一、CAN硬件节点构成

从图可以看到，CAN 总线上单个节点的硬件架构有两种方案：第一种硬件架构由 MCU、CAN 控制器和 CAN 收发器组成。这种方案采用了独立的 CAN 控 制器，优点是程序可以方便地移植到其他使用相同 CAN 控制器芯片的系统，缺点是需要占用 MCU 的 I/O 资源且硬件电路更复杂一些；第二种硬件架构由集成了 CAN 控制器的 MCU 和 CAN 收发器组成。这种方案的硬件电路简 单，缺点是用户编写的 CAN 驱动程序只适用某个系列的 MCU（如：ST 公司的 STM32F103、TI 的 tms320lf2407 等），可移植性较差。

二、CAN控制器

CAN 控制器是一种实现“报文”与“符合 CAN 规范的通信帧”之间相互转换的器件，它与 CAN 收发器相连，以便在 CAN 总线上与其他节点交换信息。

CAN 控制器主要分为两类：一类是独立的控制器芯片，如 NXP 半导体MCP2515，SJA1000 等。另一类与微控制器集成在一起，如：NXP 半导体的 P87C591 和 LPC11Cxx 系列微控制器， ST 公司的 STM32F103 系列和 STM32F407 系列等。

CAN 控制器内部的结构示意图如图所示，其中包括了接口管理逻辑、发送缓冲器、接收FIFO、接收滤波器和CAN核心模块。

接口管理逻辑用于连接微控制器，解释微控制器发送的命令，控制 CAN 控制器寄存器的 寻址，并向微控制器提供中断信息和状态信息。接收数据时，CAN核心模块用于将接收到的报文由串行流转换为并行数据；当发送数据时，CAN核心模块又可以将并行数据流转为串行流。发送缓冲器用于存储完整的报文。需要发送数据时，CAN 核心模块从发送缓冲器读取 CAN 报文。接收滤波器可根据用于的编程配置过滤掉无需接收的报文。当完整报文传送到接受滤波器时，由于接受滤波器的一些编程配置，可以分离出我们所需要的有用报文，将不需要的报文丢弃。接收 FIFO 是接收滤波器与微控制器之间的接口，用于存储从 CAN 总线上接收的所有报文。

STM32F1 系列微控制器内部集成了 CAN 控制器，名为 bxCAN（Basic Extended CAN）。bxCAN 支持 CAN 技术规范 V2.0A 和 V2.0B，通信比特率高达 1Mb/s，支持时间触发通信方案。

数据发送相关的特性有：bxCAN含三个发送邮箱，在检测到总线空闲时交发送，但需要注意的是，有可能会发送失败，有可能因为仲裁失败从而导致失败，也有可能是其它错误，原则上bxCAN将自动重发，但bxCAN也可以配置不自动重发。正因为如此，发送邮箱中有可能同时存在多个需要发送的报文，一旦出现这种情况，那么发送邮箱中的多个报文又将是谁先发送谁后发送呢？有两种模式：ID模式和FIFO模式。ID模式由报文的ID值决定，即ID值越小，优先级越高，另一种FIFO模式，顾名思义，即为消息队列方式，谁先到谁先发送，

在数据接收方面的特性有：bxCAN 含两个具有三级深度的接收 FIFO，其上溢参数可配 置，并具有可调整的筛选器组，帧起始段支持接收时间戳。

bxCAN 有三种主要的工作模式：初始化、正常和睡眠。硬件复位后，bxCAN 进入睡眠模 式以降低功耗。当硬件处于初始化模式时，可以进行软件初始化操作。一旦初始化完成，软件必须向硬件请求进入正常模式，这样才能在 CAN 总线上进行同步，并开始接收和发送。同时为了方便用户调试，bxCAN 提供了测试模式，包括静默、回环与静默回环组合。

正常模式：可正常地向 CAN 总线发送数据或从总线上接收数据。

静默模式：只能向 CAN 总线发送数据 1（隐性电平），不能发送数据 0（显性电平），但可以正常地从总线上接收数据。由于这种模式发送的隐性电平不会影响总线的电平状态，故称之为静默模式。

环回模式：向 CAN 总线发送的所有内容同时会直接传到接收端，但无法接收总线上的任何数据。这种模式一般用于自检。

环回与静默组合模式：这种模式是静默模式与环回模式的组合，同时具有两种模式的特点。

三、CAN收发器

CAN 收发器是 CAN 控制器与 CAN 物理总线之间的接口，它将 CAN 控制器的“逻辑电平” 转换为“差分电平”，并通过 CAN 总线发送出去。

根据 CAN 收发器的特性，可将其分为以下四种类型：一是通用 CAN 收发器，常见型号有：NXP 半导体的 PCA82C250 芯片；二是隔离 CAN 收发器。隔离 CAN 收发器的特性是具有隔离、ESD 保护及 TVS 管防总线过 压的功能，常见型号有：CTM1050 系列、CTM8250 系列等。

三是高速 CAN 收发器。高速 CAN 收发器的特性是支持较高的 CAN 通信速率，常见型号有： NXP 半导体的 SN65HVD230、TJA1050、TJA1040 等；四是容错 CAN 收发器。容错 CAN 收发器可以在总线出现破损或短路的情况下保持正常运 行，对于易出故障领域的应用具有至关重要的意义，常见型号有：NXP 半导体的 TJA1054、 TJA1055 等。

接下来以 NXP 半导体的 SN65HVD230 为例，讲解 CAN 收发器芯片的工作原理与典型应用电路：

图例展示了基于 CAN 总线的多机通信系统接线图：在图中，电阻 R14 与 R15 为终端匹配电阻，其阻值为 120Ω。SN65HVD230 芯片的 封装是 SOP-8，RXD 与 TXD 分别为数据接收与发送引脚，它们用于连接 CAN 控制器的数据收 发端。CAN_H、CAN_L 两端用于连接 CAN 总线上的其他设备，所有设备以并联的形式接在 CAN 总线上。