CAN，全称为“Controller Area Network控制器局域网是世界上应用最广泛的现场总线之一。

CAN 最初出现在 80 在年代末的汽车工业中，德国 Bosch 该公司首先提出了这一点。当时，由于消费者的汽车技能

对能源的要求越来越高，这些功能的实现大多是基于电子操作，这使得电子设备之间的通信越来越复杂，

这意味着需要更多的连接信号线。 CAN 总线的最初动机是解决现代汽车巨大的电子控制装置

之间的通信减少了不断增加的信号线。因此，他们设计了一个单一的网络总线，所有外围设备都可以使用

挂在总线上。1993 年，CAN 已成为国际标准 ISO和 ISO11519(低速应用)。

CAN 是一种多主串行通信总线，基本设计规范要求位速率高，抗电磁干扰性高，可检测

检测出任何错误。当信号传输距离达到时 10Km 时，CAN 仍可提供高达 50Kbit/s 数据传输速率。

由于 CAN 因此，总线实时性能高，CAN 在汽车工业、航空工业、工业控制、安全防护等领域

域内得到了广泛的应用。

CAN 通信协议主要描述设备之间的信息传输方式。CAN 层的定义与开放系统的互连模型（OSI）一致。每

一层与另一个设备上相同的通信层。实际通信发生在每个设备上相邻的两层，而设备只通过模型物理

层的物理介质相互连接。CAN 该规范定义了模型的底层：数据链路层和物理层。下表显示 OSI 开放

各层互连模型。应用层协议可以由 CAN 用户将其定义为任何适合特殊工业领域的解决方案。工业控制和制造

广泛应用于工业领域的标准是 DeviceNet，这是为 PLC 智能传感器设计。在汽车行业，许多制造商

他们都应用自己的标准。

​ CAN总线是一种分布式的控制总线。

​ CAN总线作为一种控制器局域网，和普通以太网一样，它的网络很多CAN节点构成。

其网络拓扑结构如下图所示：

​ CAN网络的每个节点非常简单，均由一个MCU（微控制器）、一个CAN控制器和一个CAN收发器构成，然后使用双绞线连接到CAN网络中。

​ CAN总线遵循国际标准ISO11898，如ISO11898-1,ISO11898-2,ISO11898-3,ISO11898-4标准。

标准 CAN 的标志符长度是 11 位，而扩展格式 CAN 的标志符长度可达 29 位。

CAN 协议的 2.0A 版本 规定 CAN 控制器必须有一个 11 位的标志符。

同时，在 2.0B 版本中规定，CAN 控制器的标志符长度可以是 11 位或 29 位。

遵循 CAN2.0B 协议的 CAN 控制器可以发送和接收 11 位标识符的标准格式报文或 29 位标识符的扩展格式报文。

CAN报文类型又分如5种帧类型：

数据帧：主要用于发送方向接收方传输数据的帧；

遥控帧：主要用于接收方向具有相同ID的发送方请求数据的帧；

错误帧：主要用于当检测出错误时向其他节点通知错误的帧。

过载帧：主要用于接收方通知其他尚未做好接收准备的帧。

间隔帧：主要用于将数据帧及遥控帧与前一帧分隔开来的帧。

其中数据帧是使用最多的帧类型，这里重点介绍以下数据帧。

数据帧如下图所示：

由上图所示，数据帧包括：

（1）帧起始。表示数据帧开始的段。

（2）仲裁段。表示该帧优先级的段。

（3）控制段。表示数据的字节数及保留位的段。

（4）数据段。数据的内容，一帧可发送0~8个字节的数据。

（5）CRC段。检查帧的传输错误的段。

（6）ACK段。表示确认正常接收的段。

（7）帧结束。表示数据帧结束的段。

具体介绍可以查看”CAN2.0A”、”CAN2.0B”详细介绍。

我们主要关注我们编程所需要关注的几个段：

ID: CAN报文ID；

IDE: 为0是标准帧，为1是扩展帧；

RTR: 为0是数据帧，为1是远程帧；

DLC: CAN报文数据长度，范围0~8字节；

Data：数据，0~8个字节；

当前我们所学习的是应用编程，为了以后CAN编程框架的通用性和可移植性，我们创建一个抽象的CAN应用编程框架，此框架可以适用于单片机应用编程，也可以适用于linux应用编程。

