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CAN/FD CAN总线配置最新详解包含理论+实战（附带源码）

news 来源：原创 2025/9/5 0:03:04

看前须知：本篇文章不会说太多理论性的内容（重点在理论结合实践），顾及实操，应用，一切理论内容支撑都是为了后续实际操作进行铺垫，重点在于读者可以看完文章应用。（也为节约读者时间，节约学习时间成本）

一、理论部分

CAN总线（Controller Area Network Bus）控制器局域网总线
CAN总线是由BOSCH公司开发的一种简洁易用、传输速度快、易扩展、可靠性高的串行通信总线，广泛应用于汽车、嵌入式、工业控制等领域

CAN硬件电路

每个设备通过CAN收发器挂载在CAN总线网络上

CAN控制器引出的TX和RX与CAN收发器相连，CAN收发器引出的CAN_H和CAN_L分别与总线的CAN_H和CAN_L相连

（xCAN_TX直连CAN收发器TX，同理RX如此）

高速CAN使用闭环网络，CAN_H和CAN_L两端添加120Ω的终端电阻

（避免回波反射的作用）

低速CAN使用开环网络，CAN_H和CAN_L其中一端添加2.2kΩ的终端电阻

（类IIC有着上拉的作用）

CAN电平标准

CAN总线特征：
两根通信线（CAN_H、CAN_L），线路少
差分信号通信，抗干扰能力强
高速CAN（ISO11898）：125k~1Mbps, <40m
低速CAN（ISO11519）：10k~125kbps, <1km
异步，无需时钟线，通信速率由设备各自约定
半双工，可挂载多设备，多设备同时发送数据时通过仲裁判断先后顺序
11位/29位报文ID，用于区分消息功能，同时决定优先级
可配置1~8字节的有效载荷
可实现广播式和请求式两种传输方式
应答、CRC校验、位填充、位同步、错误处理等特性

帧类型	用途
数据帧	发送设备主动发送数据（广播式）
遥控帧	接收设备主动请求数据（请求式）
错误帧	某个设备检测出错误时向其他设备通知错误
过载帧	接收设备通知其尚未做好接收准备
帧间隔	用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离开

字段	经典CAN (CAN 2.0)	FDCAN
SOF（Start of Frame）	帧起始	帧起始
ID（Identifier）	11位/29位	11位/29位
RTR（Remote Transmission Request）	远程请求位	仅在经典CAN模式下有效
IDE（Identifier Extension）	扩展标志位	扩展标志位
SRR（Substitute Remote Request）	替代RTR	替代RTR
r0/r1（Reserve）	1位保留	2位保留
FDF（Flexible Data-rate Format）	无	指示是否为FDCAN帧
BRS（Bit Rate Switching）	无	指示数据段是否使用更高波特率
DLC（Data Length Code）	4位（支持0~8字节）	4位（支持0~64字节）
Data	0~8 字节	0~64 字节
CRC（Cyclic Redundancy Check）	15/17位	17/21位
ACK（Acknowledgement）	应答位	应答位
CRC/ACK界定符	为ACK前后提供时间	为ACK前后提供时间
EOF（End of Frame）	帧结束	帧结束

遥控帧

遥控帧无数据段，RTR为隐性电平1，其他部分与数据帧相同

错误帧

总线上所有设备都会监督总线的数据，一旦发现“位错误”或“填充错误”或“CRC错误”或“格式错误”或“应答错误” ，这些设备便会发出错误帧来破坏数据，同时终止当前的发送设备

过载帧

当接收方收到大量数据而无法处理时，其可以发出过载帧，延缓发送方的数据发送，以平衡总线负载，避免数据丢失

帧间隔

将数据帧和遥控帧与前面的帧分离开

位填充

发送方 每发送 5 个连续相同电平位（0 或 1）后，自动插入 1 个相反电平的填充位。
接收方 在收到数据时，会检测并移除填充位，恢复原始数据流。

即将发送的原始数据	实际发送的数据（填充后）	接收后移除填充
`100000110`	`1000001110`	`100000110`
`10000011110`	`1000001111100`	`10000011110`
`0111111111110`	`011111011111010`	`0111111111110`

FDCAN（Flexible Data-rate CAN）是CAN总线的升级版本，旨在提高数据传输速度和数据负载能力。它兼容经典CAN（CAN2.0），同时提供更高效的通信性能，使其在汽车电子、工业控制、机器人等领域得到广泛应用。

