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中科芯CKS32F107XX系列MCU的bxCAN介绍

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MCU微课堂CKS32F107XX系列bxCAN介绍第70期2026.01.19

bxCAN简介

CKS32F107xx系列产品的bxCAN支持CAN协议2.0A和2.0B标准。 CAN控制器支持最高1Mb/s的通信速率；自动接收和发送CAN报文，支持标准ID和扩展ID报文；外设具有3个发送邮箱，可通过软件控制发送消息的优先级，并可记录发送时间；具有2个3级深度接收FIFO，可利用过滤功能只接收或不接收特定ID号的报文；可配置自动重传；它不支持使用DMA进行数据传输和接收。

图1是CKS32F107系列芯片的CAN外围架构图。图中有两组CAN控制器，其中CAN1为主设备。框图中的“存储访问控制器”由CAN1控制。 CAN2不能直接访问存储区域，因此使用CAN2时，必须使能CAN1外设的时钟。框图主要包括CAN控制核心、发送邮箱、接收FIFO和验收滤波器。

图1 CKS32F107系列CAN外设架构图

CAN控制内核CAN控制核心包含各种控制寄存器和状态寄存器。我们主要讲解主控寄存器CAN_MCR和位时序寄存器CAN_BTR。

主控寄存器CAN_MCR负责管理CAN的工作模式，主要包括以下几种工作模式：

DBF调试冻结功能DBF（Debug freeze）：调试冻结，用它来设置CAN处于工作状态或禁止发送和接收。当发送和接收被禁用时，接收FIFO 中的数据仍然可以访问。这两种状态仅在芯片处于程序调试模式时使用，不会影响正常使用。

TTCM 时间触发通信模式TTCM（时间触发通信模式）：时间触发模式，用于配置CAN 的时间触发通信模式。该模式下，CAN利用其内部定时器生成时间戳，可用于实现ISO 11898-4CAN标准的分时同步通信功能。 ABOM自动离线管理ABOM（Automatic Bus-off management）：自动离线管理，用于设置是否使用自动离线管理功能。当节点检测到自己的发送错误或接收错误超过一定值时，会自动进入离线状态。在离线状态下，CAN无法接收或发送报文。离线时，您可以通过软件控制恢复或直接使用此自动离线管理功能，它会在适当的时间自动恢复。

AWUM 自动唤醒AWUM（自动总线关闭管理）：自动唤醒功能，CAN 外设可以使用软件进入低功耗睡眠模式。如果启用此自动唤醒功能，CAN 将在检测到总线活动时自动唤醒。

NART 自动重传NART（无自动重传）：报文的自动重传功能。设置该功能后，当消息发送失败时，会自动重发，直至成功。如果不使用该功能，则无论发送结果如何，消息都只会发送一次。

RFLM 锁定模式RFLM（接收FIFO 锁定模式）：FIFO 锁定模式，该功能用于锁定接收FIFO。锁定后，当接收FIFO溢出时，下一条接收到的报文将被丢弃。如果没有锁定，下一条收到的消息将覆盖原来的消息。

TXFP消息发送优先级确定方法TXFP（Transmit FIFOpriority）：消息发送优先级确定方法。当CAN外设的发送邮箱中有多个报文需要发送时，该函数可以控制是按照报文的ID优先级还是按照报文在邮箱中存储的顺序发送。

位定时寄存器(CAN_BTR)和波特率：CAN外设中的位定时寄存器CAN_BTR用于配置测试模式、波特率以及各个位内的段参数。

正常模式：正常模式是正常的CAN节点可以向总线发送和接收数据。

静默模式：在静默模式下，自身输出端的逻辑0数据会直接传送到自己的输入端，而逻辑1可以发送到总线，因此不能发送显性位（逻辑0）到总线，而只能发送隐性位（逻辑1）。输入可以从总线接收内容。由于它只能发送不强制影响总线状态的隐性位，因此称为静默模式。该模式一般用于监控。它可用于分析总线上的流量，而不会通过发送显性位来影响总线。

环回模式：在环回模式下，自身输出端的所有内容直接传输至自身输入端，同时输出端的内容也传输至总线。即总线还可以用来监听其发送内容。输入端只接收自己发送端的内容，不接收总线的内容。使用环回模式进行自检。

Loopback静默模式：该模式是上述两种模式的组合。其自身输出端的所有内容均直接传输至自身输入端，不会将显性位发送至总线影响总线，且无法通过总线监控其传输内容。输入端只接收自己发送端的内容，不接收总线的内容。这种方法可以在“热自检”时使用，即自检时，不会干扰总线。

