RT-Thread 应用笔记 - STM32 CAN 通信双机

发布于 2020-12-08 22:15:24

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RT-Thread USB学习实践系列

背景

  • CAN:控制器局域网络 (Controller Area Network, CAN) ,是一种串行通信总线。
  • 部分用户使用起来,并不是想象中那么的顺利。
  • CAN 通信,可以分为主、从机。
  • 基于rt-thread,已经有CAN的驱动框架,可以快速实现CAN数据的收发。
  • 这里基于STM32F103 实现CAN数据收发的功能。
  • 部分使用CAN的用户,发现无法通信,需要注意CAN本身引脚的配置与波特率、ID、滤波器等的设置。

前言

  • 嵌入式软件工程师,需要了解原理图,了解引脚定义,如CAN 通信使用的CAN_TXD、 CAN_RXD 引脚等等。
  • 我的板子,MCU 为STM32F103C8T6, Flash与SRAM都相对不大。
  • UART1用于rt-thread MSH串口。
  • PA11、PA12接CAN收发器
  • STM32F103 内部有CAN 控制器

移植

  • 首先搭建STM32F103最小系统,调通MSH 串口,有个LED指示会更好。
  • 根据原理图,CAN 引脚配置: xxx_msp.c文件:增加

2020-12-08_215655.png

/**
* @brief CAN MSP Initialization
* This function configures the hardware resources used in this example
* @param hcan: CAN handle pointer
* @retval None
*/
void HAL_CAN_MspInit(CAN_HandleTypeDef* hcan)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    if(hcan->Instance==CAN1)
    {
        /* Peripheral clock enable */
        __HAL_RCC_CAN1_CLK_ENABLE();

        __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
        /**CAN GPIO Configuration
        PA11     ------> CAN_RX
        PA12     ------> CAN_TX
        */
        GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_11;
        GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
        GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
        HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

        GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_12;
        GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
        GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
        HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
    }
}

/**
* @brief CAN MSP De-Initialization
* This function freeze the hardware resources used in this example
* @param hcan: CAN handle pointer
* @retval None
*/
void HAL_CAN_MspDeInit(CAN_HandleTypeDef* hcan)
{
    if(hcan->Instance==CAN1)
    {
        /* Peripheral clock disable */
        __HAL_RCC_CAN1_CLK_DISABLE();

        /**CAN GPIO Configuration
        PA11     ------> CAN_RX
        PA12     ------> CAN_TX
        */
        HAL_GPIO_DeInit(GPIOA, GPIO_PIN_11|GPIO_PIN_12);
    }
}
  • 通过rt-thread ENV工具,menuconfig,开启CAN,BSP中,配置CAN1(STM32F103C8,只有CAN1)

2020-12-08_214903.png

2020-12-08_215036.png

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  • rt-thread ENV工具: scons --target=mdk5,生成Keil MDK5工程。
  • 编译通过,下载发现,没任何CAN通信的功能。

CAN通信Demo

  • 配置好CAN设备驱动后,需要用户开发CAN通信应用。
  • 这里使用RT-Thread 官方提供的CAN 通信例子:
/*
 * 程序清单:这是一个 CAN 设备使用例程
 * 例程导出了 can_sample 命令到控制终端
 * 命令调用格式:can_sample can1
 * 命令解释:命令第二个参数是要使用的 CAN 设备名称,为空则使用默认的 CAN 设备
 * 程序功能:通过 CAN 设备发送一帧,并创建一个线程接收数据然后打印输出。
*/

#include <rtthread.h>
#include "rtdevice.h"

#define CAN_DEV_NAME       "can1"      /* CAN 设备名称 */

static struct rt_semaphore rx_sem;     /* 用于接收消息的信号量 */
static rt_device_t can_dev;            /* CAN 设备句柄 */

/* 接收数据回调函数 */
static rt_err_t can_rx_call(rt_device_t dev, rt_size_t size)
{
    /* CAN 接收到数据后产生中断,调用此回调函数,然后发送接收信号量 */
    rt_sem_release(&rx_sem);

    return RT_EOK;
}

static void can_rx_thread(void *parameter)
{
    int i;
    rt_err_t res;
    struct rt_can_msg rxmsg = {0};

    /* 设置接收回调函数 */
    rt_device_set_rx_indicate(can_dev, can_rx_call);


#if 0
    struct rt_can_filter_item items[5] =
    {
        RT_CAN_FILTER_ITEM_INIT(0x100, 0, 0, 1, 0x700, RT_NULL, RT_NULL), /* std,match ID:0x100~0x1ff,hdr 为 - 1,设置默认过滤表 */
        RT_CAN_FILTER_ITEM_INIT(0x300, 0, 0, 1, 0x700, RT_NULL, RT_NULL), /* std,match ID:0x300~0x3ff,hdr 为 - 1 */
        RT_CAN_FILTER_ITEM_INIT(0x211, 0, 0, 1, 0x7ff, RT_NULL, RT_NULL), /* std,match ID:0x211,hdr 为 - 1 */
        RT_CAN_FILTER_STD_INIT(0x486, RT_NULL, RT_NULL),                  /* std,match ID:0x486,hdr 为 - 1 */
        {0x555, 0, 0, 1, 0x7ff, 7,}                                       /* std,match ID:0x555,hdr 为 7,指定设置 7 号过滤表 */
    };
    struct rt_can_filter_config cfg = {5, 1, items}; /* 一共有 5 个过滤表 */
    /* 设置硬件过滤表 */
    res = rt_device_control(can_dev, RT_CAN_CMD_SET_FILTER, &cfg);
    RT_ASSERT(res == RT_EOK);
#endif