CAN 2.0 发送 RTR 位明确帧类型：数据帧（ RTR 为显性）或远程帧（ RTR 为隐性）。

CAN-FD 只支持数据帧，因此总是发送显性 RRS （预留）。

相较于 CAN 2.0 ， CAN-FD 帧中的控制场增加了三个新的位：

扩展数据长度（ EDL ）位：若为隐性，表示帧为 CAN-FD 帧；否则，此位为显性（称为 R0 ）（在 CAN 2.0 帧中）

比特率切换（ BRS ）：指示是否启用了两个比特率（例如，在用不同于仲裁阶段的比特率发送数据阶段时）

错误状态指示位（ ESI ）：指示节点处于错误主动模式还是错误被动模式

FDCAN 主要特性

更高的数据速率：

最高可达 8Mbps（相比经典CAN的1Mbps有大幅提升）。

更大的数据负载：

经典CAN最大数据长度：8字节

FDCAN最大数据长度：64字节

更高效的协议：

采用 位速率切换（BRS, Bit Rate Switching）：允许在数据段提升传输速率，提高吞吐量。

改进的错误检测机制：包括Cyclic Redundancy Check（CRC）增强，提高数据可靠性。

兼容性：

向下兼容 经典CAN，可与CAN 2.0设备共存。

可以混合经典CAN和FDCAN设备，确保平滑升级。

FDCAN的帧格式，FDCAN与经典CAN的帧结构类似，但在数据段长度和速率切换上有所不同：

标准帧格式（11-bit 标准 ID）

扩展帧格式（29-bit 扩展 ID）

数据字段可变（8~64 字节）

位速率切换（BRS） 用于在数据段加速传输

字段	说明
帧起始（SOF）	表示帧开始
标识符（ID）	11位/29位
控制字段	指示数据长度、BRS、FDF（FDCAN帧标识）等
数据字段	可变长度（0~64字节）
CRC 校验	用于错误检测
确认字段	其他节点发送ACK
帧结束	结束标识

标识符过滤器

每个过滤器单元由 4 个关键控制位 + 2 个 32 位寄存器（R1 和 R2）组成：

配置项	作用	说明
FSCx（Filter Scale，位宽设置）	选择过滤器位宽	0：16 位模式（适用于标准 ID）。 1：32 位模式（适用于扩展 ID）。
FBMx（Filter Mode，模式设置）	选择过滤模式	0：屏蔽模式（Mask Mode）。 1：列表模式（List Mode）。
FFAx（Filter FIFO Assignment，关联 FIFO）	指定接收 FIFO	0：匹配的消息进入 FIFO 0。 1：匹配的消息进入 FIFO 1。
FACTx（Filter Activation，激活设置）	启用或禁用过滤器	0：过滤器禁用（不使用）。 1：过滤器启用（使用）。

标准 ID，屏蔽模式，匹配 0x100 ~ 0x1FF

FDCAN_FilterTypeDef sFilterConfig;
sFilterConfig.IdType = FDCAN_STANDARD_ID;  // 标准 ID（11-bit）
sFilterConfig.FilterIndex = 0;             // 过滤器索引 0
sFilterConfig.FilterType = FDCAN_FILTER_MASK; // 屏蔽模式
sFilterConfig.FilterConfig = FDCAN_FILTER_TO_RXFIFO0; // 关联 FIFO 0
sFilterConfig.FilterID1 = 0x100; // 基准 ID
sFilterConfig.FilterID2 = 0x700; // 掩码（低 8 位可变）if (HAL_FDCAN_ConfigFilter(&hfdcan1, &sFilterConfig) != HAL_OK)
{Error_Handler();
}

扩展 ID，列表模式，匹配 0x12345678

sFilterConfig.IdType = FDCAN_EXTENDED_ID;  // 扩展 ID（29-bit）
sFilterConfig.FilterIndex = 1;             // 过滤器索引 1
sFilterConfig.FilterType = FDCAN_FILTER_LIST; // 列表模式
sFilterConfig.FilterConfig = FDCAN_FILTER_TO_RXFIFO1; // 关联 FIFO 1
sFilterConfig.FilterID1 = 0x12345678; // 仅允许此 ID
sFilterConfig.FilterID2 = 0x00000000; // 备用if (HAL_FDCAN_ConfigFilter(&hfdcan1, &sFilterConfig) != HAL_OK)
{Error_Handler();
}