位时序和波特率： CKS32F107 中CAN 的位时序如图2 所示。

图2 CAN位时序图

CKS32F107的CAN外设位时序仅包含三段，即同步段SYNC_SEG、位段BS1和位段BS2。采样点位于BS1和BS2段的交界处。 SYNC_SEG段的长度固定为1Tq，而BS1和BS2段可以在位定时寄存器CAN_BTR中设置其时间长度。它们可以在重新同步期间增长或缩短。 SJW 的长度也可以在位定时寄存器中配置。因此，通过配置位时序寄存器CAN_BTR的TS1[3:0]和TS2[2:0]寄存器位设置BS1和BS2段的长度后，我们可以确定每个CAN数据位的时间：

T1位=1Tq+TBS1+TBS2=NTq

单个时间片的长度Tq与CAN外设的时钟总线和分频器配置有关。 CAN1和CAN2外设均挂载在APB1总线上，位时序寄存器CAN_BTR中的BRP[9:0]寄存器位可以设置CAN外设时钟的分频值，因此：

Tq=(BRP[9:0]+1) x TPCLK

PCLK指的是APB1时钟，默认值为36MHz。

最后可以计算出CAN通信的波特率：BaudRate=1/NTq

CAN发送邮箱共有3个发送邮箱，即最多可以缓存3条要发送的邮件。每个发送邮箱包含标识符寄存器CAN_TIxR、数据长度控制寄存器CAN_TDTxR和2个数据寄存器CAN_TDLxR和CAN_TDHxR的功能如下表所示。当我们要使用CAN外设发送报文时，我们将报文的各个段分解并按照位置写入到这些寄存器中，并将标识符寄存器CAN_TIxR中的发送请求寄存器位TMIDxR_TXRQ设置为1来发送数据。

CAN接受FIFOCKS32F107系列共有2个接收FIFO。每个FIFO 有3 个邮箱，这意味着它最多可以缓存6 个接收到的消息。当接收到消息时，FIFO 的消息计数器将增加。 CKS32F107内部读取FIFO数据后，消息计数器会减少。我们可以通过状态寄存器知道消息计数器的值，通过前面主控寄存器的RFLM位可以设置锁定模式。在锁定模式下，当FIFO 溢出时，新消息将被丢弃。在非锁定模式下，当FIFO 溢出时，新消息将覆盖旧消息。与发送邮箱类似，每个接收FIFO 包含一个标识符寄存器CAN_RIxR、一个数据长度控制寄存器CAN_RDTxR 以及两个数据寄存器CAN_RDLxR 和CAN_RDHxR。它们的功能如发送邮箱寄存器表所示。通过中断或者状态寄存器知道接收FIFO有数据后，我们就可以读取这些寄存器的值，将接收到的报文加载到MCU的内存中。

验收筛选器CAN外设接受过滤器，共有28个过滤器组，每个过滤器组有2个寄存器，CAN1和CAN2共享过滤器。在CAN协议中，报文的标识符与节点地址无关，而是与报文内容有关。因此，当发送节点向所有接收者广播消息时，接收节点会根据消息标识符的值来判断软件是否需要该消息。为了简化软件的工作，CAN外设在接收报文之前会使用接受过滤器进行检查，只接收需要的报文放入FIFO中。

初始化结构

从CKS32F107的CAN外设我们知道它的功能非常多，涉及控制的寄存器也非常丰富。利用标准库提供的各种结构体和库函数可以简化这些控制过程。与其他外设一样，标准库提供了CAN初始化结构体和初始化函数来控制CAN的工作模式，提供了用于发送和接收消息的结构体和收发器函数，以及用于配置控制过滤器模式和ID的结构体。

清单1: 代码清单：CAN 初始化结构

类型定义结构{

uint16_tCAN_Prescaler；

uint8_tCAN_Mode；

uint8_tCAN_SJW；

uint8_tCAN_BS1；

uint8_tCAN_BS2；

功能状态CAN_TTCM；

功能状态CAN_ABOM；

功能状态CAN_AWUM；

功能状态CAN_NART；

功能状态CAN_RFLM；

功能状态CAN_TXFP；

CAN_InitTypeDef;

(1) CAN_预分频器

该成员设置CAN外设的时钟分频，可以控制时间片Tq的长度。这里设置的值最终会减1后再写入BRP寄存器位，这就是前面介绍的Tq计算公式：

Tq=(BRP[9:0]+1) x TPCLK

等价于：Tq=CAN_Prescaler x TPCLK

(2) CAN_模式

该成员设置CAN的工作模式，可设置为正常模式（CAN_Mode_Normal）、环回模式（CAN_Mode_LoopBack）、静默模式（CAN_Mode_Silent）和环回静默模式（CAN_Mode_Silent_LoopBack）。

