CAN总线通信毕业论文

-基于多路模拟开关的CAN总线通信协议设计摘要以stm32107vc单片机为背景，以多路模拟开关为根底，以利用CAN总线较强的实时性，较远的传输距离，较强的电磁干扰能力，以及极低传送错误率的特点并添加多路模拟开关实时控制的优化功能用于各种生产现场为目的，详细介绍了CAN总线的特点和通信方式，并以此搭建了各节点间的通信。详细介绍了CAN总线节点间通信的软件及协议设计，通过程序控制CAN收发器，配置接收中断以及过滤器，根据报文中的ID过滤不需要的信息，并向其他节点发送信息，通过CPU 的GPIO向模拟开关发送上下电平，来实现模拟开关在不同情况下翻开或关闭通信线路，用来将整个CAN总线上连接的节点分划到各个小局域网中，控制总线上的数据流量，防止不必要的信息传播，减少CAN总线的负担，提高了效率。关键词 stm32107vcCAN总线过滤器多路模拟开关GPIOCAN BUS munication Protocol Design Based On Multi-Channel Analog SwitchAbstractBased on the stm32107vc single-chip microputer as the background,based on the multi-channel analog switch,to take advantage of the characteristics of CAN buss strong real-time, far transmission distance, strong ability of electromagnetic interference,and the very low transmission error rate, and add a optimization function of multi-channel analog switch control in real time, used for various production site for the purpose, introduced the CAN bus characteristics and munication way, and to set up the munication between each node. Introduced the CAN bus node munication between software and protocol design, through program control the CAN transceiver, configuration and receive interrupt filter, according to the message ID of the filter doesnt need to information, and send information to the other node, through the GPIO CPU to send high and low level to the analog switch, to achieve the analog switch on or off line in different circumstances, used to connect on the CAN bus node partition to the small local area network, control the data flow on the bus, avoid unnecessary information dissemination, reduce the burden of the CAN BUS, improved the efficiency.Key Wordsstm32107vc CAN BUS filter multi-channel analog switch GPIO目录引言I*第一章绪论11.1 CAN总线11.1.1 CAN总线的概念11.1.2 CAN总线的应用1多路模拟开关11.2本文的主要工作设计基于多路模拟开关的CAN总线通信协议1第二章 CAN总线系统构造及特点22.1 CAN总线网络构造22.2 CAN总线系统构造22.3 CAN总线的特点4第三章 CAN总线的通信方式63.1 CAN总线上的电平信号63.2 数据交换原理63.3 实时数据传送73.4 消息的帧格式Frame format73.5 STM32的CAN总线接收与发送133.5.1 工作模式133.5.2 工作流程143.6 CAN总线的传输速率与传输距离17第四章多路模拟开关184.1多路模拟开关的用途及构成184.2多路模拟开关的特点184.3 多路模拟开关的工作原理19第五章多路模拟开关控制CAN总线通信设计205.1目的205.2电路设计205.3实验过程215.4软件实现21初始化配置225.4.2 收发实现245.4.3 主函数26结论27致谢语28参考文献29附录:30. z.