因此，根据CAN总线编程的通用属性，我们抽象出如下属性：

根据上面表格所描述的属性，创建CAN应用编程框架如下：

typedef struct _CAN_COMM_STRUCT
{ 
        
    /* CAN硬件名称 */
    char name[10];
    /* CAN端口号，裸机里为端口号;linux应用里作为socket套接口 */
    int  can_port;                                
    /* CAN控制器配置函数，返回端口号赋值给can_port */
    int  (*can_set_controller)( void );                  
    /* CAN接口中断创建，在linux中对应创建接收线程 */
    void (*can_set_interrput)( int can_port , pCanInterrupt callback );             
    /* CAN读取报文接口 */
    void (*can_read)( int can_port , CanRxMsg* recv_msg);   
    /* CAN发送报文接口*/
    void (*can_write)( int can_port , CanTxMsg send_msg);   
}CAN_COMM_STRUCT, *pCAN_COMM_STRUCT;

此框架可以用类比套用在单片机上，也可以使用在linux socketcan应用编程上。

本节主要使用14.2中的应用编程框架，在单片机上试验框架的可行性，以一个基本的接收和发送的案例来做讲解；

下面我们按照CAN通信的编程框架来一步一步实现基于STM32的CAN应用编程。

STM32 CAN应用编程，步骤如下：

请参见第14章节代码“01_stm32f407_can”例程；

所使用的开发环境为：MDK 5.24.

打开MDK工程后，如下图所示：

上图中目录CMSIS, STM32F407_LIB，main均为STM32运行的基础框架。

目录app_can为CAN应用编程所需要的文件。

（1）定义CAN端口号

见第14章节代码“01_stm32f407_can_addline”中“can_controller.h”文件。

主要根据STM32硬件的CAN有多路，依次定义为CAN_PORTCAN1, CAN_PORT_CAN2等，从“14.3.1 STM32 CAN接口电路”可知道，当前使用的CAN1.

25 /* CAN端口号定义*/
26 enum
27 { 
        
28     CAN_PORT_NONE = 0,
29     CAN_PORT_CAN1,
30     CAN_PORT_CAN2,
31     CAN_PORT_MAX
32 };

（2）配置CAN控制器

配置CAN控制器有3个部分：GPIO(CAN_TX,CAN_RX管脚）配置，CAN波特率配置，CAN过滤器配置。

见第14章节代码“01_stm32f407_can_addline”中“can_controller.c”文件int CAN_Set_Controller( void )函数。

A.GPIO(CAN_TX,CAN_RX管脚）配置

配置GPIO代码如下：

96     /*************************************************************/
97     /*CAN相关GPIO配置，此处为：CAN_TX, CAN_RX*/
98
99     /*使能GPIO时钟*/
100     RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOD, ENABLE);
101     /*初始化管脚配置*/
102     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin     = GPIO_Pin_0 ;
103     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode    = GPIO_Mode_AF;
104     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed   = GPIO_Speed_50MHz;
105     GPIO_InitStructure.GPIO_OType   = GPIO_OType_PP;
106     GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd    = GPIO_PuPd_UP;
107     GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);
108
109     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin     = GPIO_Pin_1;
110     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode    = GPIO_Mode_AF;
111     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed   = GPIO_Speed_50MHz;
112     GPIO_InitStructure.GPIO_OType   = GPIO_OType_PP;
113     GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd    = GPIO_PuPd_UP;
114     GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);
115     /*将GPIO设置为CAN复用模式*/
116     GPIO_PinAFConfig(GPIOD, GPIO_PinSource0, GPIO_AF_CAN1);
117     GPIO_PinAFConfig(GPIOD, GPIO_PinSource1, GPIO_AF_CAN1);

