详解CAN通信的标识符掩码和标识符列表两种过滤机制

CAN 通信的应用非常广泛，本文不涉及CAN通信的基础配置，重点分析一下STM32和GD32的CAN通信两种ID过滤方式。

首先，不管是STM32还是GD32，实现CAN通信ID过滤的机制和原理一定是一样的，只是用到的寄存器有差别。

1. ID过滤原理：
在CAN协议里，报文的标识符不代表节点的地址，而是跟报文的内容相关的。因此，发送者以广播的形式把报文发送给所有的接收者。节点在接收报文时，根据标识符的值决定软件是否需要该报文。
为满足这一需求，在互联型产品中，bxCAN控制器为应用程序提供了28个位宽可变的、可配置的过滤器组(27_{0）；在其它产品中，bxCAN控制器为应用程序提供了14个位宽可变的、可配置的过滤器组(13}0)，以便只接收那些软件需要的报文。硬件过滤的做法节省了CPU开销，否则就必须由软件过滤从而占用一定的CPU开销。

每个过滤器组x由2个32位寄存器，在STM32中是由CAN_FxR0和CAN_FxR1组成。在GD32中是由器CAN_FxDATA0和CAN_ FxDATA1组成。

2. ID过滤方式：
掩码模式、列表模式。
不管是掩码模式还是列表模式，目的肯定都是为了让数据接收方接收特定ID的数据，但是既然分了两种模式，肯定有他们的不同的目的。

3.ID过滤方式1——掩码模式：
在掩码模式下，标识符寄存器和屏蔽寄存器一起，指定报文标识符的任何一位，应该按照“必须匹配”或“不用关心”处理。
举个例子：
假如是标准帧模式，以16位宽度为例，预设的ID=0x0001，当期望接收所有ID尾号为1的数据，那么设置对应的掩码为MASK=0x0001即可。
为什么呢？将ID的0x0001和MASK的0x0001解析成2进制：
预设ID：0000 0000 0000 0001；
MASK：0000 0000 0000 0001；
MSAK值的1的位表示：接收的ID必须与预设ID的位一致；
MASK值为0的位表示：接收的ID可以不与预设ID的位一致；
因此示例的MASK仅限制了ID的最后1位与预设ID的最后1为一致即可，其余的位不做限制，只要满足这样形式的ID数据，都能通过示例的过滤机制，从而被接收方正确接收，此处可知，掩码的作用就是要以预设ID为模板，决定过滤掉哪些类型的ID；

也就是说：
为了过滤出一组标识符，应该设置过滤器组工作在掩码模式。

注意，示例选用了标准帧模式，以16位宽度进行过滤，因此原本一个过滤器组的2个32位寄存器就分成了4个16位的空间，分别去保存预设的ID和相应的掩码：
格式如下：
预设ID1：【占用寄存器1的低16位】；
ID1的掩码：【占用寄存器1的高16位】；
同理：
预设ID2：【占用寄存器2的低16位】；
ID2的掩码：【占用寄存器2的高16位】；

由此可知，此种方式下，最多可预设2种ID，可过滤出多个ID；
STM32与GD32的过滤器机制一模一样：
（1）STM32参考手册的16位掩码模式过滤器如下：

（2）GD32参考手册的16位掩码模式过滤器如下：

注意，此种模式下，在配置时需要将对应的ID和掩码数据分别写进寄存器的STID区域，如上图所示，在16位空间中，STID区域处于高11位，因此需要将预设ID和掩码数据左移5位后写进寄存器。代码如下：

/**
 * @brief    can外设配置
 * @param    None
 * @retval   返回值
 */
void can_config(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	CAN_InitTypeDef CAN_InitStructure;
	CAN_FilterInitTypeDef CAN_FilterInitStructure;

	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_CAN1, ENABLE);

	/*
    CAN1_RX -- PA11
    CAN1_TX -- PA12
    */
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

	CAN_DeInit(CAN1);
	CAN_StructInit(&CAN_InitStructure);
	CAN_InitStructure.CAN_TTCM = DISABLE; //不生成时间戳
	CAN_InitStructure.CAN_ABOM = ENABLE;  //自动总线关闭管理
	CAN_InitStructure.CAN_AWUM = DISABLE; //自动唤醒模式
	CAN_InitStructure.CAN_NART = DISABLE; //仲裁丢失或出错后的自动重传功能
	CAN_InitStructure.CAN_RFLM = DISABLE; //接收FIFO加锁模式
	CAN_InitStructure.CAN_TXFP = ENABLE;  //传输FIFO优先级
	CAN_InitStructure.CAN_Mode = CAN_Mode_Normal;