-引言CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称，属于现场总线Fieldbus的范畴，是众多的属于现场总线标准之一，是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发了的，并最终成为国际标准ISO1188。是国际上应用最广泛的现场总线之一。在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。它适用于工业控制系统，具有通信速率高、可靠性强、连接方便、性能价格比高等诸多特点。它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，以其短报文帧及CSMA/CD-AMP带有信息优先权及冲突检测的载波监听多路的MAC媒介控制方式而倍受工业自动化领域中设备互连的厚爱。近年来，其所具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视，被广泛应用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。由于CAN总线的广泛应用，人们对其要求越来越多，对其的需求也不断变化，基于多路模拟开关的CAN总线通信协议，实现了生产现场局域网中各个节点在不同需求时可以自动选择是否至于相邻的节点通信以提高通信效率，减轻通信压力，使CAN总线变得更加灵活多变，以满足不同的需求。. z.-第一章 绪论1.1 CAN总线 CAN总线的概念CAN是控制器局域网络1(Controller Area Network, CAN)的简称，属于现场总线Fieldbus的范畴，是众多的属于现场总线标准之一，是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发了的，并最终成为国际标准ISO1188。是国际上应用最广泛的现场总线之一。在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。 CAN总线的应用CAN总线适用于工业控制系统，具有通信速率高、可靠性强、连接方便、性能价格比高等诸多特点2。近年来，其所具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视，被广泛应用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。多路模拟开关模拟开关3是一种在数字信号控制下将模拟信号接通或断开的原件或电路,从多个模拟输入信号中切换选择所需输入通道模拟输入信号电路。多路模拟开关一般由开关原件和控制电路两局部组成。可以方便迅速的断开，接通电路，以实现各种功能的优化。1.2本文的主要工作设计基于多路模拟开关的CAN总线通信协议使用两块stm32107vc主板搭建起CAN总线通信网络，将多路模拟开关参加CAN总线通信系统中，使用GPIO控制多路模拟开关的通断控制CAN总线上不同节点的通信通道的断与开，依照各种生产现场的不同情况，灵活的设计和控制各个节点的通信，防止不必要的通信播送到所有节点，以提高通信效率，减轻通信压力，使CAN总线变得更加灵活多变，以满足不同的需求。减少为之后复杂的通信模型做根底。. z.-第二章 CAN总线系统构造及特点2.1 CAN总线网络构造CAN总线已用于生活的各个方面，比方工厂生产线，汽车控制系统等，在汽车控制系统中CAN总线的作用就是将整车中各种不同的控制器连接起来，实现信息的可靠共享，并减少整车线束数量。可以设想一种极端情况，如图2.1所示：组合开关组合灯具电磁阀雨刷电机仪表图2.1 汽车CAN总线网络示意图Fig.2.1 Car CAN bus network diagram对于一般的CAN总线网络4，其网络构造图可以简化为图2所示节点1节点2节点1节点3节点4CAN-busCANHCANLCANHCANLCANHCANLCANHCANL图2.2 CAN总线网络拓扑构造图Fig.2.2CAN bus network topological structure2.2 CAN总线系统构造CAN数据传输系统中每个节点的内部增加了一个CAN控制器，一个CAN收发器；每个节点外部连接了两条CAN数据总线5。在系统中每个节点内部还装有一个数据传递终端。1CAN控制器。CAN控制器作用是接收控制单元中微处理器发出的数据，处理数据并传给CAN收发器。同时CAN控制器也接收收发器收到的数据，处理数据并传给微处理器。2CAN收发器。CAN收发器是一个发送器和接收器的组合，它将CAN控制器提供的数据转化成电信号并通过数据总线发送出去，同时它也接收总线数据，并将数据传到CAN控制器。CAN收发器电路图如图2.3所示图2.3 CAN收发器电路图Fig.2.3 CAN transceiver circuit diagram3数据传送终端。数据传送终端实际是一个电阻器，作用是防止数据传输终了反射回来，产生反射波而使数据遭到破坏。4CAN数据总线。CAN数据总线是用于传输数据的双向数据线，分为CAN高CAN_high和低位CAN_low数据线。数据没有指定接收器，数据通过数据总线发送给各控制单元6。CAN总线构造如图2.4所图2.4 CAN总线构造图Fig.2.4 CAN bus structure2.3CAN总线的特点1多主控制在总线空闲时，所有的单元都可开场发送消息多主控制。