从入门小白成长为嵌入式高手（二）——CAN通信协议（大疆3508电机驱动）（RoboMater篇）（下）
上节我们提到STM32cubeMX配置和代码展示，这节来继续学习！
为了便于理解，本文尽量采用简单的轮询方式来执行CAN，后续如果有需要，再考虑出freerots篇。
本文我们使用大疆C板来控制（因为手头上仅有大疆C板，A板和C板板级支持包差不多（CAN格式一样），仅CAN配置的端口不一样）
目录
一、大疆C板CAN口简介
大疆C板的主控芯片是STM32F407IGH6TR （根据大疆C板用户手册查询），
搭载两路CAN总线接口，常用来控制Robomaster电调或与其他设备通信：
1、CAN1为2-pin接口，引脚定义为PD0（CAN1_Rx）和PD1（CAN1_Tx），线序是黑色对应CANL、红色对应CANH。
2、CAN2为4-pin接口，引脚定义为为PB5（CAN2_RX）和PB6（CAN2_TX） 。线序为灰色对应CANL、CANH、GND，红色对应5V。（大疆C板里面会包含2pinCAN线、4pinCAN线、XT30电源线和SWD下载线）两路接口最大均支持1Mbps传输速率，实际应用中也可按需调低速率保障稳定性。
二、STM32cubeMX配置
以CAN1配置为例（CAN2配置和CAN1差不多的）。
1、芯片选型
（1）新建一个工程，电机图片红色箭头，可能会进行下载，这是正常的。
（2）、芯片型号选择STM32F407IGH6，双击下方芯片打开
2、系统时钟配置
打开外部高速时钟
将Serial Wire打开，不开Serial Wire会导致无法通过SWD模式烧录程序、进行在线调试。
配置时钟树，如图使用12MHz外部时钟，选择HSE（外部时钟通道），选择PLLCLK（锁相环：可将低速外部/内部时钟提升至芯片支持的高频（如72MHz、168MHz），为CPU、外设（串口、SPI等）提供稳定高频时钟。），主频输入168MHz，按下回车系统会自动帮忙配置完成。
系统时钟到这基本简单配置完成了，接下来是CAN配置。
3、CAN1配置
（1）、点击PD0和PD1端口（芯片上的灰色小圆，没配置是灰色的，配置完后变成绿色），选择CAN_Rx和CAN_Tx。
配置完后会变成绿色，如图，接着配置CAN的位时序参数
1. Bit Timings Parameters（位时序参数）
Prescaler (for Time Quantum)：时间量子预分频系数。Prescaler是STM32中用于降低时钟频率的硬件模块，“Time Quantum（时间量子）”是CAN总线位时序的基本时间单元，预分频系数用于对CAN外设的输入时钟（通常由系统时钟或外设时钟派生）进行分频，得到“时间量子”的时长。这里配置为3，意味着输入时钟会被分成 3 + 1 = 4 份（CAN的预分频通常是“配置值 + 1”的逻辑）。
Time Quantum：即“时间量子”，是CAN位时序的最小时间单位。
Time Quanta in Bit Segment 1：位段1的时间量子数。CAN的位时序分为多个段（Segment），位段1用于采样点前的时序补偿。
Time Quanta in Bit Segment 2：位段2的时间量子数。位段2用于采样点后的时序补偿。
Time for one Bit：一位的总时长。CAN总线传输一位的时间等于“位段1 + 位段2 + 同步段（通常隐含为1个时间量子）”的总时间量子数乘以“时间量子”时长。
Baud Rate：波特率。即CAN总线的传输速率，由“一位的总时长”的倒数计算而来，也就是Baud Rate = 1 / Time for one Bit ，通常波特率配置为1Mbps。
ReSynchronization Jump Width：重同步跳转宽度。用于CAN总线的同步机制，当总线上的节点检测到时钟偏差时，可通过调整位时序的“跳变宽度”来重同步，这里配置为1个“时间量子”。
2. Basic Parameters（基本参数）
Time Triggered Communication Mode：时间触发通信模式。禁用（Disable）时，CAN工作在常规的事件触发通信模式；启用时，可基于时间触发通信（多用于对实时性要求极高的场景）。
Automatic Bus-Off Management：自动总线离线管理。禁用时，CAN控制器进入“总线离线”状态后不会自动恢复；启用时，会自动尝试恢复总线通信。
Automatic Wake-Up Mode：自动唤醒模式。禁用时，需手动唤醒CAN外设；启用时，CAN可通过总线上的活动自动唤醒。
Automatic Retransmission：自动重传。启用（Enable）时，若CAN报文发送失败（如仲裁丢失），会自动重新发送；禁用时，需软件手动重传，建议打开。
Receive Fifo Locked Mode：接收FIFO锁定模式。禁用时，接收FIFO满后新报文会覆盖旧报文；启用时，满后不再接收新报文。
Transmit Fifo Priority：发送FIFO优先级。启用（Enable）时，发送报文按优先级排序；禁用时，按“先到先发送”的顺序，建议打开。
3. Advanced Parameters（高级参数）
Operating Mode：工作模式。配置为“Normal（正常模式）”，CAN正常收发报文；若为“Loopback（回环模式）”则用于自测试（发送的报文会回传给自身接收），“Silent（静默模式）”则只收不发。
这些参数共同决定了CAN总线的通信速率、时序特性和工作行为，需根据实际总线要求（如波特率、同步需求）进行配置，这里我先进行简单的配置，最终波特率达到1Mbps即可，有需要的可以考虑自行查阅。
4、工程位置已经生成工程小技巧
点击左边的“Project”，根据上图配置工程，“Project Name”是工程名字，“Project Location”是工程存放位置，“Toolchain/IDE”是选择编译文件类型，由于是简单工程配置，我们先选择MDK-ARM，可以用keil5来编译。
