CAN是控制器局域網絡(Controller Area Network)的簡稱，它是由研發和生產汽車電子產品著稱的德國BOSCH公司開發的，并最終成為國際標準（ISO11519），是國際上應用最廣泛的現場總線之一。

CAN總線協議已經成為汽車計算機控制系統和嵌入式工業控制局域網的標準總線，并且擁有以CAN為底層協議專為大型貨車和重工機械車輛設計的J1939協議。近年來，它具有的高可靠性和良好的錯誤檢測能力受到重視，被廣泛應用于汽車計算機控制系統和環境溫度惡劣、電磁輻射強及振動大的工業環境。

15.1.CAN 基礎知識

CAN 物理層

與I2C、SPI等具有時鐘信號的同步通訊方式不同，CAN通訊并不是以時鐘信號來進行同步的，它是一種異步通訊，只具有CAN_High和CAN_Low兩條信號線，共同構成一組差分信號線，以差分信號的形式進行通訊。

閉環總線網絡

CAN物理層的形式主要有兩種，如下圖所示CAN閉環總線通訊網絡是一種遵循ISO11898標準的高速、短距離“閉環網絡”，它的總線最大長度為40m，通信速度最高為1Mbps，總線的兩端各要求有一個“120歐”的電阻。

開環總線網絡

如下圖所示CAN開環總線通訊網絡是一種遵循ISO11519-2標準的低速、遠距離“開環網絡”，它的最大傳輸距離為1km，最高通訊速率為125kbps，兩根總線是獨立的、不形成閉環，要求每根總線上各串聯有一個“2.2千歐”的電阻。

通訊節點

從CAN通訊網絡圖可了解到，CAN總線上可以掛載多個通訊節點，節點之間的信號經過總線傳輸，實現節點間通訊。由于CAN通訊協議不對節點進行地址編碼，而是對數據內容進行編碼的，所以網絡中的節點個數理論上不受限制，只要總線的負載足夠即可，可以通過中繼器增強負載。

CAN通訊節點由一個CAN控制器及CAN收發器組成，控制器與收發器之間通過CAN_Tx及CAN_Rx信號線相連，收發器與CAN總線之間使用CAN_High及CAN_Low信號線相連。其中CAN_Tx及CAN_Rx使用普通的類似TTL邏輯信號，而CAN_High及CAN_Low是一對差分信號線，使用比較特別的差分信號，下一小節再詳細說明。

當CAN節點需要發送數據時，控制器把要發送的二進制編碼通過CAN_Tx線發送到收發器，然后由收發器把這個普通的邏輯電平信號轉化成差分信號，通過差分線CAN_High和CAN_Low線輸出到CAN總線網絡。而通過收發器接收總線上的數據到控制器時，則是相反的過程，收發器把總線上收到的CAN_High及CAN_Low信號轉化成普通的邏輯電平信號，通過CAN_Rx輸出到控制器中。

例如，GD32的CAN片上外設就是通訊節點中的控制器，為了構成完整的節點，還要給它外接一個收發器，在GD32E103V-EVAL V1.0開發板上使用型號為SN65HVD230的芯片作為CAN收發器。

CAN控制器與CAN收發器的關系如同TTL串口與MAX3232電平轉換芯片的關系，MAX3232芯片把TTL電平的串口信號轉換成RS-232電平的串口信號，CAN收發器的作用則是把CAN控制器的TTL電平信號轉換成差分信號(或者相反)。

差分信號

差分信號又稱差模信號，與傳統使用單根信號線電壓表示邏輯的方式有區別，使用差分信號傳輸時，需要兩根信號線，這兩個信號線的振幅相等，相位相反，通過兩根信號線的電壓差值來表示 邏輯0和邏輯1。如下圖所示差分信號使用了V+與V-信號的差值表達出了圖下方的信號。

相對于單信號線傳輸的方式，使用差分信號傳輸具有如下優點：

抗干擾能力強，當外界存在噪聲干擾時，幾乎會同時耦合到兩條信號線上，而接收端只關心兩個信號的差值，所以外界的共模噪聲可以被完全抵消。

能有效抑制它對外部的電磁干擾，同樣的道理，由于兩根信號的極性相反，他們對外輻射的電磁場可以相互抵消，耦合的越緊密，泄放到外界的電磁能量越少。

時序定位精確，由于差分信號的開關變化是位于兩個信號的交點，而不像普通單端信號依靠高低兩個閾值電壓判斷，因而受工藝，溫度的影響小，能降低時序上的誤差，同時也更適合于低幅度信號的電路。

由于差分信號線具有這些優點，所以在USB協議、485協議、以太網協議及CAN協議的物理層中，都使用了差分信號傳輸。

CAN 協議中的差分信號

CAN協議中對它使用的CAN_High及CAN_Low表示的差分信號做了規定，見下表CAN協議標準表示的信號邏輯及下圖CAN差分信號（高速）所示。以高速CAN協議為例，當表示邏輯1時(隱性電平)，CAN_High和CAN_Low線上的電壓均為2.5v，即它們的電壓差VH-VL=0V；而表示邏輯0時(顯性電平)，CAN_High的電平為3.5V，CAN_Low線的電平為1.5V，即它們的電壓差為VHVL=2V。例如，當CAN收發器從CAN_Tx線接收到來自CAN控制器的低電平信號時(邏輯0)，它會使CAN_High輸出3.5V，同時CAN_Low輸出1.5V，從而輸出顯性電平表示邏輯0。

