如何设计及实现STM32的CAN总线

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上传日期: 2020-01-15

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标签:STM32(3426)CAN(805)传感器(16305)

  CAN(Controller Area Network)即控制器局域网,属于工业现场总线的范畴,通常称为CAN-bus,即CAN总线,它是目前国际上应用最广泛的开放式现场总线之一,与一般的通信总线相比,CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性,它在汽车领域上的应用最为广泛,世界上一些著名的汽车制造厂商,如BENZ(奔驰)、BWM(宝马)、Volkswagen(大众)等都采用了CAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。目前,CAN总线的应用范围已不仅局限于汽车行业,它已经在自动控制、航空航天、航海、过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域中得到了广泛的应用。

  CAN 作为一种国际化的串行通信协议,于 1993 年通过了 ISO 国际标准认证。就通信功能上的特点而言,CAN 总线的可靠性和灵活性上的突出优势使其逐渐成为市场上公认的最具前途的现场总线之一,尤其在发展潜力和应用空间上更是表现出不俗的前景。在社会生产实践中,像医疗器械等一些大型仪器设备的系统是比较复杂的,对实时信息的输入输出、控制处理等方面操作要求较高。因此,为使复杂的设备稳定可靠的工作,生产中就会更加关注各个通信模块间的数据交换是否满足了实时性,是否可以用广播的方式进行通信,保证可靠性抗干扰的情况下尽量减少通信电缆,运用更加经济的硬件接口实现故障的自动识别和自动恢复等方面。然而直至 CAN 总线技术出现了,才提供了一个满足这些需求的好方法。

  CAN总线的基本工作原理:CAN 总线通信协议主要是规定通信节点之间是如何传递信息的,通过一个怎样的规则传递消息。在当前的汽车产业中,出于对安全性、舒适性、低成本的要求,各种各样的电子控制系统运用到了这一项技术来使自己的产品更具竞争力。生产实践中CAN 总线传输速度可达 1Mbit/s,发动机控制单元模块、传感器和防刹车模块挂接在CAN 网络的高低两个电平总线上。控制器局域网(CAN)采取的是分布式实时控制,能够满足比较高安全等级的分布式控制需求。CAN 总线技术的这种高低端兼容性使得其既可以使用在高速的网络中,又可以在低价的多路接线情况下应用。与典型的 OSI七层协议的层结构模型对应,CAN 总线各个层结构之间,每个设备上相邻的两层之间发生 CAN 总线的通信,不同设备之间的通信也是就同层而言的。而设备之间的连接介质是模型物理层的物理介质。CAN 总线的层结构简要分成:CAN 对象层、CAN 传输层、物理层。

  物理层在协议中给出的是实际信号的传输方法,物理层根据电气属性等因素规定了不同通信单元之间位信息的实际传输方式。物理层的选择相对是比较自由的。当然,要求处在同一网络内的所有的通信节点物理层一定要是相同的的。传输层因为其所实现功能可以看做是 CAN 协议的核心层结构,传输层的任务顾名思义,主要起到报文传送的功能,给对象层提供接收到的信息,以及接收来自对象层的信息。为了能够准确有效地传递消息,传输层要有标准的传送规则,包括控制帧结构,仲裁和应答、如何检测错误和界定故障等。由此可知,CAN 总线上新报文的接收和发送都在传输层中确定。因此,相对于物理层而言传输层的修改是受到限制的。对象层的功能是报文滤波以及处理状态和报文,除了查找要发送的报文,确定传输层接收正确报文外,还为应用层的硬件提供接口。对应 ISO/OSI 模型的数据链路层功能,CAN 总线协议的对象层和传输层共同实现这种功能。

  基于 STM32 的 CAN 总线通信中的软件代码是用C语言编写的,选取了 KeilμVision5 环境实现编译调试。KeilμVision5 是 Keil Software公司为ARM及其兼容产品提供专门开发工具,它支持在线系统调试。KeilμVision4 的突出优势在于它的窗口管理系统,合理的分配屏幕空间可以使用户界面更加整洁,也会提高开发效率。Real View MDK 开发工具是 ARM 公司为了支持最新的 ARM 芯片推出的,选择这个开发工具设计软件最大性能上地匹配了 ARM 芯片的特点。

  作为 CAN 网络中的节点,微控制器最重要的功能就是与系统中的其他节点进行通信。微控制单元 STM32 是系统进行 CAN 通信的核心元件,因此在主程序中,首先要对STM32进行初始化。涉及到 CAN 总线的初始化,其过程主要有设置模式寄存器,设置波特率,设置中断方式等等。

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