STM32 CAN控制器硬件资源与用法

1、硬件结构图

以STM32F4为例，他有2个can控制器，分别为 CAN1 CAN2。

每个CAN控制器，都有3个发送邮箱、2个接收fifo，每个接收fifo又由3个接收邮箱组成。也即每个CAN控制器都有9个邮箱，其中3个供发送用，3个供接收fifo0用，3个供接收fifo1用。

STM32F4有2个CAN，也即有18个邮箱。

注意：

下图来自数据手册，可以清楚的看到单片机内部的2个CAN控制器的硬件结构。

这个结构图对于编写收发驱动程序至关重要。

2、发送数据

我们由stm32提供的库函数来看一下发送过程，我加了几条中文注释，发送；流程应该很清楚了

uint8_t CAN_Transmit(CAN_TypeDef* CANx, CanTxMsg* TxMessage)
{
  uint8_t transmit_mailbox = 0;
  /* Check the parameters */
  assert_param(IS_CAN_ALL_PERIPH(CANx));
  assert_param(IS_CAN_IDTYPE(TxMessage->IDE));
  assert_param(IS_CAN_RTR(TxMessage->RTR));
  assert_param(IS_CAN_DLC(TxMessage->DLC));

  /* Select one empty transmit mailbox */
  if ((CANx->TSR&CAN_TSR_TME0) == CAN_TSR_TME0)
  {//如果发送邮箱[0]空闲，则记下该邮箱的编号0，退出if
    transmit_mailbox = 0;
  }
  else if ((CANx->TSR&CAN_TSR_TME1) == CAN_TSR_TME1)
  {//如果发送邮箱[1]空闲，则记下该邮箱的编号1，退出if
    transmit_mailbox = 1;
  }
  else if ((CANx->TSR&CAN_TSR_TME2) == CAN_TSR_TME2)
  {//如果发送邮箱[2]空闲，则记下该邮箱的编号2，退出if
    transmit_mailbox = 2;
  }
  else
  {//如果发送邮箱全不空闲，则标记为全不可用
    transmit_mailbox = CAN_TxStatus_NoMailBox;
  }

  if (transmit_mailbox != CAN_TxStatus_NoMailBox)//至少有一个发送邮箱空闲
  {
    /* Set up the Id */
    CANx->sTxMailBox[transmit_mailbox].TIR &= TMIDxR_TXRQ;
    if (TxMessage->IDE == CAN_Id_Standard)//记录CAN地址（std标准地址、或ext扩展地址）
    {
      assert_param(IS_CAN_STDID(TxMessage->StdId));  
      CANx->sTxMailBox[transmit_mailbox].TIR |= ((TxMessage->StdId << 21) | \
                                                  TxMessage->RTR);
    }
    else
    {
      assert_param(IS_CAN_EXTID(TxMessage->ExtId));
      CANx->sTxMailBox[transmit_mailbox].TIR |= ((TxMessage->ExtId << 3) | \
                                                  TxMessage->IDE | \
                                                  TxMessage->RTR);
    }
    
    /* Set up the DLC */
    TxMessage->DLC &= (uint8_t)0x0000000F;
    CANx->sTxMailBox[transmit_mailbox].TDTR &= (uint32_t)0xFFFFFFF0;
    CANx->sTxMailBox[transmit_mailbox].TDTR |= TxMessage->DLC;//记录要发送的字节数

    /* Set up the data field */ //填充要发送的字节内容
    CANx->sTxMailBox[transmit_mailbox].TDLR = (((uint32_t)TxMessage->Data[3] << 24) | 
                                             ((uint32_t)TxMessage->Data[2] << 16) |
                                             ((uint32_t)TxMessage->Data[1] << 8) | 
                                             ((uint32_t)TxMessage->Data[0]));
    CANx->sTxMailBox[transmit_mailbox].TDHR = (((uint32_t)TxMessage->Data[7] << 24) | 
                                             ((uint32_t)TxMessage->Data[6] << 16) |
                                             ((uint32_t)TxMessage->Data[5] << 8) |
                                             ((uint32_t)TxMessage->Data[4]));
    /* Request transmission */ //启动发送
    CANx->sTxMailBox[transmit_mailbox].TIR |= TMIDxR_TXRQ;
  }
  return transmit_mailbox;
}

根据数据手册目录可见，3个发送邮箱均有4个相关寄存器：

分别是TIxR、TDTxR、TDLxR、TDHxR，其中x为0、1、2，分别对应3个邮箱，例如TDT0R代表邮箱[0]的TDTxR寄存器。

在硬件上，每个邮箱的这4个寄存器是按顺序的，也即依次为：TI0R、TDT0R、TDL0R、TDH0R、TI1R、TDT1R、TDL1R、TDH1R、TI2R、TDT2R、TDL2R、TDH2R。

如果我们把以上12个寄存器地址都宏定义为以上名称，当然没问题，但是使用起来不是很方便，尤其不方便使用循环。在ST库函数中，是这样定义的：

他把每个邮箱的4个寄存器，都作为结构体的一个成员，这样3个邮箱就可以用结构体数组来描述了 ，而且与硬件顺序一致，如下所示：

这样CAN1的TI0R寄存器，就可以用CAN1->sTxMailBox[0].TIR来引用了。

3、接收数据

以CAN1为例，CAN1在初始化时，就要先给CAN1的两个FIFO绑定过滤器，当CAN总线收到消息后，会先由过滤器进行筛选，筛选通过的报文，会进入FIFO的3个邮箱中空闲的一个中，进行保存，供CPU来调取。如果3个邮箱都

