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波特率
波特率（Baud Rate）是指数据通信中每秒传输的符号（或脉冲）的数量。在CAN（Controller Area Network）通信中，波特率通常表示每秒传输的位数（bit per second，bps），例如125 kbps、250 kbps、500 kbps或1 Mbps等。波特率是决定CAN网络数据传输速度的重要参数。
选择合适的波特率需要考虑以下几个因素：
1. **网络长度**：随着网络长度的增加，信号的传播延迟会变大，高波特率在长距离通信中容易产生错误，因此长距离通信通常使用较低的波特率。
2. **节点数量**：网络中节点越多，数据冲突和总线负载越大，可能需要调整波特率来优化通信性能。
3. **应用需求**：某些应用对实时性要求高，需要较高的波特率来确保快速的数据传输，而其他应用可能对传输速度要求不高，可以选择较低的波特率。
在设置CAN网络时，确保所有节点的波特率一致，否则通信将无法正常进行。
在CAN（Controller Area Network）通信中，发送邮箱（Transmit Mailbox）和接收FIFO（Receive FIFO）是用于管理和处理数据帧的两个关键概念。
### CAN发送邮箱（Transmit Mailbox）
发送邮箱是CAN控制器用于存储待发送数据帧的缓冲区。当一个节点需要发送数据帧时，它会先将数据帧存储到发送邮箱中，然后由CAN控制器根据总线的可用性将数据帧发送出去。发送邮箱的数量和结构通常取决于具体的CAN控制器实现，不同的控制器可能提供多个发送邮箱以支持并行发送和优先级管理。
### CAN接收FIFO（Receive FIFO）
接收FIFO是CAN控制器用于存储接收到的数据帧的缓冲区。FIFO代表“First In, First Out”，即先进先出。这意味着最先到达的数据帧会最先被处理。接收FIFO用于暂存从CAN总线接收到的数据帧，以便微控制器能够按照先后顺序处理这些帧。CAN控制器通常提供一个或多个接收FIFO，以便有效管理和处理接收的数据流。
### 发送邮箱和接收FIFO的功能
- **发送邮箱的功能：**
1. **存储待发送的数据帧**：发送邮箱暂时存储待发送的数据帧，直到总线可用。
2. **管理发送优先级**：多个发送邮箱可以用于实现数据帧的优先级管理，使得高优先级的数据帧能够优先发送。
3. **减少CPU负担**：通过硬件发送邮箱管理，减少了CPU直接处理发送请求的负担。
- **接收FIFO的功能：**
1. **缓冲接收数据帧**：接收FIFO缓冲从总线接收到的数据帧，使微控制器有时间处理数据。
2. **先进先出管理**：确保数据帧按照接收顺序进行处理，避免数据混乱。
3. **减少数据丢失**：FIFO缓冲机制有助于在高流量情况下减少数据帧的丢失。
### 具体操作示例
假设我们有一个基于STM32微控制器的CAN通信系统，下面是发送邮箱和接收FIFO的简要使用步骤：
#### 发送邮箱使用步骤：
1. **配置发送邮箱**：配置发送邮箱的ID、数据长度和数据内容。
2. **加载数据帧**：将数据帧加载到发送邮箱中。
3. **触发发送**：触发发送命令，将数据帧从发送邮箱发送到CAN总线。
```c
CAN_TxHeaderTypeDef TxHeader;
uint32_t TxMailbox;
uint8_t TxData[8] = {0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x55, 0x66, 0x77, 0x88};
// 配置发送邮箱
TxHeader.StdId = 0x123;
TxHeader.RTR = CAN_RTR_DATA;
TxHeader.IDE = CAN_ID_STD;
TxHeader.DLC = 8;
// 加载数据帧并触发发送
HAL_CAN_AddTxMessage(&hcan, &TxHeader, TxData, &TxMailbox);
```
#### 接收FIFO使用步骤：
1. **配置接收过滤器**：配置CAN过滤器以确定哪些数据帧将进入接收FIFO。
2. **等待接收数据**：CAN控制器将接收到的数据帧存储到接收FIFO中。
3. **读取接收数据**：从接收FIFO中读取并处理数据帧。
```c
CAN_RxHeaderTypeDef RxHeader;
uint8_t RxData[8];
// 检查是否有新的接收消息
if (HAL_CAN_GetRxMessage(&hcan, CAN_RX_FIFO0, &RxHeader, RxData) == HAL_OK) {
// 处理接收到的数据
}
```
这些步骤是CAN发送邮箱和接收FIFO基本操作的示例，具体实现可能因硬件平台和应用需求而有所不同。
CAN（Controller Area Network）中的过滤器用于筛选和处理从总线接收到的数据帧。过滤器的配置直接影响哪些数据帧可以进入接收FIFO，并最终被处理。不同位数的过滤器配置选项主要是为了适应不同的应用需求和通信协议，提供灵活性和更高效的数据管理。
### 过滤器的基本概念
在CAN通信中，过滤器用于对接收的数据帧进行筛选，确定哪些数据帧需要被接收和处理。过滤器通常基于消息ID来工作，而消息ID可以是11位（标准ID）或29位（扩展ID）。
### 过滤器的位数配置选项
1. **标准ID过滤器（11位）**：用于筛选标准ID（11位）的数据帧。
2. **扩展ID过滤器（29位）**：用于筛选扩展ID（29位）的数据帧。
3. **混合模式过滤器**：某些CAN控制器支持混合模式过滤器，可以同时处理标准ID和扩展ID的数据帧。
### 为什么需要不同的过滤器配置
1. **灵活性和适应性**：不同应用可能有不同的通信需求。某些应用仅使用标准ID，而另一些应用可能需要扩展ID。通过提供不同的过滤器配置选项，可以更好地适应各种应用场景。