点击左边的“Code Generator”选择要生成的文件，我们选择第一栏的使用所有库，这个方便你在后续的工程使用到某些库不用再去STM32CubeMX再重新生成。但是同样的，工程体积也会大一点。第二栏是添加使用到的库。往下勾选.c和.h文件分开，方便我们查看和修改代码。
三、CAN发送，回调代码
这是CAN的板级支持包，因为我用的是C++开发，怕大家一下子看不懂，所以这个板级支持包是参考了别人的，具体是谁的我也母鸡（狗头保命）。
这是bsp_can.c文件，主要是对CAN1进行一个初始化，调用CAN_Send_Data（）函数进行一个发送
#include "bsp_can.h"
struct Struct_CAN_Manage_Object CAN1_Manage_Object = {0};
// CAN通信发送缓冲区
uint8_t CAN1_0x1ff_Tx_Data[8];
uint8_t CAN1_0x200_Tx_Data[8];
uint8_t CAN1_0x2ff_Tx_Data[8];
uint8_t CAN1_0x220_Tx_Data[8];
/**
* @brief 初始化CAN总线
* @param hcan CAN编号
* @param Callback_Function 处理回调函数
*/
void CAN_Init(CAN_HandleTypeDef *hcan, CAN_Call_Back Callback_Function)
{
HAL_CAN_Start(hcan);
__HAL_CAN_ENABLE_IT(hcan, CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING);
__HAL_CAN_ENABLE_IT(hcan, CAN_IT_RX_FIFO1_MSG_PENDING);
if (hcan->Instance == CAN1)
{
CAN1_Manage_Object.CAN_Handler = hcan;
CAN1_Manage_Object.Callback_Function = Callback_Function;
}
}
/**
* @brief 配置CAN的过滤器
*
* @param hcan CAN编号
* @param Object_Para 编号 | FIFOx | ID类型 | 帧类型
* @param ID ID
* @param Mask_ID 屏蔽位(0x3ff, 0x1fffffff)
*/
void CAN_Filter_Mask_Config(CAN_HandleTypeDef *hcan, uint8_t Object_Para, uint32_t ID, uint32_t Mask_ID)
{
CAN_FilterTypeDef can_filter_init_structure;
//检测传参是否正确
assert_param(hcan != NULL);
if ((Object_Para & 0x02))
{
//数据帧
//掩码后ID的高16bit
can_filter_init_structure.FilterIdHigh = ID << 3 << 16;
//掩码后ID的低16bit
can_filter_init_structure.FilterIdLow = ID << 3 | ((Object_Para & 0x03) << 1);
// ID掩码值高16bit
can_filter_init_structure.FilterMaskIdHigh = Mask_ID << 3 << 16;
// ID掩码值低16bit
can_filter_init_structure.FilterMaskIdLow = Mask_ID << 3 | ((Object_Para & 0x03) << 1);
}
else
{
//其他帧
//掩码后ID的高16bit
can_filter_init_structure.FilterIdHigh = ID << 5;
//掩码后ID的低16bit
can_filter_init_structure.FilterIdLow = ((Object_Para & 0x03) << 1);
// ID掩码值高16bit
can_filter_init_structure.FilterMaskIdHigh = Mask_ID << 5;
// ID掩码值低16bit
can_filter_init_structure.FilterMaskIdLow = ((Object_Para & 0x03) << 1);
}
//滤波器序号, 0-27, 共28个滤波器, 前14个在CAN1, 后14个在CAN2
can_filter_init_structure.FilterBank = Object_Para >> 3;
//滤波器绑定FIFO0
can_filter_init_structure.FilterFIFOAssignment = (Object_Para >> 2) & 0x01;
//使能滤波器
can_filter_init_structure.FilterActivation = ENABLE;
//滤波器模式，设置ID掩码模式
can_filter_init_structure.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK;
// 32位滤波
can_filter_init_structure.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_32BIT;
//从机模式选择开始单元