下面 根据ST的官方库函数，看一下接收过程：

第一步，先查询某FIFO中消息的数量（显然，最多有3条，也即该FIFO的3个邮箱都有数据时）

uint8_t CAN_MessagePending(CAN_TypeDef* CANx, uint8_t FIFONumber)
{
  uint8_t message_pending=0;
  /* Check the parameters */
  assert_param(IS_CAN_ALL_PERIPH(CANx));
  assert_param(IS_CAN_FIFO(FIFONumber));
  if (FIFONumber == CAN_FIFO0)//查询FIFO0的3个邮箱中中，有几个有数据
  {   //0x03就是寄存器RFxR低2 bits(FMPx)的掩码，见下图RFxR寄存器描述
    message_pending = (uint8_t)(CANx->RF0R&(uint32_t)0x03);
  }
  else if (FIFONumber == CAN_FIFO1)//查询FIFO1的3个邮箱中中，有几个有数据
  {
    message_pending = (uint8_t)(CANx->RF1R&(uint32_t)0x03);
  }
  else
  {
    message_pending = 0;
  }
  return message_pending;//返回消息的数量
}

void CAN_Receive(CAN_TypeDef* CANx, uint8_t FIFONumber, CanRxMsg* RxMessage)
{
  /* Check the parameters */
  assert_param(IS_CAN_ALL_PERIPH(CANx));
  assert_param(IS_CAN_FIFO(FIFONumber));
  /* Get the Id */
  RxMessage->IDE = (uint8_t)0x04 & CANx->sFIFOMailBox[FIFONumber].RIR;//提取消息的ID类型
  if (RxMessage->IDE == CAN_Id_Standard)//如果消息类型是std标准帧
  {
    RxMessage->StdId = (uint32_t)0x000007FF & (CANx->sFIFOMailBox[FIFONumber].RIR >> 21);
  }
  else//如果消息类型是ext扩展帧
  {
    RxMessage->ExtId = (uint32_t)0x1FFFFFFF & (CANx->sFIFOMailBox[FIFONumber].RIR >> 3);
  }
  //提取RTR比特，是1远程帧还是0数据帧
  RxMessage->RTR = (uint8_t)0x02 & CANx->sFIFOMailBox[FIFONumber].RIR;
  /* Get the DLC *///提取字节数
  RxMessage->DLC = (uint8_t)0x0F & CANx->sFIFOMailBox[FIFONumber].RDTR;
  /* Get the FMI */
  RxMessage->FMI = (uint8_t)0xFF & (CANx->sFIFOMailBox[FIFONumber].RDTR >> 8);
  /* Get the data field */
  RxMessage->Data[0] = (uint8_t)0xFF & CANx->sFIFOMailBox[FIFONumber].RDLR;
  RxMessage->Data[1] = (uint8_t)0xFF & (CANx->sFIFOMailBox[FIFONumber].RDLR >> 8);
  RxMessage->Data[2] = (uint8_t)0xFF & (CANx->sFIFOMailBox[FIFONumber].RDLR >> 16);
  RxMessage->Data[3] = (uint8_t)0xFF & (CANx->sFIFOMailBox[FIFONumber].RDLR >> 24);
  RxMessage->Data[4] = (uint8_t)0xFF & CANx->sFIFOMailBox[FIFONumber].RDHR;
  RxMessage->Data[5] = (uint8_t)0xFF & (CANx->sFIFOMailBox[FIFONumber].RDHR >> 8);
  RxMessage->Data[6] = (uint8_t)0xFF & (CANx->sFIFOMailBox[FIFONumber].RDHR >> 16);
  RxMessage->Data[7] = (uint8_t)0xFF & (CANx->sFIFOMailBox[FIFONumber].RDHR >> 24);
  /* Release the FIFO */
  /* Release FIFO0 */
  if (FIFONumber == CAN_FIFO0)//清除邮箱占用标志
  {
    CANx->RF0R |= CAN_RF0R_RFOM0;
  }
  /* Release FIFO1 */
  else /* FIFONumber == CAN_FIFO1 */
  {
    CANx->RF1R |= CAN_RF1R_RFOM1;
  }
}

3.1 筛选器

接收时 ，可以设置者筛选器（手册或库函数中称为filter），说白了就是根据CAN的ID来设置白名单或黑名单，直接丢弃我们不想要的报文，以便减轻CPU负担。

列表模式（我管他叫做白名单）：只有报文的ID出现在该列表中，该报文才会进入接收邮箱，否则直接被丢弃。

屏蔽模式（我管他叫做黑名单）：如果报文携带的ID复合黑名单规则，则该报文直接被丢弃，否则才允许进入邮箱。

STM32F4 共有28个筛选器组，每个筛选器都有2个u32的寄存器，分别是CAN_FxR0和CAN_FxR1，其中x为0~27共28组。

筛选器的配置

1、尺度配置：筛选器可配置为双16位或单32位，以应对不同需求。通过寄存器FS1R的28个bit的0或1分别对应这28个筛选器组的尺度配置。0=双16位1=单32位

2、模式配置。CAN_FM1R寄存器的32个bit中的28个，用于指定28个筛选器组工作于哪种模式，0=屏蔽模式，1=列表模式

3、给FIFO分配筛选器。CAN_FFA1R寄存器32个bit中的28个，用于指定28个筛选器要分配给哪个FIFO。如果bit5=0代表筛选器5分配给FIFO0，如果bit5=1代表筛选器5分配给FIFO1，其他bit雷同。

4、筛选器内容配置：

3.2 FIFO0和FIFO1

两个CAN各有2个FIFO，每个FIFO又各有3个邮箱，但是与发送邮箱不同的，接收FIFO的这6个附属邮箱，无法被直接访问。