FDCAN 具有两个接收 FIFO（FIFO 0 和 FIFO 1）：

FIFO 0：通常用于高优先级消息。

FIFO 1：用于低优先级或非关键消息。

在过滤器配置时：

FFAx = 0：匹配的消息存入 FIFO 0。

FFAx = 1：匹配的消息存入 FIFO 1。

过滤器的激活

所有过滤器在默认情况下 禁用（FACTx=0），需要手动激活：

HAL_FDCAN_Start(&hfdcan1);

如果需要修改过滤器，先禁用，再重新配置：

HAL_FDCAN_Stop(&hfdcan1);
HAL_FDCAN_ConfigFilter(&hfdcan1, &sFilterConfig);
HAL_FDCAN_Start(&hfdcan1);

测试模式

静默模式：用于分析CAN总线的活动，不会对总线造成影响

hfdcan1.Init.Mode = FDCAN_MODE_BUS_MONITORING; // 设为静默模式
HAL_FDCAN_Init(&hfdcan1);

环回模式：用于自测试，同时发送的报文可以在CAN_TX引脚上检测到

hfdcan1.Init.Mode = FDCAN_MODE_INTERNAL_LOOPBACK; // 设为环回模式
HAL_FDCAN_Init(&hfdcan1);

环回静默模式：用于热自测试，自测的同时不会影响CAN总线

hfdcan1.Init.Mode = FDCAN_MODE_EXTERNAL_LOOPBACK; // 设为环回静默模式
HAL_FDCAN_Init(&hfdcan1);