2. **资源优化**：CAN控制器的资源（如过滤器数量和存储空间）是有限的。通过选择合适的过滤器配置，可以优化资源的使用。例如，在一个只使用标准ID的网络中，使用11位的过滤器可以节省资源，而不必浪费在扩展ID的过滤上。
3. **通信效率**：通过有效的过滤器配置，可以减少不必要的数据帧进入接收FIFO，提高通信效率。仅接收和处理与应用相关的数据帧，减少处理无关数据的开销。
### 过滤器配置示例
以下是基于STM32微控制器的过滤器配置示例，展示了如何配置不同位数的过滤器。
#### 配置标准ID过滤器（11位）
```c
CAN_FilterTypeDef sFilterConfig;
// 配置标准ID过滤器
sFilterConfig.FilterBank = 0;
sFilterConfig.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK;
sFilterConfig.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_16BIT;
sFilterConfig.FilterIdHigh = 0x123 << 5;
sFilterConfig.FilterIdLow = 0x0000;
sFilterConfig.FilterMaskIdHigh = 0x7FF << 5;
sFilterConfig.FilterMaskIdLow = 0x0000;
sFilterConfig.FilterFIFOAssignment = CAN_FILTER_FIFO0;
sFilterConfig.FilterActivation = ENABLE;
if (HAL_CAN_ConfigFilter(&hcan, &sFilterConfig) != HAL_OK) {
// 配置失败处理
}
```
#### 配置扩展ID过滤器（29位）
```c
CAN_FilterTypeDef sFilterConfig;
// 配置扩展ID过滤器
sFilterConfig.FilterBank = 0;
sFilterConfig.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK;
sFilterConfig.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_32BIT;
sFilterConfig.FilterIdHigh = (0x12345678 >> 13) & 0xFFFF;
sFilterConfig.FilterIdLow = (0x12345678 << 3) & 0xFFFF;
sFilterConfig.FilterMaskIdHigh = (0x1FFFFFFF >> 13) & 0xFFFF;
sFilterConfig.FilterMaskIdLow = (0x1FFFFFFF << 3) & 0xFFFF;
sFilterConfig.FilterFIFOAssignment = CAN_FILTER_FIFO0;
sFilterConfig.FilterActivation = ENABLE;
if (HAL_CAN_ConfigFilter(&hcan, &sFilterConfig) != HAL_OK) {
// 配置失败处理
}
```
### 结论
不同位数的过滤器配置选项为CAN网络提供了灵活性和优化通信效率的能力。根据具体的应用需求选择合适的过滤器配置，可以确保CAN网络的高效和可靠运行。
CAN协议中的数据帧有两种类型：标准帧和扩展帧。它们的主要区别在于标识符（ID）的长度和帧结构。以下是它们的详细数据结构以及图示。
### 标准帧（Standard Frame）
标准帧使用11位的标识符。其帧结构如下：
```
+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
| SOF | Identifier (11 bits) | RTR | IDE | r0 | DLC | Data Field (0-8 bytes) | CRC | CRC Delimiter | ACK Slot | ACK Delimiter | EOF |
+-----+----------------------------+-----+-----+-----+-----+------------------------------------------+-----+---------------+----------+---------------+-----+
```
- **SOF (Start of Frame)**: 开始帧，1位。
- **Identifier**: 标识符，11位。
- **RTR (Remote Transmission Request)**: 远程传输请求，1位。
- **IDE (Identifier Extension)**: 标识符扩展位，1位，标准帧中为0。
- **r0**: 保留位，1位。
- **DLC (Data Length Code)**: 数据长度码，4位，表示数据字段的字节数（0-8）。
- **Data Field**: 数据字段，0-8字节。
- **CRC (Cyclic Redundancy Check)**: 循环冗余校验，15位。
- **CRC Delimiter**: CRC分隔符，1位。
- **ACK Slot**: 确认槽，1位。
- **ACK Delimiter**: 确认分隔符，1位。
- **EOF (End of Frame)**: 帧结束，7位。
### 扩展帧（Extended Frame）
扩展帧使用29位的标识符。其帧结构如下：
```
+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
| SOF | Identifier (11 bits) | SRR | IDE | Identifier extension (18 bits) | RTR | r0 | r1 | DLC | Data Field (0-8 bytes) | CRC | CRC Delimiter | ACK Slot | ACK Delimiter | EOF |