CAN協議標準表示的信號邏輯

輸入鏈接說明

CAN 差分信號（高速）

在 CAN 總線中，必須使它處于隱性電平(邏輯 1)或顯性電平(邏輯 0)中的其中一個狀態。假如有兩個 CAN 通訊節點，在同一時間，一個輸出隱性電平，另一個輸出顯性電平，類似 I2C 總線的“線 與”特性將使它處于顯性電平狀態，顯性電平的名字就是這樣來的，即可以認為顯性具有優先的意味。

由于 CAN 總線協議的物理層只有 1 對差分線，在一個時刻只能表示一個信號，所以對通訊節點來說，CAN 通訊是半雙工的，收發數據需要分時進行。在 CAN 的通訊網絡中，因為共用總線，在整個網絡中同一時刻只能有一個通訊節點發送信號，其余的節點在該時刻都只能接收。

CAN 協議層

以上是 CAN 的物理層標準，約定了電氣特性，以下介紹的協議層則規定了通訊邏輯。

CAN 的波特率及位同步

由于CAN屬于異步通訊，沒有時鐘信號線，連接在同一個總線網絡中的各個節點會像串口異步通訊那樣，節點間使用約定好的波特率進行通訊，特別地，CAN還會使用“位同步”的方式來抗干擾、吸收誤差，實現對總線電平信號進行正確的采樣，確保通訊正常。

位時序分解

為了實現位同步，CAN 協議把每一個數據位的時序分解成如下圖 CAN 位時序分解圖所示的 SS段、PTS 段、PBS1 段、PBS2 段，這四段的長度加起來即為一個 CAN 數據位的長度。分解后最小的時間單位是 Tq，而一個完整的位由 8~25 個 Tq 組成。為方便表示，CAN 位時序分解圖中的高低電平直接代表信號邏輯 0 或邏輯 1(不是差分信號)。

該圖中表示的 CAN 通訊信號每一個數據位的長度為 19Tq，其中 SS 段占 1Tq，PTS 段占 6Tq，PBS1 段占 5Tq，PBS2 段占 7Tq。信號的采樣點位于 PBS1 段與 PBS2 段之間，通過控制各段的長度，可以對采樣點的位置進行偏移，以便準確地采樣。

各段的作用介紹如下：

SS段(SYNC SEG)

SS 譯為同步段，若通訊節點檢測到總線上信號的跳變沿被包含在 SS 段的范圍之內，則表示節點與總線的時序是同步的，當節點與總線同步時，采樣點采集到的總線電平即可被確定為該位的電 平。SS 段的大小固定為 1Tq。

PTS段(PROP SEG)

PTS 譯為傳播時間段，這個時間段是用于補償網絡的物理延時時間。是總線上輸入比較器延時和輸出驅動器延時總和的兩倍。PTS 段的大小可以為 1~8Tq。

PBS1段(PHASE SEG1)

PBS1 譯為相位緩沖段，主要用來補償邊沿階段的誤差，它的時間長度在重新同步的時候可以加長。PBS1 段的初始大小可以為 1~8Tq。

PBS2段(PHASE SEG2)

PBS2 這是另一個相位緩沖段，也是用來補償邊沿階段誤差的，它的時間長度在重新同步時可以縮短。PBS2 段的初始大小可以為 2~8Tq。

通訊的波特率

總線上的各個通訊節點只要約定好1個Tq的時間長度以及每一個數據位占據多少個Tq，就可以確定CAN通訊的波特率。

例如，假設圖5-53中的1Tq=1us，而每個數據位由19個Tq組成，則傳輸一位數據需要時間T1bit =19us，從而每秒可以傳輸的數據位個數為：

1x106/19 = 52631.6 (bps)

這個每秒可傳輸的數據位的個數即為通訊中的波特率。

同步過程分析

波特率只是約定了每個數據位的長度，數據同步還涉及到相位的細節，這個時候就需要用到數據位內的SS、PTS、PBS1及PBS2段了。

根據對段的應用方式差異，CAN 的數據同步分為硬同步和重新同步。其中硬同步只是當存在“幀起始信號”時起作用，無法確保后續一連串的位時序都是同步的，而重新同步方式可解決該問題，這 兩種方式具體介紹如下：

（1）硬同步

若某個 CAN 節點通過總線發送數據時，它會發送一個表示通訊起始的信號(即下一小節介紹的幀起始信號)，該信號是一個由高變低的下降沿。而掛載到 CAN 總線上的通訊節點在不發送數據時， 會時刻檢測總線上的信號。