最先总线的单元可获得发送权CSMA/CA 方式*1。多个单元同时开场发送时，发送高优先级 ID 消息的单元可获得发送权。2消息的发送在 CAN 协议中，所有的消息都以固定的格式发送。总线空闲时，所有与总线相连的单元都可以开场发送新 消息。两个以上的单元同时开场发送消息时，根据标识符Identifier 以下称为 ID决定优先级。ID 并不 是表示发送的目的地址，而是表示总线的消息的优先级。两个以上的单元同时开场发送消息时，对各消 息 ID 的每个位进展逐个仲裁比拟。仲裁获胜被判定为优先级最高的单元可继续发送消息，仲裁失利的 单元则立刻停顿发送而进展接收工作。3系统的柔软性 与总线相连的单元没有类似于地址的信息。因此在总线上增加单元时，连接在总线上的其它单元的软硬 件及应用层都不需要改变。 4通信速度 根据整个网络的规模，可设定适合的通信速度。 在同一网络中，所有单元必须设定成统一的通信速度。即使有一个单元的通信速度与其它的不一样，此单元也会输出错误信号，阻碍整个网络的通信。不同网络间则可以有不同的通信速度。 5远程数据请求 可通过发送遥控帧请求其他单元发送数据。 6错误检测功能 错误通知功能错误恢复功所有的单元都可以检测错误错误检测功能。 检测出错误的单元会立即同时通知其他所有单元错误通知功能。 正在发送消息的单元一旦检测出错误，会强制完毕当前的发送。强制完毕发送的单元会不断反复地重新发送 此消息直到成功发送为止错误恢复功能。 7 故障封闭 CAN 可以判断出错误的类型是总线上暂时的数据错误如外部噪声等还是持续的数据错误如单元内部 故障、驱动器故障、断线等。由此功能，当总线上发生持续数据错误时，可将引起此故障的单元从总线上隔离出去。 8 连接 CAN 总线是可同时连接多个单元的总线。可连接的单元总数理论上是没有限制的。但实际上可连接的单元 数受总线上的时间延迟及电气负载的限制。降低通信速度，可连接的单元数增加；提高通信速度，则可连接的单元数减少。第三章 CAN总线的通信方式3.1 CAN总线上的电平信号总线空闲时，CAN_H和CAN_L上的电压为2.5V在数据传输时，显性电平逻辑 0：CAN_H 3.5VCAN_L 1.5V隐性电平逻辑 1：CAN_H 2.5VCAN_L 2.5V如图3.1所示为总线电平示意图总线输出的差分电压=-3-1当隐性时，输出差分电压为=2VVcan-LVdiffVdiffVcan-H隐性位隐性位显性位时间tV图3.1 CAN总线电平信号Fig.3.1 CAN bus levelsignal当显性时，输出差分电压为=0V3.2 数据交换原理CAN是一种基于播送的通讯机制，播送通讯依靠报文Message的传送机制来实现，因此CAN并未定义站及站地址，而仅仅定义了报文，这些报文依靠报文确认区Identifier来进展识别，一个消息报文确认区在一个网络中必须是唯一的，它不但描述了*一报文的意义，而且还定义了报文的优先级，当很多站都在总线时，优先级是很重要的，因此，CAN是通过报文确实认区来决定报文的优先级的7。CAN使用地址的方法，使网络系统的配置变得非常灵活，用户很容易可以增加一个新的站到一个已经存在CAN网络里，而不用对已经存在的站进展任何硬件或软件上的修改，但必须此新增的站为完全的接收者，这样它将不会对网络上各节点的通讯产生影响。每个节点的收发器都会接收总线上的数据，但是要检查判断此数据是否是所需要的数据，如果不是将忽略掉。3.3 实时数据传送在实时处理系统中，通过网络交换紧急报文存在很大的不同：一个迅速改变的值，如发动机负载必须频繁的进展传送且要求延迟比其它的值如发动机温度要小。发送的报文都要和其它的不太紧急的报文进展优先级的比拟，在系统设计中，报文的优先级表达在写入报文确认区的二进制值，这些值不能被动态的改变。确认区中的值越小，其报文的优先级越高也就是0比1的优先级高。3.4 消息的帧格式Frame format通信是通过以下5种类型的帧进展的8。数据帧遥控帧错误帧过载帧帧间隔另外，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。各种帧的用途如表1所示，帧帧用途数据帧用于发送单元向接收单元传送数据的帧。遥控帧用于接收单元向具有一样ID的发送单元请求数据的帧错误帧用于当检测出错误时向其它单元通知错误的帧过载帧用于接收单元通知其尚未做好接收准备的帧。帧间隔用于将数据帧及遥控帧与前面的帧别离开来的帧表1 帧的种类及用途3.4.1数据帧 数据帧由7个不同的位场组成：帧起始Start of Frame、仲裁场Arbitration Frame、控制场Control Frame、数据场Data Frame、CRC场CRC Frame、应答场ACK Frame、帧结尾End of Frame。数据场的长度为0到8位。报文的数据帧一般构造如图3.2所示。帧起始仲裁场控制场数据场CRC场ACK场帧完毕数据帧图3.2 数据帧格式Fig.3.2 data frame format下面具体分析数据帧的每一个位场 帧起始 帧起始SOF标志数据帧或远程帧的开场，仅由一个显性位组成。只有在总线空闲时才允许节点开场发送信号。所有节点必须同步于首先开场发送报文的节点的帧起始前沿。 