B.配置波特率，工作模式

按照如下代码，使能CAN外设，设置CAN工作模式为Normal，设置波特率为500kbps。

119     /*************************************************************/
120     /*CAN控制器相关配置，此处为波特率，采样率等*/
121
122     /* 使能CAN时钟 */
123     RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1, ENABLE);
124
125     /* 初始化CAN控制器工作模式*/
126     CAN_DeInit(CAN1);
127     CAN_StructInit(&CAN_InitStructure);
128     CAN_InitStructure.CAN_TTCM = DISABLE;
129     CAN_InitStructure.CAN_ABOM = DISABLE;
130     CAN_InitStructure.CAN_AWUM = DISABLE;
131     CAN_InitStructure.CAN_NART = DISABLE;
132     CAN_InitStructure.CAN_RFLM = DISABLE;
133     CAN_InitStructure.CAN_TXFP = DISABLE;
134     CAN_InitStructure.CAN_Mode = CAN_Mode_Normal;//CAN工作模式
135
136     /* 初始化CAN波特率 */
137     CAN_Baud_Process(500,&CAN_InitStructure);
138     CAN_Init(CAN1, &CAN_InitStructure);

其中配置波特率的函数是一个自定义函数，这里可以不了解，只需要知道是配置波特率即可，如果需要使用本章代码，可以查看具体的源码工程。

C. 配置CAN过滤器

如下代码为配置过滤器：

根据14.3.2.2 已经将具体的CAN硬件操作已经实现，并且已经抽象实例化了CAN编程框架。

但是我们现在还没关联到应用层，应用层并不知道调用哪个接口。

（1）CAN应用层注册实例

在应用层编写一个通用的实例化注册函数。

见第14章节代码“01_stm32f407_can_addline”中“app_can.c”文件int register_can_controller(const pCAN_COMM_STRUCT p_can_controller)函数。

代码实现如下：

62 /********************************************************************** 63 * 函数名称： int register_can_controller(const pCAN_COMM_STRUCT p_can_controller) 64 * 功能描述： 应用层进行CAN1结构体注册 65 * 输入参数： p_can_controller，CAN控制器抽象结构体 66 * 输出参数： 无 67 * 返 回 值： 无 68 * 修改日期 版本号 修改人 修改内容 69 * ----------------------------------------------- 70 * 2020/05/13 V1.0 bert 创建 71 ***********************************************************************/
72 int register_can_controller(const pCAN_COMM_STRUCT p_can_controller)
73 { 
        
74     /* 判断传入的p_can_controller为非空，目的是确认这个结构体是实体*/
75     if( p_can_controller != NULL )
76     { 
        
77         /* 将传入的参数p_can_controller赋值给应用层结构体gCAN_COMM_STRUCT */
78
79         /*端口号，类比socketcan套接口*/
80         gCAN_COMM_STRUCT.can_port              = p_can_controller->can_port;
81         /*CAN控制器配置函数*/
82         gCAN_COMM_STRUCT.can_set_controller    = p_can_controller->can_set_controller;
83         /*CAN中断配置*/
84         gCAN_COMM_STRUCT.can_set_interrput     = p_can_controller->can_set_interrput;
85         /*CAN报文读函数*/
86         gCAN_COMM_STRUCT.can_read              = p_can_controller->can_read;
87         /*CAN报文发送函数*/
88         gCAN_COMM_STRUCT.can_write             = p_can_controller->can_write;
89         return 1;
90     }
91      return 0;
92 }

然后通过调用register_can_controller( &can1_controller );将实例can1_controller注册给应用的4 static CAN_COMM_STRUCT gCAN_COMM_STRUCT;

之后应用层只需要调用应用层自己的gCAN_COMM_STRUCT实例即可操作CAN通信功能。

315 /********************************************************************** 316 * 函数名称： void CAN1_contoller_add(void) 317 * 功能描述： CAN结构体注册接口，应用层在使用can1_controller前调用 318 * 输入参数： 无 319 * 输出参数： 无 320 * 返 回 值： 无 321 * 修改日期 版本号 修改人 修改内容 322 * ----------------------------------------------- 323 * 2020/05/13 V1.0 bert 创建 324 ***********************************************************************/
325 void CAN1_contoller_add(void)
326 { 
        
327     /*将can1_controller传递给应用层*/
328     register_can_controller( &can1_controller );
329 }

（2）CAN应用层初始化

CAN应用层初始化代码如下；