下圖硬同步過程圖所示，可以看到當總線出現幀起始信號時，某節點檢測到總線的幀起始信號不在節點內部時序的 SS 段范圍，所以判斷它自己的內部時序與總線不同步，因而這個狀態的采樣點采集得的數據是不正確的。所以節點以硬同步的方式調整，把自己的位時序中的 SS 段平移至總線出現下降沿的部分，獲得同步，同步后采樣點就可以采集得正確數據了。

（2）重新同步

前面的硬同步只是當存在幀起始信號時才起作用，如果在一幀很長的數據內，節點信號與總線信號相位有偏移時，這種同步方式就無能為力了。因而需要引入重新同步方式，它利用普通數據位的高至低電平的跳變沿來同步(幀起始信號是特殊的跳變沿)。重新同步與硬同步方式相似的地方是它們都使用 SS 段來進行檢測，同步的目的都是使節點內的 SS 段把跳變沿包含起來。

重新同步的方式分為超前和滯后兩種情況，以總線跳變沿與 SS 段的相對位置進行區分。第一種相位超前的情況如下圖所示，相位超前時的重新同步，節點從總線的邊沿跳變中，檢測到它內部的時序比總線的時序相對超前2Tq，這時控制器在下一個位時序中的PBS1段增加2Tq的時間長度，使得節點與總線時序重新同步。

相位超前時的重新同步

第二種相位滯后的情況如下圖所示，相位滯后時的重新同步，節點從總線的邊沿跳變中，檢測到它的時序比總線的時序相對滯后2Tq，這時控制器在前一個位時序中的 PBS2 段減少 2Tq 的時間長 度，獲得同步。

相位滯后時的重新同步

在重新同步的時候，PBS1 和 PBS2 中增加或減少的這段時間長度被定義為“重新同步補償寬度SJW (reSynchronization Jump Width)”。一般來說 CAN 控制器會限定 SJW 的最大值，如限定了 最大 SJW=3Tq 時，單次同步調整的時候不能增加或減少超過 3Tq 的時間長度，若有需要，控制器會通過多次小幅度調整來實現同步。當控制器設置的 SJW 極限值較大時，可以吸收的誤差加大，但通訊的速度會下降。

CAN 的報文種類及結構

在 SPI 通訊中，片選、時鐘信號、數據輸入及數據輸出這 4 個信號都有單獨的信號線，I2C 協議包含有時鐘信號及數據信號 2 條信號線，異步串口包含接收與發送 2 條信號線，這些協議包含的 信號都比 CAN 協議要豐富，它們能輕易進行數據同步或區分數據傳輸方向。而 CAN 使用的是兩條差分信號線，只能表達一個信號，簡潔的物理層決定了 CAN 必然要配上一套更復雜的協議，如 何用一個信號通道實現同樣、甚至更強大的功能呢？CAN 協議給出的解決方案是對數據、操作命令(如讀/寫)以及同步信號進行打包，打包后的這些內容稱為報文。

在原始數據段的前面加上傳輸起始標簽、片選(識別)標簽和控制標簽，在數據的尾段加上 CRC 校驗標簽、應答標簽和傳輸結束標簽，把這些內容按特定的格式打包好，就可以用一個通道表達各種信號了，各種各樣的標簽就如同 SPI 中各種通道上的信號，起到了協同傳輸的作用。當整個數據包被傳輸到其它設備時，只要這些設備按格式去解讀，就能還原出原始數據，這樣的報文就被稱為 CAN 的“數據幀”。

為了更有效地控制通訊，CAN 一共規定了 5 種類型的幀，它們的類型及用途說明如下表幀的種類及其用途所示。

數據幀的結構

數據幀是在 CAN 通訊中最主要、最復雜的報文，我們來了解它的結構，如下圖數據幀的結構所示。

數據幀以一個顯性位(邏輯 0)開始，以 7 個連續的隱性位(邏輯 1)結束，在它們之間，分別有仲裁段、控制段、數據段、CRC 段和 ACK 段。

幀起始

SOF 段(Start Of Frame)，譯為幀起始，幀起始信號只有一個數據位，是一個顯性電平，它用于通知各個節點將有數據傳輸，其它節點通過幀起始信號的電平跳變沿來進行硬同步。

仲裁段

當同時有兩個報文被發送時，總線會根據仲裁段的內容決定哪個數據包能被傳輸，這也是它名稱的由來。

仲裁段的內容主要為本數據幀的 ID 信息(標識符)，數據幀具有標準格式和擴展格式兩種，區別就在于 ID 信息的長度，標準格式的 ID 為 11 位，擴展格式的 ID 為 29 位，它在標準 ID 的基礎上多 出 18 位。在 CAN 協議中，ID 起著重要的作用，它決定著數據幀發送的優先級，也決定著其它節點是否會接收這個數據幀。CAN 協議不對掛載在它之上的節點分配優先級和地址，對總線的占有權是由信息的重要性決定的，即對于重要的信息，我們會給它打包上一個優先級高的 ID，使它能夠及時地發送出去。也正因為它這樣的優先級分配原則，使得 CAN 的擴展性大大加強，在總線上增加或減少節點并不影響其它設備。