仲裁场 仲裁场由标识符和远程发送请求位RTR位组成。RTR位在数据帧中为显性，在远程帧中为隐性。控制场控制场由6个位组成，标准格式和扩展格式的控制场格式不同。标准格式里的帧包括数据长度代码、IDE位为显性位，见上文及保存位r0。扩展格式里的帧包括数据长度代码和两个保存位：r1和r0。其保存位必须发送为显性，但是接收器认可显性和隐性位的任何组合。 数据长度代码DLC，如表2所示表2 数据长度代码DLC数据字节的数目数据长度代码DLC3DLC2DLC1DLC00dddd1dddr2ddrd3ddrr4drdd5drdr6drrd7drrr8rddd数据长度代码指示了数据场里的字节数量。其中：d显性， r隐性，数据帧允许的数据字节数为0，1,7，8。其他的数值不允许使用。数据场数据场由数据帧里的发送数据组成。它可以为08个字节，每字节包含了8个位，首先发送最高有效位。循环冗余码CRC场CRC场包括CRC序列CRC Sequence，其后是CRC界定符CRC Delimiter。应答场ACK Field应答场长度为2个位，包含应答间隙ACK Slot和应答界定符ACK Delimiter。在ACK场应答场里，发送节点发送两个隐性位。当接收器正确地接收到有效的报文，接收器就会在应答间隙ACK Slot期间向发送器发送一显性位以示应答。帧结尾标准格式以及扩展格式每一个数据帧和远程帧均由一标志序列界定。这个标志序列由7个隐性位组成。3.4.2远程帧作为接收器的节点，可以通过向相应的数据源节点发送远程帧激活该源节点，让该源节点把数据发送给接收器。远程帧也有标准格式和扩展格式，而且都由6个不同的位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、应答场、帧结尾。与数据帧相反，远程帧的RTR位是隐性的。它没有数据场，数据长度代码DLC的数值是不受制约的可以标注为容许范围08里的任何数值，此数值是相应于数据帧的数据长度代码。远程帧构造如图3.3所示。帧起始仲裁场控制场CRC场ACK场帧完毕远程帧图3.3 远程帧构造Fig.3.3 Remote frame structure3.4.3错误帧错误帧由两个不同的场组成，如图3.4所示。第一个场是不同节点提供的错误标志ErrorFlag的叠加，第二个场是错误界定符。为了能正确地终止错误帧，错误认可的节点要求总线至少有长度为3个位时间的总线空闲如果错误认可的接收器有局部错误的话。因此，总线的载荷不应为100%。错误叠加标志错误界定符错误帧图3.4错误帧构造Fig.3.4 Error frame structure错误标志有两种形式的错误标志：激活错误标志和认可错误标志有的文献译为：主动和被动错误标志或活动和认可错误标志。l激活错误标志由6个连续的显性位组成。认可错误标志由6个连续的隐性的位组成，除非被其他节点的显性位重写。检测到错误条件的错误激活的节点通过发送激活错误标志指示错误。错误标的格式破坏了从帧起始到CRC界定符的位填充规则参见编码，或者破坏了ACK场或帧结尾场的固定格式。所有其他的节点由此检测到错误条件，并与此同时开场发送错误标志。所形成的显性位序列就是把各个节点发送的不同的错误标志叠加在一起的结果，这个序列的总长度最小为6个位，最大为12个位。检测到错误条件的错误认可的节点通过发送认可错误标志指示错误，错误认可的节点等待6个一样极性的连续位，当这6个一样的位被检测到时，认可错误标志的发送就完成。错误界定符错误界定符包括8个隐性的位。错误标志传送了以后，每一个节点就发送一个隐性的位，并一直监视总线直到检测出一个隐性的位为止，然后就开场发送其余7个隐性位。3.4.4过载帧过载帧OverloadFrame包括两个位场：过载标志和过载界定符，其构造如图3.5所示。超载标志叠加超载界定符超载帧图3.5 过载帧构造Fig.3.5 Overload frame structure有三种过载的情况会引发过载标志的传送：l接收器的内部情况，需要延迟下一个数据帧和远程帧。l在间歇Intermission的第一和第二字节检测到一个显性位。l如果CAN节点在错误界定符或过载界定符的第8位最后一位采样到一个显性位，节点会发送一个过载帧。该帧不是错误帧，错误计数器不会增加。根据过载情况1而引发的过载帧只允许起始于所期望的间歇的第一个位时间，而根据情况2和情况3引发的过载帧应起始于所检测到显性位之后的位。通常为了延时下一个数据帧或远程帧，两种过载帧均可产生。过载标志OverloadFlag过载标志由6个显性的位组成。过载标志的所有形式和激活错误标志的一样。过载标志的格式破坏了间歇场的固定格式。因此，所有其他的节点都检测到过载条件并与此同时发出过载标志。如果有的节点在间歇的第3个位期间检测到显性位，则这个位将解释为帧的起始。过载界定符OverloadDelimiter过载界定符包括8个隐性的位。过载界定符的形式和错误界定符的形式一样。过载标志被传送后，节点就一直监视总线直到检测到一个从显性位到隐性位的跳变。此时，总线上的每一个节点完成了过载标志的发送，并开场同时发送其余7个隐性位。3.4.5帧间隔数据帧或远程帧与先行帧的隔离是通过帧间隔实现的，无论此先行帧类型如何数据帧、远程帧、错误帧、过载帧。所不同的是，过载帧与错误帧之前没有帧间空间，多个过载帧之间也不是由帧间隔隔离的。