二、实操部分

下述配置可以用到相关的软件比如笔者用的这款软件。

重点说明下配置问题

#include "fdcan.h"/* USER CODE BEGIN 0 */
//FDCAN_RxHeaderTypeDef RxHeader;
//uint8_t RxData[8];
//FDCAN_TxHeaderTypeDef TxHeader;
//uint8_t TxData[8]={0};
/* USER CODE END 0 */FDCAN_HandleTypeDef hfdcan2;/* FDCAN2 init function */
void MX_FDCAN2_Init(void)
{/* USER CODE BEGIN FDCAN2_Init 0 *//* USER CODE END FDCAN2_Init 0 *//* USER CODE BEGIN FDCAN2_Init 1 *//* USER CODE END FDCAN2_Init 1 */hfdcan2.Instance = FDCAN2;hfdcan2.Init.ClockDivider = FDCAN_CLOCK_DIV1;hfdcan2.Init.FrameFormat = FDCAN_FRAME_FD_BRS;hfdcan2.Init.Mode = FDCAN_MODE_NORMAL;hfdcan2.Init.AutoRetransmission = DISABLE;hfdcan2.Init.TransmitPause = DISABLE;hfdcan2.Init.ProtocolException = DISABLE;hfdcan2.Init.NominalPrescaler = 4;hfdcan2.Init.NominalSyncJumpWidth = 4;hfdcan2.Init.NominalTimeSeg1 = 31;hfdcan2.Init.NominalTimeSeg2 = 8;hfdcan2.Init.DataPrescaler = 2; hfdcan2.Init.DataSyncJumpWidth = 4;hfdcan2.Init.DataTimeSeg1 = 11;hfdcan2.Init.DataTimeSeg2 = 4;hfdcan2.Init.StdFiltersNbr = 0;hfdcan2.Init.ExtFiltersNbr = 0;hfdcan2.Init.TxFifoQueueMode = FDCAN_TX_FIFO_OPERATION;if (HAL_FDCAN_Init(&hfdcan2) != HAL_OK){Error_Handler();}/* USER CODE BEGIN FDCAN2_Init 2 *//* USER CODE END FDCAN2_Init 2 */}void HAL_FDCAN_MspInit(FDCAN_HandleTypeDef* fdcanHandle)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};RCC_PeriphCLKInitTypeDef PeriphClkInit = {0};if(fdcanHandle->Instance==FDCAN2){/* USER CODE BEGIN FDCAN2_MspInit 0 *//* USER CODE END FDCAN2_MspInit 0 *//** Initializes the peripherals clocks*/PeriphClkInit.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_FDCAN;PeriphClkInit.FdcanClockSelection = RCC_FDCANCLKSOURCE_PLL;if (HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&PeriphClkInit) != HAL_OK){Error_Handler();}/* FDCAN2 clock enable */__HAL_RCC_FDCAN_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();/**FDCAN2 GPIO ConfigurationPB6     ------> FDCAN2_TXPB5     ------> FDCAN2_RX*/GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_5;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF9_FDCAN2;HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);/* USER CODE BEGIN FDCAN2_MspInit 1 *//* USER CODE END FDCAN2_MspInit 1 */}
}void HAL_FDCAN_MspDeInit(FDCAN_HandleTypeDef* fdcanHandle)
{if(fdcanHandle->Instance==FDCAN2){/* USER CODE BEGIN FDCAN2_MspDeInit 0 *//* USER CODE END FDCAN2_MspDeInit 0 *//* Peripheral clock disable */__HAL_RCC_FDCAN_CLK_DISABLE();/**FDCAN2 GPIO ConfigurationPB6     ------> FDCAN2_TXPB5     ------> FDCAN2_RX*/HAL_GPIO_DeInit(GPIOB, GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_5);/* USER CODE BEGIN FDCAN2_MspDeInit 1 *//* USER CODE END FDCAN2_MspDeInit 1 */}
}/* USER CODE BEGIN 1 */
//void FDCAN2_Config(void) 
//{
//	FDCAN_FilterTypeDef sFilterConfig;
//	
//	sFilterConfig.IdType = FDCAN_STANDARD_ID;
//	sFilterConfig.FilterIndex = 0;
//	sFilterConfig.FilterType = FDCAN_FILTER_MASK;
//	sFilterConfig.FilterConfig = FDCAN_FILTER_TO_RXFIFO0;
//	sFilterConfig.FilterID1 = 0x000;
//	sFilterConfig.FilterID2 = 0x000;
//	if (HAL_FDCAN_ConfigFilter(&hfdcan2, &sFilterConfig) != HAL_OK)
//  {
//		Error_Handler();
//  }
//	
//	sFilterConfig.IdType = FDCAN_EXTENDED_ID;
//	sFilterConfig.FilterIndex = 0;
//	sFilterConfig.FilterType = FDCAN_FILTER_RANGE;
//	sFilterConfig.FilterConfig = FDCAN_FILTER_TO_RXFIFO0;
//	sFilterConfig.FilterID1 = 0x00000000;
//	sFilterConfig.FilterID2 = 0x1FFFFFFF;
//	if (HAL_FDCAN_ConfigFilter(&hfdcan2, &sFilterConfig) != HAL_OK)
//	{
//		Error_Handler();
//	}
//	
//	if (HAL_FDCAN_ConfigGlobalFilter(&hfdcan2, FDCAN_REJECT, FDCAN_REJECT, FDCAN_FILTER_REMOTE, FDCAN_FILTER_REMOTE) != HAL_OK)
//	{
//		Error_Handler();
//	}
//	
//	if (HAL_FDCAN_Start(&hfdcan2) != HAL_OK)//启动CAN
//	{
//		Error_Handler();
//	}
//	
//	if (HAL_FDCAN_ActivateNotification(&hfdcan2, FDCAN_IT_RX_FIFO0_NEW_MESSAGE, 0) != HAL_OK)//设置中断使能
//	{
//		Error_Handler();
//	}
//	TxHeader.Identifier = 0x000; 
//  TxHeader.IdType = FDCAN_STANDARD_ID;	
//  TxHeader.TxFrameType = FDCAN_DATA_FRAME;      
//  TxHeader.DataLength = FDCAN_DLC_BYTES_8;
//  TxHeader.ErrorStateIndicator = FDCAN_ESI_PASSIVE;
//  TxHeader.BitRateSwitch = FDCAN_BRS_OFF;
//  TxHeader.FDFormat = FDCAN_CLASSIC_CAN;          
//  TxHeader.TxEventFifoControl = FDCAN_NO_TX_EVENTS;  
//  TxHeader.MessageMarker = 0;
//	
//	//HAL_FDCAN_Start(&hfdcan2); 滤波器后方已经配置
//}
/* USER CODE END 1 */

txHeader.Identifier = 0x123;  // 设置消息标识符
txHeader.IdType = FDCAN_STANDARD_ID;
txHeader.TxFrameType = FDCAN_DATA_FRAME;  // 设置为数据帧
txHeader.DataLength = FDCAN_DLC_BYTES_64;  
txHeader.ErrorStateIndicator = FDCAN_ESI_ACTIVE;  
txHeader.BitRateSwitch = FDCAN_BRS_ON;  
txHeader.FDFormat = FDCAN_FD_CAN; //FDCAN_FD_CAN
txHeader.TxEventFifoControl = FDCAN_NO_TX_EVENTS;
txHeader.MessageMarker = 0;  // 消息标记

代码内容就分析到这，更多问题可以联系博主。

一、理论部分

二、实操部分

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