報文的優先級，是通過對 ID 的仲裁來確定的。根據前面對物理層的分析我們知道如果總線上同時出現顯性電平和隱性電平，總線的狀態會被置為顯性電平，CAN 正是利用這個特性進行仲裁。

若兩個節點同時競爭CAN總線的占有權，當它們發送報文時，若首先出現隱性電平，則會失去對總線的占有權，進入接收狀態。如下圖過程所示，在開始階段，兩個設備發送的電平一樣，所以它們一直繼續發送數據。到了圖中箭頭所指的時序處，節點單元1發送的為隱性電平，而此時節點單元2發送的為顯性電平，由于總線的“線與”特性使它表達出顯示電平，因此單元2競爭總線成功，這個報文得以被繼續發送出去。

仲裁段 ID 的優先級也影響著接收設備對報文的反應。因為在 CAN 總線上數據是以廣播的形式發送的，所有連接在 CAN 總線的節點都會收到所有其它節點發出的有效數據，因而我們的 CAN 控制器大多具有根據 ID 過濾報文的功能，它可以控制自己只接收某些 ID 的報文。

回看數據幀的結構圖中的數據幀格式，可看到仲裁段除了報文 ID 外，還有 RTR、IDE 和SRR 位。

(1) RTR 位(Remote Transmission Request Bit)，譯作遠程傳輸請求位，它是用于區分數據幀和遙控幀的，當它為顯性電平時表示數據幀，隱性電平時表示遙控幀。

(2) IDE 位(Identifier Extension Bit)，譯作標識符擴展位，它是用于區分標準格式與擴展格式，當它為顯性電平時表示標準格式，隱性電平時表示擴展格式。

(3) SRR 位(Substitute Remote Request Bit)，只存在于擴展格式，它用于替代標準格式中的 RTR位。由于擴展幀中的 SRR 位為隱性位，RTR 在數據幀為顯性位，所以在兩個 ID 相同的標準格式 報文與擴展格式報文中，標準格式的優先級較高。

控制段

在控制段中的 r1 和 r0 為保留位，默認設置為顯性位。它最主要的是 DLC 段(Data Length Code)，譯為數據長度碼，它由 4 個數據位組成，用于表示本報文中的數據段含有多少個字節，DLC 段表 示的數字為 0~8。

數據段

數據段為數據幀的核心內容，它是節點要發送的原始信息，由 0~8 個字節組成，MSB 先行。

CRC 段

為了保證報文的正確傳輸，CAN 的報文包含了一段 15 位的 CRC 校驗碼，一旦接收節點算出的CRC 碼跟接收到的 CRC 碼不同，則它會向發送節點反饋出錯信息，利用錯誤幀請求它重新發送。CRC 部分的計算一般由 CAN 控制器硬件完成，出錯時的處理則由軟件控制最大重發數。

在 CRC 校驗碼之后，有一個 CRC 界定符，它為隱性位，主要作用是把 CRC 校驗碼與后面的 ACK 段間隔起來。

ACK 段

ACK 段包括一個 ACK 槽位，和 ACK 界定符位。類似 I2C 總線，在 ACK 槽位中，發送節點發送的是隱性位，而接收節點則在這一位中發送顯性位以示應答。在 ACK 槽和幀結束之間由 ACK 界定符間隔開。

幀結束

EOF 段(End Of Frame)，譯為幀結束，幀結束段由發送節點發送的 7 個隱性位表示結束。

其它報文的結構

關于其它的 CAN 報文結構，不再展開講解，其主要內容見下圖 各種 CAN 報文的結構。

15.2.GD32 CAN 外設原理簡介

因篇幅有限，本文無法詳細介紹GD32所有系列CAN外設接口，下面以GD32E103為例，著重介紹下GD32E103的CAN外設簡介和結構框圖，后介紹下各個系列的差異。

GD32 CAN 主要特性

? 支持CAN總線協議2.0A和2.0B；

? 支持CAN-FD幀（ISO11898-1和CAN-FD規范V1.0）；

? 常規幀：通信波特率最大為1Mbit/s；

? CAN-FD幀：通信最大波特率為6Mbit/s；

? 支持傳輸延遲補償；

? 支持時間觸發通信（Time-triggered communication）；

? 中斷使能和清除；

發送功能

? 3個發送郵箱；

? 支持發送優先級；

? 支持發送時間戳。

接收功能

? 2個深度為3的接收FIFO；

? 具有28個標識符過濾器；

? FIFO鎖定功能。

時間觸發通信

? 在時間觸發通信模式下禁用自動重傳；

? 16位定時器；

? 接收時間戳；

? 發送時間戳。

CAN 結構框圖介紹

CAN 模塊結構框圖

GD32E103一共有兩個CAN控制器，分別為CAN0和CAN1。每個CAN控制器有3個發送郵箱，2個深度為3的接收FIFO。

CAN控制器包含多個寄存器，下面主要講解其中的控制寄存CAN_CTL和位時序寄存器CAN_BT。

控制寄存器 CAN_CTL

控制寄存器CAN_CTL負責管理CAN的工作模式，它使用以下寄存器位實現控制。

（1） DFZ調試凍結功能

DFZ(Debug freeze)調試凍結，使用它可設置CAN處于工作狀態或禁止收發的狀態，禁止收發時仍可訪問接收FIFO中的數據。這兩種狀態是當STM32芯片處于程序調試模式時才使用的，平時使用 并不影響。