帧间隔包括间歇、总线空闲的位场。如果错误认可的节点已作为前一报文的发送器，则其帧间隔除了间歇、总线空闲外，还包括称作挂起传送暂停发送SuspendTransmission的位场。 对于不是错误认可的节点，或作为前一报文的接收器的节点。对于作为前一报文发送器的错误认可的节点。间歇Intermission间歇包括3个隐性的位。间歇期间，所有的节点均不允许传送数据帧或远程帧，唯一要做的是标示一个过载条件。如果CAN节点有一报文等待发送并且节点在间歇的第三位采集到一显性位，则此位被解释为帧的起始位，并从下一位开场发送报文的标识符首位，而不用首先发送帧的起始位或成为一接收器。总线空闲BusIdle总线空闲的时间是任意的。只要总线被认定为空闲，任何等待发送报文的节点就会总线。在发送其他报文期间，有报文被挂起，对于这样的报文，其传送起始于间歇之后的第一个位。总线上检测到的显性的位可被解释为帧的起始。挂起传送SuspendTransmission错误认可的节点发送报文后，节点就在下一报文开场传送之前或总线空闲之前发出8个隐性的位跟随在间歇的后面。如果与此同时另一节点开场发送报文由另一节点引起，则此节点就作为这个报文的接收器。3.5 STM32的CAN总线接收与发送3.5.1 工作模式b*CAN控制器有 3 个主要的工作模式：初始化、正常和睡眠模式9。初始化模式软件通过对 CAN_MCR 存放器的 INRQ 位置 1，来请求 b*CAN 进入初始化模式，然后等待硬件对 CAN_MSR 存放器的 INAK 位置 1 来进展确认。软件通过对 CAN_MCR 存放器的 INRQ 位清 0，来请求 b*CAN 退出初始化模式，当硬件对 CAN_MSR 存放器的 INAK 位清 0 就确认了初始化模式的退出。当 b*CAN 处于初始化模式时，报文的接收和发送都被制止，并且 CANT* 引脚输出隐性位高电平。初始化 CAN 控制器，软件必须设置 CAN_BTR 和 CAN_MCR 存放器。正常模式在初始化完成后，软件应该让硬件进入正常模式，同步 CAN 总线，以便正常接收和发送报文。软件通过对 INRQ 位清 0 来请求从初始化模式进入正常模式，然后要等待硬件对 INAK 位清 0 来确认。在跟 CAN 总线取得同步，即在 CANR* 引脚上监测到 11 个连续的隐性位等效于总线空闲后，b*CAN 才能正常接收和发送报文。过滤器初值的设置不需要在初始化模式下进展，但必须在它处在非激活状态下完成相应的 FACT 位为 0。而过滤器的位宽和模式的设置，则必须在进入正常模式之前，即初始化模式下完成。睡眠模式低功耗软件通过对 CAN_MCR 存放器的 SLEEP 位置 1，来请求进入这一模式。在该模式下，b*CAN 的时钟停顿了，但软件仍然可以存放器。当 b*CAN 处于睡眠模式，软件想通过对 CAN_MCR 存放器的 INRQ 位置 1，来进入初始化式，则软件必须同时对 SLEEP 位清 0 才行。有 2 种方式可以唤醒退出睡眠模式b*CAN：通过软件对 SLEEP 位清 0，或硬件检测 CAN 总线的活动。3.5.2 工作流程1发送消息应用程序选择 1 个空发送；设置标识符、数据长度和待发送数据；然后 CAN_TI*R 寄 存器的 T*RQ 位置 1，来请求发送。T*RQ 位置 1 后，就不再是空；而一旦不再为空，软件对 存放器就不再有写的权限。T*RQ 位置 1 后，马上进入挂号状态，并等待成为最高优先级的，参见发送 优先级。一旦成为最高优先级的，其状态就变为预定发送状态。当 CAN 总线进入空闲状态，预定发送 中的报文就马上被发送进入发送状态。中的报文被成功发送后，它马上变为空，硬件相应地对 CAN_TSR 存放器的 RQCP 和 T*OK 位置 1，来说明一次成功发送10。 如果发送失败，由于仲裁引起的就对 CAN_TSR 存放器的 ALST 位置 1，由于发送错误引起的就对 TERR 位置 1。 发送的优先级可以由标识符或发送请求次序决定： 由标识符决定。当有超过 1 个发送在挂号时，发送顺序由中报文的标识符决定。根据 CAN 协议，标识 符数值最低的报文具有最高的优先级。如果标识符的值相等，则号小的报文先被发送。 由发送请求次序决定。通过对 CAN_MCR 存放器的 T*FP 位置 1，可以把发送配置为发送 FIFO。在该模式 下，发送的优先级由发送请求次序决定。该模式对分段发送很有用。 时间触发通信模式： 在该模式下，CAN 硬件的内部定时器被激活，并且被用于产生时间戳，分别存储在 CAN_RDT*R/CAN_TDT*R 存放器中。内部定时器在接收和发送的帧起始位的采样点位置被采样，并生成时间戳。 2接收消息接收管理 接收到的报文，被存储在 3 级深度的 FIFO 中。FIFO 完全由硬件来管理，从而节省了 CPU 的处理负荷，简化了软件并保证了数据的一致性。应用程序只能通过读取 FIFO 输出，来读取 FIFO 中最先收到的报文。根 据 CAN 协议，当报文被正确接收直到 EOF 域的最后 1 位都没有错误，且通过了标识符过滤，则该报文被 认为是有效报文。 接收相关的中断条件 。* 一旦往 FIFO 存入 1 个报文，硬件就会更新 FMP1:0位，并且如果 CAN_IER 存放器的 FMPIE 位为 1，则就 会产生一个中断请求。 * 当 FIFO 变满时即第 3 个报文被存入，CAN_RF*R 存放器的 FULL 位就被置 1，并且如果 CAN_IER 存放器 的 FFIE 位为 1，则就会产生一个满中断请求。 * 在溢出的情况下，FOVR 位被置 1，并且如果 CAN_IER 存放器的 FOVIE 位为 1，则就会产生一个溢出中断 请求。 标识符过滤 在 CAN 协议里，报文的标识符不代表节点的地址，而是跟报文的内容相关的。因此，发送者以播送的形式将报 文发送给所有的承受者。节点在接收报文时根据标识符的值决定是否需要该报文；如果需要，就拷贝到 SRAM 里；如果不需要，报文就被丢弃且无需软件的干预。 为满足这一需求，b*CAN 为应用程序提供了 14 个位宽可变的、可配置的过滤器组130，以便只接收那些软 件需要的报文。硬件过滤的做法节省了 CPU 开销，否则就必须由软件过滤从而占用一定的 CPU 开销。每个过滤 器组 * 由 2 个 32 位存放器 CAN_F*R0 和 CAN_F*R1 组成。过滤器的模式的设置： 通过设置 CAN_FM0R 的 FBM* 位，可以配置过滤器组为标识符列表模式或屏蔽位模式。 为了过滤出一组标识符，应该设置过滤器组工作在屏蔽位模式。 为了过滤出一个标识符，应该设置过滤器组工作在标识符列表模式。 应用程序不用的过滤器组，应该保持在禁用状态。 过滤器优先级规则： 位宽为 32 位的过滤器，优先级高于位宽为 16 位的过滤器； 对于位宽一样的过滤器，标识符列表模式的优先级高于屏蔽位模式； 位宽和模式都一样的过滤器，优先级由过滤器号决定，过滤器号小的优先级高。接收FIFO 在接收到一个报文后，软件就可以接收 FIFO 的输出来读取它。一旦软件处理了报文如把它读出来， 软件就应该对 CAN_RF*R 存放器的 RFOM 位进展置 1，来释放该报文，以便为后面收到的报文留出存储空间。中断 b*CAN 占用 4 个专用的中断向量。通过设置 CAN 中断允许存放器 CAN_IER ，每个中断源都可以单独允许和禁用。 * 发送中断可由以下事件产生： 发送 0 变为空，CAN_TSR 存放器的 RQCP0 位被置 1。 发送 1 变为空，CAN_TSR 存放器的 RQCP1 位被置 1。 发送 2 变为空，CAN_TSR 存放器的 RQCP2 位被置 1。* FIFO0 中断可由以下事件产生： FIFO0 接收到一个新报文，CAN_RF0R 存放器的 FMP0 位不再是00。 FIFO0 变为满的情况，CAN_RF0R 存放器的 FULL0 位被置 1。 FIFO0 发生溢出的情况，CAN_RF0R 存放器的 FOVR0 位被置 1。* FIFO1 中断可由以下事件产生： FIFO1 接收到一个新报文，CAN_RF1R 存放器的 FMP1 位不再是00。 FIFO1 变为满的情况，CAN_RF1R 存放器的 FULL1 位被置 1。 FIFO1 发生溢出的情况，CAN_RF1R 存放器的 FOVR1 位被置 1。* 错误和状态变化中断可由以下事件产生： 出错情况，关于出错情况的详细信息请参考 CAN 错误状态存放器(CAN_ESR) 。 唤醒情况，在 CAN 接收引脚上监视到帧起始位(SOF)。 CAN 进入睡眠模式。 3.6 CAN总线的传输速率与传输距离 CAN总线上任意两个节点之间的最大传输距离与其位速率相关。如表3所示表3 传输速率与最大传输距离的关系位速率/kbps10005002501251005020105最大距离/m4013027053062013003300670010000第四章 多路模拟开关4.1多路模拟开关的用途及构成1用途多路模拟开关是一种在数字信号控制下将多路模拟信号接通或断开的元件或电路。2构成多路模拟开关一般由开关原件和控制驱动电路两局部组成。如图4.1所示控制电路开关元件图4.1 模拟开关构造图Fig.4.1 Analog switch structure4.2多路模拟开关的特点 在该设计中使用的是TI的TS3A24159 DGS双路模拟开关，一下模拟开关均为TS3A24159 DGS双路模拟开关11。* 能指定闭合开关* 接通状态下低电阻0.3* 低电荷注入* 优秀的接通电阻匹配* 低总谐波失真* 1.65 v至3.6 v单电源工作* 封闭性能超过100毫安* 极低的通断时间(on/off 20ns/12ns)4.3 多路模拟开关的工作原理TS3A24159 DFGS双路模拟开关引脚，及内部构造如图4.2所示图4.2 模拟开关的引脚及内部构造Fig.4.2 pins and the internal structure analog switch由图4.2 可知，为开关的公共端，NO，NC为选择端，IN为输入控制端，当IN引脚输入高或低电平时引脚相应的接通NO或NC引脚。其功能如表4 所示表4 多路模拟开关TS3A24159 DGS功能表INNC to NO TO 低ONOFF高OFFON从表4 可知当IN引脚是低电平是NC和是联通的，NO和是断开的，当IN为高电平时，则反之。用万用表测得模拟开关断开时电阻非常大，闭合时电阻为0.6 ，可见效果很好。