	CAN_InitStructure.CAN_SJW = CAN_SJW_1tq;
	CAN_InitStructure.CAN_BS1 = CAN_BS1_9tq;
	CAN_InitStructure.CAN_BS2 = CAN_BS1_8tq;
	CAN_InitStructure.CAN_Prescaler = 40; // 波特率36000000/18/40 = 50KHz
	CAN_Init(CAN1, &CAN_InitStructure);

	CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStructure);
	CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterNumber = 0;
	CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMode = CAN_FilterMode_IdMask;
	CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterScale = CAN_FilterScale_16bit;
	if (can.device_mode == DEVICE_MASTER) //识别所有0x0xx类型的从设备地址
	{
		CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdHigh = CAN_ID_BASE_SLAVE << 5; //ID1
		CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdHigh = 0x700 << 5;		   //ID1_MASK
		CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdLow = CAN_ID_DEFAULT << 5;	   //ID2
		CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdLow = 0x7FF << 5;		   //ID2_MASK
	}
	else //仅识别与本设备地址匹配的地址,保证主设备对从设备实现一对一通讯,也识别0x0000广播
	{
		CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdHigh = can.std_id << 5; //ID1
		CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdHigh = 0x7FF << 5;	//ID1_MASK
		CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdLow = 0x0000 << 5;		//ID2
		CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdLow = 0x7FF << 5;	//ID2_MASK
	}

	CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterFIFOAssignment = CAN_Filter_FIFO0;
	CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterActivation = ENABLE;
	CAN_FilterInit(&CAN_FilterInitStructure);

	CAN_ITConfig(CAN1, CAN_IT_FMP0, ENABLE); //FIFO0消息挂号中断
	nvic_set(USB_LP_CAN1_RX0_IRQn, IRQ_PRIO_CAN1);
}

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70

4. ID过滤方式2——列表模式：
在标识符列表模式下，屏蔽寄存器也被当作标识符寄存器用。因此，不是采用一个标识符加一个屏蔽位的方式，而是使用2个标识符寄存器。接收报文标识符的每一位都必须跟过滤器标识符相同。通俗一点讲就是：接收的ID必须与预设的ID一模一样才能通过过滤，最终被接收到。

举个例子：
假如是标准帧模式，以16位宽度为例，预设的ID=0x0001，当期望仅接收与预设ID一致的数据，那么只要发送的ID与预设ID一样就可以被接收到，其余类型的ID数据都被过滤掉，接收方将接收不到此类数据。

也就是说：
为了过滤出一个标识符，应该设置过滤器组工作在标识符列表模式。

注意，示例选用了标准帧模式，以16位宽度进行过滤，因此原本一个过滤器组的2个32位寄存器就分成了4个16位的空间，分别去保存预设的ID：
格式如下：
预设ID1：【占用寄存器1的低16位】；
预设ID2：【占用寄存器1的高16位】；
预设ID3：【占用寄存器2的低16位】；
预设ID4：【占用寄存器2的高16位】；

由此可知，此种方式下，最多可预设4种ID，可过滤出4个ID；
STM32与GD32的过滤器机制一模一样：
（1）STM32参考手册的16位列表模式过滤器如下：

（2）GD32参考手册的16位列表模式过滤器如下：

注意，此种模式下，在配置时需要将对应的4个ID分别写进寄存器的STID区域，如上图所示，在16位空间中，STID区域处于高11位，因此需要将预设ID数据左移5位后写进寄存器。示例代码如下：

CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMode = CAN_FilterMode_IdList;     //??????  
  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterScale = CAN_FilterScale_16bit;    //?????16?  
  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdHigh = std_id<<5;  //4???CAN ID?????4????  
  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterIdLow = std_id1<<5;  
  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdHigh = std_id<<5;  
  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterMaskIdLow = std_id1<<5;  
  CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterFIFOAssignment = CAN_Filter_FIFO0;           //?????????FIFO0?  
	CAN_FilterInitStructure.CAN_FilterActivation = ENABLE;//激活过滤器0	
1
2
3
4
5
6
7
8

5. 总结一下：
两种过滤方式各有千秋，需要过滤出一组ID，使用掩码模式；
需要过滤出特定的几个ID，使用列表模式。
实际使用中可巧妙地调整预设ID和掩码，甚至组合使用掩码模式和列表模式实现自己想要的过滤效果。