（2） TTC時間觸發通信

TTC(Time triggered communication)時間觸發通信，它用于配置CAN的時間觸發通信模式，在此模式下，CAN使用它內部定時器產生時間戳，并把它保存在CAN_TMxP、CAN_RFIFOMPx寄存器中。內部定時器在每個CAN位時間累加，在接收和發送的幀起始位被采樣，并生成時間戳。利用它可以實現ISO 11898-4 CAN標準的分時同步通信功能。

（3） ABOR自動離線恢復

ABOR(Automatic bus-off recovery) 自動離線恢復，它用于設置是否使用自動離線管理功能。當節點檢測到它發送錯誤或接收錯誤超過一定值時，會自動進入離線狀態，在離線狀態中，CAN不能接收或發送報文。處于離線狀態的時候，可以軟件控制恢復或者直接使用這個自動離線管理功能，它會在適當的時候自動恢復。

（4） AWU自動喚醒

AWU(Automatic wakeup)，自動喚醒功能，CAN外設可以使用軟件進入低功耗的睡眠模式，如果使能了這個自動喚醒功能，當CAN檢測到總線活動的時候，會自動喚醒。

（5） AR自動重傳

AR(Automatic retransmission)報文自動重傳功能，設置這個功能后，當報文發送失敗時會自動重傳至成功為止。若不使用這個功能，無論發送結果如何，消息只發送一次。

（6） RFO接收FIFO覆蓋

RFO (Receive FIFO overwrite)接收FIFO覆蓋，該功能用于鎖定接收FIFO。鎖定后，當接收FIFO溢出時，會丟棄下一個接收的報文。若不鎖定，則下一個接收到的報文會覆蓋原報文。

（7） TFO發送FIFO順序

FTO(Tx FIFO order)報文發送順序的判定方法，當CAN外設的發送郵箱中有多個待發送報文時，本功能可以控制它是根據報文的ID優先級還是報文存進郵箱的順序來發送。

位時序寄存器(CAN_BT)及波特率

CAN外設中的位時序寄存器CAN_BT用于配置測試模式、波特率以及各種位內的段參數。

（1） 測試模式

為方便調試，GD32的CAN提供了測試模式，配置位時序寄存器CAN_BT的SCMOD及LCMOD位可以控制使用正常模式、靜默模式、回環模式及靜默回環模式，見下圖四種通訊模式

各個通訊模式介紹如下：

正常模式

正常模式下就是一個正常的CAN節點，可以向總線發送數據和接收數據。

靜默模式

靜默模式下，它自己的輸出端的邏輯0數據會直接傳輸到它自己的輸入端，邏輯1可以被發送到總線，所以它不能向總線發送顯性位(邏輯0)，只能發送隱性位(邏輯1)。輸入端可以從總線接收內容。 由于它只可發送的隱性位不會強制影響總線的狀態，所以把它稱為靜默模式。這種模式一般用于監測，它可以用于分析總線上的流量，但又不會因為發送顯性位而影響總線。

回環模式

回環模式下，它自己的輸出端的所有內容都直接傳輸到自己的輸入端，輸出端的內容同時也會被傳輸到總線上，即也可使用總線監測它的發送內容。輸入端只接收自己發送端的內容，不接收來自總線上的內容。使用回環模式可以進行自檢。

回環靜默模式

回環靜默模式是以上兩種模式的結合，自己的輸出端的所有內容都直接傳輸到自己的輸入端，并且不會向總線發送顯性位影響總線，不能通過總線監測它的發送內容。輸入端只接收自己發送端的內容，不接收來自總線上的內容。這種方式可以在“熱自檢”時使用，即自我檢查的時候，不會干擾總線。

以上說的各個模式，是不需要修改硬件接線的，如當輸出直連輸入時，它是在GD32芯片內部連接的，傳輸路徑不經過STM32的CAN_Tx/Rx引腳，更不經過外部連接的CAN收發器，只有輸出數據 到總線或從總線接收的情況下才會經過CAN_Tx/Rx引腳和收發器。

（2）位時序及波特率

GD32外設定義的位時序與我們前面解釋的CAN標準時序有一點區別，見下圖GD32中的位時序。

GD32的CAN外設位時序中只包含3段，分別是同步段SYNC_SEG、位段BS1及位段BS2，采樣點位于BS1及BS2段的交界處。其中SYNC_SEG段固定長度為1Tq，而BS1及BS2段可以在位時序寄存器CAN_BT設置它們的時間長度，它們可以在重新同步期間增長或縮短，該長度DSJW也可在位時序寄存器中配置。

理解GD32的CAN外設的位時序時，可以把它的BS1段理解為是由前面介紹的CAN標準協議中PTS段與PBS1段合在一起的，而BS2段就相當于PBS2段。

了解位時序后，我們就可以配置波特率了。通過配置位時序寄存器CAN_BT的BS1[6:0]及BS2[4:0]寄存器位設定BS1及BS2段的長度后，我們就可以確定每個CAN數據位的時間：