第五章 多路模拟开关控制CAN总线通信设计5.1目的由于CAN总线被广泛用于各种生产现场，而各种生产现场对通信的要求各不一样，假设只是用原始的CAN总线来实现各个生产现场的通信，可能会引起各种不便，如果在CAN总线通信协议的根底上添加上多路模拟开关模块，就可以利用多路模拟开关的灵活以及方便性，依照各种生产现场的不同情况，灵活的设计和控制各个节点的通信，防止不必要的通信播送到所有节点，以提高通信效率，减轻通信压力，使CAN总线变得更加灵活多变，以满足不同的需求。5.2电路设计在本次设计中用两块ARM主板来模拟CAN总线的通信网络，通过GPIO来控制模拟开关的通断12，其网络架构如图5.1所示CAN1CAN2CAN1ARM01 S1ARM02 S2CAN21Mbps12NC1NC212NC1NC21Mbps图5.1 实验模型Fig.5.1 e*perimental model由图5.1 可以看出当开关s1或s2断开时，各个主板上的CAN1和CAN2间是不能通信的，但是相邻板间是可以通信的，如果CAN总线上有很多节点的话，就能通过控制模拟开关的通断，来将节点划分到不同的小的局域网中，则局域网内通信速度会大为提升，也防止了不需要的信息在CAN总线上播送，减轻了CAN总线的通信负担。5.3实验过程1整个实验过程由主板1发送，主板2接收，通过LED等显示两主板发送和接收消息的次数，实验结果如表5所示表5 实验数据实验条件接收次数次数数两主板CAN_H，CAN_L直接连接CAN_H接模拟开关，CAN_L直接连接CAN_L接模拟开关，CAN_H直接连接CAN_H与CAN_L都接模拟开关CAN_H与CAN_L分别接不同模拟开关12724311821213921281832418212523426202623205212127222563172316277181925152082410192522由表5可得，当CAN的CAN_H和CAN_L不管是直接连接，还是其中一条接到模拟开关上，或者分别接到不同的模拟开关上都可以进展通信，不过通信的次数可能由于硬件条件的限制只能接收20次左右，也有少数通信次数少于10次，不过仍然可以满足实验通信调试的要求。2修改接收主板的程序，累计收到五次消息后，通过GPIO PD2控制通信线路断开，然后启动延时，3s后再通过GPIO PD2将通信线路接通，可以观察得到，当接收主板收到消息并闪烁LED灯5次后，便不再闪烁，大约3s之后，接收主板接收消息的LED灯又开场闪烁，证明多路模拟开关有效的控制了CAN总线通信线路的通信。5.4软件实现5.4.1初始化配置1中断配置程序中接收消息时需要进入中断，所以需要对中断进展相应的配置14。void NVIC_Configuration(void) NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; /定义中断初始化构造体 /* Enable CAN1 R*0 interrupt IRQ channel */ NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = CAN1_R*0_IRQn; /指定要使用的中断 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;/指定中断的优先级 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;/使能这个中断 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);/初始化该中断 / Enable CAN2 R*0 interrupt IRQ channel NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = CAN2_R*0_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);2GPIO配置因为需要用到CAN收发器的接收，发送端以及LED灯，所以需对其进展GPIO配置void GPIO_Configuration(void) GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;/定义GPIO初始化构造体 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_GPIOD | RCC_APB2Periph_GPIOF | RCC_APB2Periph_AFIO ,ENABLE);/ 使能相关的GPIO*和AFIO时钟 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1, ENABLE);/使能CAN1的时钟 GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap2_CAN1,ENABLE); /使用重定义地址2模式重映射CAN1 /* Configure CAN1 pin: R* 配置CAN1 接收消息的引脚*/ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;/CAN1接收消息引脚设定为PD0 