    while (1)
    {
        /* hdr 值为 - 1,表示直接从 uselist 链表读取数据 */
        rxmsg.hdr = -1;
        /* 阻塞等待接收信号量 */
        rt_sem_take(&rx_sem, RT_WAITING_FOREVER);
        /* 从 CAN 读取一帧数据 */
        rt_device_read(can_dev, 0, &rxmsg, sizeof(rxmsg));
        /* 打印数据 ID 及内容 */
        rt_kprintf("ID:%x", rxmsg.id);
        for (i = 0; i < 8; i++)
        {
            rt_kprintf("%2x", rxmsg.data[i]);
        }

        rt_kprintf("\n");
    }
}

int can_sample(int argc, char *argv[])
{
    struct rt_can_msg msg = {0};
    rt_err_t res;
    rt_size_t  size;
    rt_thread_t thread;
    char can_name[RT_NAME_MAX];

    if (argc == 2)
    {
        rt_strncpy(can_name, argv[1], RT_NAME_MAX);
    }
    else
    {
        rt_strncpy(can_name, CAN_DEV_NAME, RT_NAME_MAX);
    }
    /* 查找 CAN 设备 */
    can_dev = rt_device_find(can_name);
    if (!can_dev)
    {
        rt_kprintf("find %s failed!\n", can_name);
        return RT_ERROR;
    }

    /* 初始化 CAN 接收信号量 */
    rt_sem_init(&rx_sem, "rx_sem", 0, RT_IPC_FLAG_FIFO);

    /* 以中断接收及发送方式打开 CAN 设备 */
    res = rt_device_open(can_dev, RT_DEVICE_FLAG_INT_TX | RT_DEVICE_FLAG_INT_RX);
    RT_ASSERT(res == RT_EOK);
    /* 创建数据接收线程 */
    thread = rt_thread_create("can_rx", can_rx_thread, RT_NULL, 1024, 25, 10);
    if (thread != RT_NULL)
    {
        rt_thread_startup(thread);
    }
    else
    {
        rt_kprintf("create can_rx thread failed!\n");
    }

    msg.id = 0x78;              /* ID 为 0x78 */
    msg.ide = RT_CAN_STDID;     /* 标准格式 */
    msg.rtr = RT_CAN_DTR;       /* 数据帧 */
    msg.len = 8;                /* 数据长度为 8 */
    /* 待发送的 8 字节数据 */
    msg.data[0] = 0x00;
    msg.data[1] = 0x11;
    msg.data[2] = 0x22;
    msg.data[3] = 0x33;
    msg.data[4] = 0x44;
    msg.data[5] = 0x55;
    msg.data[6] = 0x66;
    msg.data[7] = 0x77;
    /* 发送一帧 CAN 数据 */
    size = rt_device_write(can_dev, 0, &msg, sizeof(msg));
    if (size == 0)
    {
        rt_kprintf("can dev write data failed!\n");
    }

    return res;
}

void can_send_test(void)
{
    struct rt_can_msg msg = {0};
    rt_size_t  size;
    static rt_uint8_t num = 0;
    
    msg.id = 0x78;              /* ID 为 0x78 */
    msg.ide = RT_CAN_STDID;     /* 标准格式 */
    msg.rtr = RT_CAN_DTR;       /* 数据帧 */
    msg.len = 8;                /* 数据长度为 8 */

    /* 待发送的 8 字节数据 */
    msg.data[0] = 0x00;
    msg.data[1] = num++;
    msg.data[2] = 0x22;
    msg.data[3] = 0x33;
    msg.data[4] = num++;
    msg.data[5] = 0x55;
    msg.data[6] = 0x66;
    msg.data[7] = 0x77;
    /* 发送一帧 CAN 数据 */
    size = rt_device_write(can_dev, 0, &msg, sizeof(msg));
    if (size == 0)
    {
        rt_kprintf("can dev write data failed!\n");
    }
}

/* 导出到 msh 命令列表中 */
MSH_CMD_EXPORT(can_sample, can device sample);
MSH_CMD_EXPORT(can_send_test, can send test);
  • 代码编译完成,下载。串口运行:can_sample,发现CAN通信失败!!
  • 接好USB转CAN,打开电脑的USB CAN工具

2020-12-08_215917.png

  • 打开USB转CAN(当然,若有其他的CAN主机或设备,可以不使用USB转CAN),注意波特率,这里配置为1Mbps。
  • 重启,再次运行can_sample,发现,接收到STM32发出的CAN数据帧。
  • 多次运行 can_send_test,电脑端可以接受数据。
  • 注意,我关闭了滤波器功能(这个功能,抽时间讲下),也就是CAN总线上所以的ID来的数据,都可以接收!!

2020-12-08_220258.png

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  • CAN的双向收发测试完成!!

总结

  • CAN 是一种通信总线,需要通过ID来标识每个设备或主机。
  • CAN 波特率最大为1Mbps,注意波特率的计算公式,设置方式。
  • 滤波器,可以用来屏蔽一些ID,如只接收某些ID,这样可以防止CAN频繁的中断与解析!
  • CAN接线方式:CANH ---- CANH, CANL ---- CANL。可以选择共地,差分信号,不共地,依旧可以正常通信。
  • CAN总线与RS485一样,长距离通信,最好有终端匹配电阻,如120欧姆。终端电阻接在CAN总线的两端。

2020-12-08_221411.png

  • CAN 总线的特性,可以实现总线上,多个主机。

参考例程

https://gitee.com/zhangsz0516/rtt_stm32_can
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