BS1段時間： TS1=Tq x (BS1[6:0] + 1)

BS2段時間： TS2= Tq x (BS2[4:0] + 1)

一個數據位的時間： T1bit =1Tq+TS1+TS2 =1+ (BS1[6:0] + 1)+ (BS2[4:0] + 1)= N Tq

其中單個時間片的長度Tq與CAN外設的所掛載的時鐘總線及分頻器配置有關。

CAN0和CAN1外設都是掛載在APB1總線上的，而位時序寄存器CAN_BT中的BAUDPSC[9:0]位可以設置CAN外設時鐘的分頻值 ，所以：

Tq = (BAUDPSC[9:0]) x TPCLK

其中的PCLK指APB1時鐘，默認值為60MHz。

最終可以計算出CAN通訊的波特率：

BaudRate = 1/N Tq

例如下表一種配置波特率為1Mbps的方式說明了如何配置波特率為1Mbps。

各系列 CAN 功能差異

GD32系列MCU有關CAN外設各系列功能差異如下表GD32各系列MCU CAN外設功能差異表所示。

15.3.硬件連接說明

CAN 外設硬件連接圖

如圖CAN外設硬件連接圖所示，為典型的CAN外設硬件連接圖：SN65HVD230是收發器，其作用就是把CAN控制器的TTL電平轉換成差分信號。發送數據時，控制器把要發送的二進制編碼通過CAN_TX線發送到收發器，然后由收發器把這個邏輯電平轉換成差分信號，通過差分線CANH、CANL線輸出到總線網絡。當接收數據時，收發器把總線上收到的CANH、CANL信號轉換成邏輯電平，通過CAN_RX輸入到控制器。

讀者可以根據典型硬件連接圖和相應系列的Datasheet設計出自己的硬件連接方式。

15.4.軟件配置說明

本小節講解CAN_Example歷程中CAN模塊的配置說明，主要包括CAN外設配置、GPIO引腳配置、主函數介紹以及運行結果。本例程主要介紹GD32 MCU各系列CAN模塊的數據發送、接收，有關CAN其他功能例程可參考各系列固件庫歷程。

CAN 外設配置

外設配置如代碼清單CAN外設配置所示，在GD32全系列MCU中CAN外設的配置基本相同。GD32標準庫提供了CAN初始化結構體及初始化函數來配置CAN外設，其初始化結構體說明如下表CAN參數初始化結構體說明列表和CAN過濾器初始化結構體說明列表所示。需要注意的是本例程需要用到兩個開發板，一個發送，一個接收，這可以通過打開宏定義CAN_RECEIVE或CAN_TRANSMIT來決定當前是接收還是發送。

