitch; break;
                case CAN_YAW_MOTOR_ID : i = MotorID_GimbalYaw; break;
                #if DEBUGMODE
                default : i = RxHeader.StdId - CAN_3508_M1_ID; break;
                #else
                default : break;
                #endif
            }

            // 电机返回数据协议解析
            get_motor_measure(&motorDataTmp, rx_data);
            #if DEBUGMODE
                get_motor_measure(&motorData[i], rx_data);
            #endif

            // 向消息队列中填充数据
            if (messageQueueCreateFlag) {
                xQueueOverwriteFromISR(messageQueue[i], (void *)&motorDataTmp, &xHigherPriorityTaskWoken);
                portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
            }
        }
    }
}

对于CAN发送，相应的实例如下：

/**
  * @brief          发送C620电调控制电流
  * @param[in]        motorID对应的电机控制电流, 范围 [-16384, 16384]，对应电调输出的转矩电流范围 [-20A, 20A]
  * @param[in]      etcID: 控制报文标识符(电调ID)为1-4还是5-8
  */
void CAN_Cmd_C620(CAN_HandleTypeDef *hcan, int16_t motor1, int16_t motor2, int16_t motor3, int16_t motor4, bool_t etcID)
{
    CAN_TxHeaderTypeDef TxHeader;                        // CAN通信协议头
    uint8_t TxData[8] = {0};                            // 发送电机指令缓存
    uint32_t TxMailboxX = CAN_TX_MAILBOX0;                // CAN发送邮箱

    if (etcID == false) {
        TxHeader.StdId = CAN_3508_ALL_ID;                // 标准格式标识符ID
    } else {
        TxHeader.StdId = CAN_3508_ETC_ID;
    }
    TxHeader.ExtId = 0;
    TxHeader.IDE = CAN_ID_STD;                            // 标准帧
    TxHeader.RTR = CAN_RTR_DATA;                        // 传送帧类型为数据帧
    TxHeader.DLC = 0x08;                                // 数据长度码
    TxData[0] = (uint8_t)(motor1 >> 8);
    TxData[1] = (uint8_t)motor1;
    TxData[2] = (uint8_t)(motor2 >> 8);
    TxData[3] = (uint8_t)motor2;
    TxData[4] = (uint8_t)(motor3 >> 8);
    TxData[5] = (uint8_t)motor3;
    TxData[6] = (uint8_t)(motor4 >> 8);
    TxData[7] = (uint8_t)motor4;

    //找到空的发送邮箱
    while (HAL_CAN_GetTxMailboxesFreeLevel(hcan) == 0);    // 如果三个发送邮箱都阻塞了就等待直到其中某个邮箱空闲
    if ((hcan->Instance->TSR & CAN_TSR_TME0) != RESET) {
        // 检查发送邮箱0状态 如果邮箱0空闲就将待发送数据放入FIFO0
        TxMailboxX = CAN_TX_MAILBOX0;
    } else if ((hcan->Instance->TSR & CAN_TSR_TME1) != RESET) {
        TxMailboxX = CAN_TX_MAILBOX1;
    } else if ((hcan->Instance->TSR & CAN_TSR_TME2) != RESET) {
        TxMailboxX = CAN_TX_MAILBOX2;
    }
    // 将数据通过CAN总线发送
    #if DEBUGMODE
        if (HAL_CAN_AddTxMessage(hcan, &TxHeader, TxData, (uint32_t *)TxMailboxX) != HAL_OK) {
            Error_Handler();                            // 如果CAN信息发送失败则进入死循环
        }
    #else
        HAL_CAN_AddTxMessage(hcan, &TxHeader, TxData, (uint32_t *)TxMailboxX);
    #endif
}

另外，CAN通信还具有较高的安全性。例如，它使用了校验和机制来检测数据传输中的错误，并使用了访问控制机制来限制对总线的访问。

在实际应用中，CAN通信还有许多标准，如:

CAN 2.0A: 这是最早的标准，支持11位帧ID和8字节数据。
CAN 2.0B: 与2.0A相比，它增加了29位帧ID和支持高速模式。
CAN FD (Flexible Data-rate) : 这是最新的标准，支持高达64字节的数据帧和更高的通信速率。

同时，由于其在工业、汽车等领域的广泛应用，也有许多标准化组织和协会为其制定了专门的应用标准，如:

J1939: 这是专门为汽车应用设计的标准，它定义了许多特定的应用层协议。
DeviceNet: 这是专门为工业自动化应用设计的标准，它定义了许多特定的应用层协议。

总之，CAN通信是一种高效、可靠、灵活的数据传输方式，适用于各种应用场景，并有许多标准和协议来支持其在不同领域的应用，是一种非常重要的通信技术。