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;/最高输出速率50MHz GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;/配置该引脚为输入上拉模式 GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure); /初始化GPIO /* Configure CAN 1 pin: T* 配置CAN1发送消息的引脚 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;/引脚设定为PD1 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;/配置该引脚为复用功能的推免输出模式 GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure); RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN2, ENABLE); GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_CAN2,ENABLE); /Configure CAN2 pin: R*PB5 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); / Configure CAN3 pin: T* PB6 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);/* LED1 - PD2,LED2 - PF3 */ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3 ; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;/推免输出 GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);3CAN配置在CAN配置中，不但要对所用的CAN进展初始化配置，还需配置过滤器void CAN_Configuration(void) CAN_InitTypeDef CAN_InitStructure;/定义can初始化构造体 CAN_FilterInitTypeDef CAN_FilterInitStructure;/定义can过滤器构造体/* CAN register init */ CAN_DeInit(CAN1);/can1存放器初始化 CAN_DeInit(CAN2); CAN_StructInit(&CAN_InitStructure); /* CAN cell init */ CAN_InitStructure.CAN_TTCM = DISABLE; /* 时间触发制止, 时间触发：CAN硬件的内部定时器被激活，并且被用于产生时间戳 */ CAN_InitStructure.CAN_ABOM = DISABLE; /* 自动离线制止，自动离线：一旦硬件监控到128次11个隐性位，就自动退出离线状态。在这里要软件设定后才能退出 */ CAN_InitStructure.CAN_AWUM = DISABLE; /* 自动唤醒制止，有报文来的时候自动退出休眠*/ CAN_InitStructure.CAN_NART = ENABLE;/* 制止报文重传, 如果错误一直传到成功止，否则只传一次 */ CAN_InitStructure.CAN_RFLM = DISABLE; /* 接收FIFO锁定, 1-锁定后接收到新的报文摘不要，0-接收到新的报文覆盖前一报文*/ CAN_InitStructure.CAN_T*FP = ENABLE; /* 发送优先级 0-由标识符决定 1-由发送请求顺序决定*/ CAN_InitStructure.CAN_Mode = CAN_Mode_Normal; /* 模式*/ CAN_InitStructure.CAN_SJW = CAN_SJW_1tq; /* 重新同步跳宽，只有can硬件处于初始化模式时才能这个存放器 */ CAN_InitStructure.CAN_BS1 = CAN_BS1_4tq; /* 时间段1 */ CAN_InitStructure.CAN_BS2 = CAN_BS2_3tq; /* 时间段2 */ CAN_InitStructure.CAN_Prescaler = 45; /* 波特率预分频数 */ CAN_Init(CAN1,&CAN_InitStructure)；CAN_Init(CAN2,&CAN_InitStructure);/* 常使用的中断有 */ /* 1,有信息中断，即fifo挂号中断 */ /* 2,fifo满中断*/ /* 3,fifo满之后又有信息来则中断，即fifo溢出中断*/ CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterNumber=0; /* 过滤器0 */ CAN_F