(3)CAN_SJW

该成员可以配置SJW的限制长度，即CAN重新同步过程中一次可以增加或缩短的最大长度。可配置为1-4Tq (CAN_SJW_1/2/3/4tq)。

(4) CAN_BS1

该成员用于设置CAN位时序中BS1段的长度，可配置为1-16个Tq长度（CAN_BS1_1/2/3…16tq）。

(5)CAN_BS2

该成员用于设置CAN位时序中BS2段的长度。可配置为1-8 Tq 长度(CAN_BS2_1/2/3.8tq)。 SYNC_SEG、BS1 段和BS2 段的长度之和就是一个数据位的长度，也就是前面介绍的原始计算公式： T1bit=1Tq+TS1+TS2=1+ (TS1[3:0] +1)+ (TS2[2:0]+1) 等价于：T1bit=1Tq+CAN_BS1+CAN_BS2

(6)CAN_TTCM

该成员用于设置是否使用时间触发功能（ENABLE/DISABLE），该功能在一些CAN标准中使用。

(7) CAN_ABOM

该成员用于设置是否使用自动离线管理（ENABLE/DISABLE）。采用自动离线管理，可以在出现错误、离线后自动及时恢复节点，无需软件干预。

(8) CAN_AWUM

该成员用于设置是否使用自动唤醒功能（ENABLE/DISABLE）。自动唤醒功能使能后，检测到总线活动后会自动唤醒。

(9) CAN_ABOM

该成员用于设置是否使用自动离线管理功能（ENABLE/DISABLE）。采用自动离线管理，可以在发生错误时离线后自动及时恢复，无需软件干预。

(10)CAN_NART

该成员用于设置是否使用自动重传功能（ENABLE/DISABLE）。当使用自动重发功能时，消息会一直发送，直至成功。

(11)CAN_RFLM

该成员用于设置是否使用锁定接收FIFO（ENABLE/DISABLE）。锁定接收FIFO 后，如果FIFO 溢出，新数据将被丢弃。否则，当FIFO 溢出时，旧数据将被新数据覆盖。

(12)CAN_TXFP

该成员用于设置发送消息的优先级确定方法（ENABLE/DISABLE）。启用后，消息将按照发送邮箱中存储的顺序发送。否则，将根据消息ID 的优先级发送它们。配置完这些结构体成员后，我们调用库函数CAN_Init将这些参数写入CAN控制寄存器，实现CAN初始化。

CAN发送和接收结构

清单2: 代码清单：CAN 发送和接收结构

类型定义结构

{

uint32_t 标准ID；

uint32_t ExtId；

uint8_t IDE；

uint8_t RTR；

uint8_t DLC；

uint8_t 数据[8]；

CanTxMsg；

类型定义结构

{

uint32_t 标准ID；

uint32_t ExtId；

uint8_t IDE；

uint8_t RTR；

uint8_t DLC；

uint8_t 数据[8]；

uint8_t FMI；

CanRxMsg；

(1) 标准ID

该成员存储消息的11位标准标识符，范围从0-0x7FF。

(2)扩展ID

该成员存储消息的29位扩展标识符，范围为0-0x1FFFFFFF。 ExtId和StdId这两个成员是根据下面的IDE位进行配置的，只有一个有效。

(3) 集成开发环境

该成员存储扩展标志IDE位。当其值为宏CAN_ID_STD时，表示该报文是标准帧，StdId成员用于存储报文ID；当其值为宏CAN_ID_EXT时，表示该报文是扩展帧，ExtId成员用于存储报文ID。

(4)RTR

该成员存储消息类型标志RTR位。当其值为宏CAN_RTR_Data时，表示该报文是数据帧；当其值为宏CAN_RTR_Remote时，表示该消息是远程控制帧。由于远程控制帧没有数据段，当报文为远程控制帧时，后面的Data[8]成员的内容无效。

(5) DLC

该成员存储数据帧的数据段的长度。其取值范围为0-8。当消息为远程控制帧时，DLC值为0。

(6) 数据[8]

该成员存储数据帧中数据段的数据。

(7)FMI

该成员仅存在于接收结构中。它存储过滤器编号并指示该消息通过哪个过滤器并存储在接收FIFO 中。它可用于简化软件处理。当需要使用CAN发送报文时，首先定义一个上述发送类型的结构体，然后根据其成员将报文的内容赋给该结构体，最后调用库函数CAN_Transmit将这些内容写入发送邮箱来发送报文。接收报文时，通过检测标志位即可得知接收FIFO的状态。如果接收到报文，可以调用库函数CAN_Receive将接收FIFO的内容读入预定义的接收类型结构体中，然后访问该结构体来利用该报文。

CAN滤波器结构

清单3: 代码清单：CAN 过滤器结构

类型定义结构

{

uint16_t CAN_FilterIdHigh；

uint16_t CAN_FilterIdLow；

uint16_t CAN_FilterMaskIdHigh；

uint16_t CAN_FilterMaskIdLow；

uint16_t CAN_FilterFIFOAssignment；

uint8_t CAN_FilterNumber；

uint8_t CAN_FilterMode；

uint8_t CAN_FilterScale；