代碼清單 CAN 外設配置

void can_config(void) { #if defined (GD32F30X_CL) ||(GD32F4XX) ||(GD32F20X_CL)||(GD32F10X_HD) can_parameter_struct can_parameter; can_filter_parameter_struct can_filter_parameter; can_struct_para_init(CAN_INIT_STRUCT, &can_parameter); can_struct_para_init(CAN_FILTER_STRUCT, &can_filter_parameter); /* initialize CAN register */ can_deinit(CAN0); /* initialize CAN parameters */ can_parameter.time_triggered = DISABLE; can_parameter.auto_bus_off_recovery = DISABLE; can_parameter.auto_wake_up = DISABLE; can_parameter.no_auto_retrans = DISABLE; can_parameter.rec_fifo_overwrite = DISABLE; can_parameter.trans_fifo_order = DISABLE; can_parameter.working_mode = CAN_NORMAL_MODE; can_parameter.resync_jump_width = CAN_BT_SJW_1TQ; can_parameter.time_segment_1 = CAN_BT_BS1_5TQ; can_parameter.time_segment_2 = CAN_BT_BS2_4TQ; can_parameter.prescaler = 12; /* initialize CAN */ can_init(CAN0, &can_parameter); /* initialize filter */ can_filter_parameter.filter_number = 0; can_filter_parameter.filter_mode = CAN_FILTERMODE_MASK; can_filter_parameter.filter_bits = CAN_FILTERBITS_32BIT; can_filter_parameter.filter_list_high = 0x0000; can_filter_parameter.filter_list_low = 0x0000; can_filter_parameter.filter_mask_high = 0x0000; can_filter_parameter.filter_mask_low = 0x0000; can_filter_parameter.filter_fifo_number = CAN_FIFO0; can_filter_parameter.filter_enable = ENABLE; can_filter_init(&can_filter_parameter); #if defined (CAN_RECEIVE) #if defined (GD32F10X_HD) nvic_irq_enable(USBD_LP_CAN0_RX0_IRQn,0,0); #else nvic_irq_enable(CAN0_RX0_IRQn,0,0); #endif /* enable can receive FIFO0 not empty interrupt */ can_interrupt_enable(CAN0, CAN_INT_RFNE0); #endif #elif defined (GD32E10X) can_parameter_struct can_parameter; can_struct_para_init(CAN_INIT_STRUCT, &can_parameter); /* initialize CAN register */ can_deinit(CAN0); /* initialize CAN parameters */ can_parameter.time_triggered = DISABLE; can_parameter.auto_bus_off_recovery = DISABLE; can_parameter.auto_wake_up = DISABLE; can_parameter.auto_retrans = DISABLE; can_parameter.rec_fifo_overwrite = DISABLE; can_parameter.trans_fifo_order = DISABLE; can_parameter.working_mode = CAN_NORMAL_MODE; /* initialize CAN */ can_init(CAN0, &can_parameter); /* config CAN0 baud rate */ can_frequency_set(CAN0, DEV_CAN_BAUD_RATE); /* initialize filter */ can_filter_mask_mode_init(DEV_CAN_ID, DEV_CAN_MASK, CAN_EXTENDED_FIFO0, 0); #if defined (CAN_RECEIVE) /* configure CAN0 NVIC */ nvic_irq_enable(CAN0_RX0_IRQn, 0, 0); /* enable can receive FIFO0 not empty interrupt */ can_interrupt_enable(CAN0, CAN_INTEN_RFNEIE0); #endif #elif defined (GD32F1X0) can_parameter_struct can_parameter; can_filter_parameter_struct can_filter_parameter; /* initialize CAN register */ can_deinit(CAN1); /* initialize CAN parameters */ can_parameter.time_triggered = DISABLE; can_parameter.auto_bus_off_recovery = DISABLE; can_parameter.auto_wake_up = DISABLE; can_parameter.no_auto_retrans = DISABLE; can_parameter.rec_fifo_overwrite = DISABLE; can_parameter.trans_fifo_order = DISABLE; can_parameter.working_mode = CAN_NORMAL_MODE; can_parameter.resync_jump_width = CAN_BT_SJW_1TQ; can_parameter.time_segment_1 = CAN_BT_BS1_4TQ; can_parameter.time_segment_2 = CAN_BT_BS2_3TQ; can_parameter.prescaler = 18; /* initialize CAN */ can_init(CAN1, &can_parameter); /* initialize filter */ can_filter_parameter.filter_number = 15; can_filter_parameter.filter_mode = CAN_FILTERMODE_MASK; can_filter_parameter.filter_bits = CAN_FILTERBITS_32BIT; can_filter_parameter.filter_list_high = 0x0000; can_filter_parameter.filter_list_low = 0x0000; can_filter_parameter.filter_mask_high = 0x0000; can_filter_parameter.filter_mask_low = 0x0000; can_filter_parameter.filter_fifo_number = CAN_FIFO0; can_filter_parameter.filter_enable = ENABLE; can_filter_init(&can_filter_parameter); #if defined (CAN_RECEIVE) /* configure CAN1 NVIC */ nvic_irq_enable(CAN1_RX0_IRQn,0,0); can_interrupt_enable(CAN1, CAN_INTEN_RFNEIE0); #endif #endif }

CAN 參數初始化結構體說明列表

CAN 過濾器初始化結構體說明列表

GPIO 引腳配置

GPIO引腳配置如代碼清單CAN例程GPIO引腳配置所示。GD32F10X、GD32F30X、GD32F20X、GD32E10X系列用到remap功能，因此需要打開AF時鐘。使用GD32F1X0時，例程中是使用CAN1來進行收發。需要注意的是，發送時，不需要打開CAN0的時鐘，但是接收時需要打開CAN0的時鐘。

代碼清單 CAN 例程 GPIO 引腳配置

void can_gpio_config(void) { #if defined (GD32F4XX) /* enable CAN0 clock */ rcu_periph_clock_enable(RCU_CAN0); rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB); /* configure CAN0 GPIO */ gpio_output_options_set(GPIOB, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_8); gpio_mode_set(GPIOB, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_8); gpio_af_set(GPIOB, GPIO_AF_9, GPIO_PIN_8); gpio_output_options_set(GPIOB, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_9); gpio_mode_set(GPIOB, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_9); gpio_af_set(GPIOB, GPIO_AF_9, GPIO_PIN_9); #elif defined (GD32E10X) || (GD32F30X_CL) ||(GD32F10X_HD) /* enable CAN0 clock */ rcu_periph_clock_enable(RCU_CAN0); rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOD); rcu_periph_clock_enable(RCU_AF); /* configure CAN0 GPIO */ gpio_init(GPIOD,GPIO_MODE_IPU,GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_0); gpio_init(GPIOD,GPIO_MODE_AF_PP,GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_1); #if defined (GD32F10X_HD) gpio_pin_remap_config(GPIO_CAN_FULL_REMAP,ENABLE); #else gpio_pin_remap_config(GPIO_CAN0_FULL_REMAP,ENABLE); #endif #elif defined (GD32F20X_CL) /* enable CAN0 clock */ rcu_periph_clock_enable(RCU_CAN0); rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB); rcu_periph_clock_enable(RCU_AF); /* configure CAN0 GPIO */ gpio_init(GPIOB,GPIO_MODE_IPU,GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_8); gpio_init(GPIOB,GPIO_MODE_AF_PP,GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_9); gpio_pin_remap_config(GPIO_CAN0_PARTIAL_REMAP,ENABLE); #elif defined (GD32F1X0) //only GD32F170 and GD32F190 have CAN, GD32F130 and GD32F150 don't have /* enable CAN clock */ #if defined (CAN_RECEIVE) rcu_periph_clock_enable(RCU_CAN0); #endif rcu_periph_clock_enable(RCU_CAN1); rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB); /* configure CAN1 GPIO */ gpio_output_options_set(GPIOB, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_12); gpio_mode_set(GPIOB, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_12); gpio_af_set(GPIOB, GPIO_AF_9, GPIO_PIN_12); gpio_output_options_set(GPIOB, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_13); gpio_mode_set(GPIOB, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_13); gpio_af_set(GPIOB, GPIO_AF_9, GPIO_PIN_13); #endif }