can_filter_init_structure.SlaveStartFilterBank = 14;
HAL_CAN_ConfigFilter(hcan, &can_filter_init_structure);
}
/**
* @brief 发送数据帧
*
* @param hcan CAN编号
* @param ID ID
* @param Data 被发送的数据指针
* @param Length 长度
* @return uint8_t 执行状态
*/
uint8_t CAN_Send_Data(CAN_HandleTypeDef *hcan, uint16_t ID, uint8_t *Data, uint16_t Length)
{
CAN_TxHeaderTypeDef tx_header;
uint32_t used_mailbox;
//检测传参是否正确
assert_param(hcan != NULL);
tx_header.StdId = ID;
tx_header.ExtId = 0;
tx_header.IDE = 0;
tx_header.RTR = 0;
tx_header.DLC = Length;
return (HAL_CAN_AddTxMessage(hcan, &tx_header, Data, &used_mailbox));
}
/**
* @brief HAL库CAN接收FIFO0中断
*
* @param hcan CAN编号
*/
void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan)
{
//接收缓冲区
static Struct_CAN_Rx_Buffer can_rx_buffer;
//选择回调函数
if (hcan->Instance == CAN1)
{
HAL_CAN_GetRxMessage(hcan, CAN_FILTER_FIFO0, &can_rx_buffer.Header, can_rx_buffer.Data);
CAN1_Manage_Object.Callback_Function(&can_rx_buffer);
}
}
/**
* @brief HAL库CAN接收FIFO1中断
*
* @param hcan CAN编号
*/
void HAL_CAN_RxFifo1MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan)
{
//接收缓冲区
static Struct_CAN_Rx_Buffer can_rx_buffer;
//选择回调函数
if (hcan->Instance == CAN1)
{
HAL_CAN_GetRxMessage(hcan, CAN_FILTER_FIFO1, &can_rx_buffer.Header, can_rx_buffer.Data);
CAN1_Manage_Object.Callback_Function(&can_rx_buffer);
}
}这是bsp_can.h文件，主要就是声明一些函数。板级支持包里仅配置了CAN1，需要CAN2可以照葫芦画瓢进行添加。
#ifndef BSP_CAN_H
#define BSP_CAN_H
#include "stm32f4xx_hal.h"
// 滤波器编号
#define CAN_FILTER(x) ((x) << 3)
// 接收队列
#define CAN_FIFO_0 (0 << 2)
#define CAN_FIFO_1 (1 << 2)
//标准帧或扩展帧
#define CAN_STDID (0 << 1)
#define CAN_EXTID (1 << 1)
// 数据帧或遥控帧
#define CAN_DATA_TYPE (0 << 0)
#define CAN_REMOTE_TYPE (1 << 0)
/**
* @brief CAN接收的信息结构体
*
*/
struct Struct_CAN_Rx_Buffer
{
CAN_RxHeaderTypeDef Header;
uint8_t Data[8];
};
/**
* @brief CAN通信接收回调函数数据类型
*
*/
typedef void (*CAN_Call_Back)(Struct_CAN_Rx_Buffer *);
/**
* @brief CAN通信处理结构体
*
*/
struct Struct_CAN_Manage_Object
{
CAN_HandleTypeDef *CAN_Handler;
CAN_Call_Back Callback_Function;
};
extern CAN_HandleTypeDef hcan1;
extern struct Struct_CAN_Manage_Object CAN1_Manage_Object;
extern uint8_t CAN1_0x1ff_Tx_Data[];
extern uint8_t CAN1_0x200_Tx_Data[];
extern uint8_t CAN1_0x2ff_Tx_Data[];
extern uint8_t CAN1_0x220_Tx_Data[];
void CAN_Init(CAN_HandleTypeDef *hcan, CAN_Call_Back Callback_Function);
void CAN_Filter_Mask_Config(CAN_HandleTypeDef *hcan, uint8_t Object_Para, uint32_t ID, uint32_t Mask_ID);
uint8_t CAN_Send_Data(CAN_HandleTypeDef *hcan, uint16_t ID, uint8_t *Data, uint16_t Length);