+-----+----------------------+-----+-----+-------------------------------+-----+-----+-----+-----+------------------------------------------+-----+---------------+----------+---------------+-----+
```
- **SOF (Start of Frame)**: 开始帧，1位。
- **Identifier**: 标识符，11位。
- **SRR (Substitute Remote Request)**: 替代远程请求位，1位，在扩展帧中用于替代RTR。
- **IDE (Identifier Extension)**: 标识符扩展位，1位，扩展帧中为1。
- **Identifier extension**: 扩展标识符，18位。
- **RTR (Remote Transmission Request)**: 远程传输请求，1位。
- **r0**: 保留位，1位。
- **r1**: 保留位，1位。
- **DLC (Data Length Code)**: 数据长度码，4位，表示数据字段的字节数（0-8）。
- **Data Field**: 数据字段，0-8字节。
- **CRC (Cyclic Redundancy Check)**: 循环冗余校验，15位。
- **CRC Delimiter**: CRC分隔符，1位。
- **ACK Slot**: 确认槽，1位。
- **ACK Delimiter**: 确认分隔符，1位。
- **EOF (End of Frame)**: 帧结束，7位。
### 图示
#### 标准帧结构图
```
+-----+-------------------+-----+-----+-----+-----+------------------------------------+-----+---------------+----------+---------------+-----+
| SOF | Identifier (11 bits) | RTR | IDE | r0 | DLC | Data Field (0-8 bytes) | CRC | CRC Delimiter | ACK Slot | ACK Delimiter | EOF |
+-----+-------------------+-----+-----+-----+-----+------------------------------------+-----+---------------+----------+---------------+-----+
```
#### 扩展帧结构图
```
+-----+----------------------+-----+-----+-----------------------------+-----+-----+-----+-----+------------------------------------+-----+---------------+----------+---------------+-----+
| SOF | Identifier (11 bits) | SRR | IDE | Identifier extension (18 bits) | RTR | r0 | r1 | DLC | Data Field (0-8 bytes) | CRC | CRC Delimiter | ACK Slot | ACK Delimiter | EOF |
+-----+----------------------+-----+-----+-----------------------------+-----+-----+-----+-----+------------------------------------+-----+---------------+----------+---------------+-----+
```
这些图示说明了标准帧和扩展帧的结构和组成部分。不同的帧类型使用不同长度的标识符来满足各种应用需求。
在AUTOSAR中，配置CAN通信涉及多个模块。这些模块共同协作，确保CAN网络的高效和可靠运行。以下是主要涉及的AUTOSAR基础软件（BSW）模块：
主要模块
-
CAN Driver（CanDrv）
- 负责直接与CAN硬件控制器进行交互。
- 配置CAN控制器的波特率、时间段、模式等参数。
- 处理基本的CAN帧发送和接收操作。
-
CAN Interface（CanIf）
- 提供一个抽象层，使上层模块（如PDU路由器）不必直接与CAN驱动交互。
- 处理PDU（Protocol Data Unit）的发送和接收。
- 管理多CAN通道和CAN控制器的配置。
-
PDU Router（PduR）
- 负责在不同通信总线（如CAN、LIN、FlexRay）之间路由PDU。
- 确定PDU的源和目的地，处理多跳传输。
-
Communication Manager（ComM）
- 管理ECU的通信模式和状态。
- 控制通信总线的激活和停用。
- 处理ECU的网络请求和释放。
-
Network Management（Nm）
- 处理网络管理协议，管理网络中节点的活动状态。
- 确保网络中的所有节点在需要时保持同步和活跃。
- 支持网络的睡眠和唤醒机制。
-
Diagnostic Communication Manager（Dcm）
- 处理诊断服务和协议（如UDS - Unified Diagnostic Services）。
- 提供诊断请求的接收和响应机制。
-
Signal Gateway（SgG）
- 处理信号在不同通信总线和ECU之间的路由。
- 确保信号在不同网络拓扑中的传输和映射。