主函數配置

主函數配置如代碼清單主函數配置所示。本例程需要兩個開發板，一個作為發送，一個作為接收，這可以通過使用宏定義CAN_RECEIVE和CAN_TRANSMIT來實現。如果作為接收，那么主函數的開始會把can_receive_flag設置為RESET，并初始化LED2。LED2作為通訊的指示燈，如果通訊成功，就點亮LED2，否則就不點亮。can_receive_flag狀態的改變在中斷里實現，如果成功接收到數據，就會進入中斷，在中斷里把can_receive_flag設置為SET。主函數接下來對CAN的GPIO以及CAN模塊進行初始化。完成后，如果是作為發送方，程序需要設置需要發送的數據。有關發送結構體參數的說明，請見下表CAN發送消息初始化結構體說明列表。

代碼清單主函數配置

int main(void) { #if defined (CAN_RECEIVE) can_receive_flag = RESET; LED2_init(); #endif /* GPIO config */ can_gpio_config(); /* CAN config */ can_config(); #if defined (CAN_TRANSMIT) /* initialize transmit message */ #if defined (GD32E10X) || (GD32F30X_CL) || (GD32F10X_HD) || (GD32F4XX) || (GD32F20X_CL) can_struct_para_init(CAN_TX_MESSAGE_STRUCT, &g_transmit_message); #endif g_transmit_message.tx_sfid = 0x00; g_transmit_message.tx_efid = DEV_CAN_ID; g_transmit_message.tx_ft = CAN_FT_DATA; g_transmit_message.tx_ff = CAN_FF_EXTENDED; g_transmit_message.tx_dlen = 4; g_transmit_message.tx_data[0] = 0xaa; g_transmit_message.tx_data[1] = 0xbb; g_transmit_message.tx_data[2] = 0xcc; g_transmit_message.tx_data[3] = 0xdd; #if defined (GD32E10X) || (GD32F30X_CL) || (GD32F10X_HD) || (GD32F4XX) || (GD32F20X_CL) can_message_transmit(CAN0, &g_transmit_message); #elif defined (GD32F1X0) can_message_transmit(CAN1, &g_transmit_message); #endif #endif #if defined (CAN_RECEIVE) while(can_receive_flag == RESET); if((g_receive_message.rx_data[0] == 0xaa) && (g_receive_message.rx_data[1] == 0xbb)&&\ (g_receive_message.rx_data[2] == 0xcc) && (g_receive_message.rx_data[3] == 0xdd)) { LED2_ON(); } else { LED2_OFF(); } #endif while(1); }

CAN 發送消息初始化結構體說明列表

運行結果

本例程需要用到兩個開發板，用杜邦線把兩個開發板的CAN_H、CAN_L分別連接起來。打開CAN_Example例程，選擇好對應開發板的芯片工程后，先屏蔽掉CAN_RECEIVE，不屏蔽CAN_TRANSMIT ，編譯后把程序下載到一號開發板上。然后換一塊開發板，屏蔽掉CAN_TRANSMIT，不屏蔽CAN_RECEIVE，編譯后把程序下載到二號開發板上。接下來按下二號開發板的復位鍵，然后再按下一號開發板的復位鍵，此時會看到二號開發板的LED2被點亮，這表明通訊成功。

15.5.CAN 使用注意事項

（1） 使用F10X、F20X、F30X、F1X0、E10X、F403接收數據時如果出現接收兩幀數據會丟失一包的情況，這是由于手動多調用一次清緩存的操作導致的。因此，軟件中無需調用can_fifo_release函數；

（2） 使用F10X、F20X、F1X0時，會出現CAN離線后無法自動恢復，這是由于CAN模塊的離線自動恢復功能與CAN協議定義的離線恢復序列存在一定理解誤差造成的。該狀況可以通過使能離線中斷，在離線中斷內重新初始化CAN模塊來規避；

（3） GD32F170和GD32F190的CAN0內置PHY，其CANH和CANL口的耐壓范圍為VSS-0.3到VSS+7.5，內置的PHY不支持12V和24V系統。當使用CAN0時，建議硬件上按照下圖CAN0引腳連接圖連接。

CAN0 引腳連接圖

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