void TIM_CAN_PeriodElapsedCallback();
#endif
接着可以在主函数里调用
MX_CAN1_Init();
CAN_Init(&hcan1, CAN_Motor_Call_Back);
CAN_Filter_Mask_Config(&hcan1, CAN_FILTER(13) | CAN_FIFO_1 | CAN_STDID | CAN_DATA_TYPE, 0x204, 0x7ff);
对其进行一个初始化，再调用CAN_Send_Data(&hcan1, 0x204, CAN1_0x200_Tx_Data, 8);对其进行一个数据发送就可以驱动电机了，里面的数据bsp_can.c里面有解释了，我就不重复说明了。
int main(void)
{
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_CAN1_Init();
CAN_Init(&hcan1, CAN_Motor_Call_Back);
CAN_Filter_Mask_Config(&hcan1, CAN_FILTER(13) | CAN_FIFO_1 | CAN_STDID | CAN_DATA_TYPE, 0x204, 0x7ff);
while (1)
{
//发送函数
while(torque < 1000)
{
torque += 50;
CAN1_0x200_Tx_Data[0] = torque >> 8;
CAN1_0x200_Tx_Data[1] = torque;
CAN_Send_Data(&hcan1, 0x204, CAN1_0x200_Tx_Data, 8);
HAL_Delay(50);
}
while(torque > -1000)
{
torque -= 50;
CAN1_0x200_Tx_Data[0] = torque >> 8;
CAN1_0x200_Tx_Data[1] = torque;
CAN_Send_Data(&hcan1, 0x204, CAN1_0x200_Tx_Data, 8);
HAL_Delay(50);
}
HAL_Delay(0);
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */
}四、CAN回调接收解析代码
这里我们主要来探讨大疆M3508接收的数据该怎么进行一个解析，参考上节，我们可以看到MCU接收电调的内容，这里基本上是对转子进行一个反馈，转子和输出轴还是有所区别的，输出轴是我们能看到的裸露在外的用于连接的，转子是电机内部的，转子经过了减速箱才到输出轴。
0-1位是转子角度，并非输出轴的角度，即输出轴角度=转子机械角度*减速比（3591/187约为19，这里姑且用19代替），还有速度，也是针对转子而言的。我们主要用到的还是这两个参数。
我们只需要调用CAN1的回调指针，指针就叫measure_，就可以将数据按位进行解析了。由于电调内部反馈的一圈转子编码器值是8192，我们需要对其进行量化处理，将其转化为转子一圈的角度，再将得到的转子角度*减速比就可以得到电机输出轴的实际角度了，大疆M2006电机的驱动方式同理，能驱动大疆M3508电机的代码也能驱动大疆M2006电机。只是机械属性不同，比如减速度是36。大疆的GM6020电机驱动也类似，详细的自行查阅手册。
measure_.last_encoder = measure_.encoder;
measure_.encoder = ((uint16_t)buf[0] << 8) | buf[1];
measure_.angle = (float)measure_.encoder / 8192.0f * 360.0f;
measure_.speed = (buf[2] << 8) | buf[3];
measure_.speed_dps =
(1.0f - 0.85) * measure_.speed_dps + 6.0f * 0.85 * (float)measure_.speed; //对电机转速进行平滑滤波
measure_.torque_current = (1.0f - 0.9) * measure_.torque_current +
0.9 * (float)((int16_t)(buf[4] << 8 | buf[5])); //读取转矩电流并进行平滑滤波
measure_.temperature = buf[6]; /**
* @brief 存储DJI电机控制数据的静态数组
*
* 由于DJI电机发送以4个为一组, 专门使用一个数组存储控制数据, 在DJIMotorControl()中统一管理并发送
* M2006/M3508: 0x200, 0x1FF
* GM6020: 0x1FE, 0x2FE 电流驱动模式
* GM6020: 0X1FF, 0X2FF 电压驱动模式
*
* 反馈(rx_id): GM6020: 0x204+id ; C610/C620: 0x200+id
*
* 按照CAN总线与发送ID分组
* CAN1: [0]: 0x200, [1]: 0x1FF, [2]: 0x1FE, [3]: 0x2FE
* CAN2: [4]: 0x200, [5]: 0x1FF, [6]: 0x1FE, [7]: 0x2FE
*/如此，本节暂告一段落了。
AtomGit 是由开放原子开源基金会联合 CSDN 等生态伙伴共同推出的新一代开源与人工智能协作平台。平台坚持“开放、中立、公益”的理念，把代码托管、模型共享、数据集托管、智能体开发体验和算力服务整合在一起，为开发者提供从开发、训练到部署的一站式体验。
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