STC-FOC Lite程序详解-CAN通讯协议实现

王***

      本篇文章致力于对STC-FOC Lite的原版代码进行详尽的原理解释，并且提出更改/移植/裁剪建议，方便大家对这个项目进行更加适配自己的个性化更改。

      CAN通讯因其高可靠性、实时性、灵活性、错误检测能力、抗干扰性、易于扩展、成本效益和广泛的应用领域，成为电机驱动控制等领域的首选协议。它采用非破坏性仲裁技术，支持多主通讯和优先级控制，支持多种数据传送方式，并具备循环冗余检查、帧检查、位填充等错误检测手段。此外，CAN协议在恶劣电磁环境中仍能保持稳定通讯，并且易于网络节点的增加和删除，硬件实现成本低，因此在汽车、工业自动化、医疗设备等多个领域得到广泛应用。

      所以，STC-FOC Lite也使用了CAN通讯，保证其易于接入和移除电机，方便使用统一的总线进行链接（只需要CANH和CANL两根线）。

      这里首先从代码开始，对CAN实现的协议进行解释

CAN_DataDef _CAN_DAT; // 缓冲区

// 将CAN数据存入缓冲区
void Can_Push_Temp(CAN_DataDef *can_dat)
{
    can_dat->DataBuffer[Dat_Ctrl] &= ~Ctrl_Sync; // 存入前关闭同步触发标志
    memcpy(&_CAN_DAT, can_dat, sizeof(CAN_DataDef)); // 复制数据到缓冲区
}

// 从缓冲区读取CAN数据
void Can_Get_Temp(CAN_DataDef *can_dat)
{
    can_dat->DataBuffer[Dat_SYNC] = 0x00; // 清空同步触发标志位
    memcpy(can_dat, &_CAN_DAT, sizeof(CAN_DataDef)); // 从缓冲区复制数据
}

u8 Last_Mode = 0; // 历史模式，用于内部CAN总线线程判断
long _out_postion = 0; // 输出位置
bit _Run_Flag = 0; // 运行标志

// 数据解码
void Can_Dat_Decoding(CAN_DataDef *can_dat)
{
    if (can_dat->DLC == 8) // 数据长度必须是8字节，否则不处理
    {
        // 检查同步触发标志
        if (can_dat->DataBuffer[Dat_SYNC] == 0x55) // 同步触发标志为0x55
        {
            Can_Get_Temp(can_dat); // 获取缓冲区数据并解析
        }

        // 检查CAN ID是否匹配且同步触发标志不为0x55
        if (can_dat->ID == User_Can_ID && can_dat->DataBuffer[Dat_SYNC] != 0x55)
        {
            // 检查控制字节中的Get_Dat标志
            if (can_dat->DataBuffer[Dat_Ctrl] & Get_Dat)
            {
                _out_postion = Read_Postion_Out_Data(); // 读取当前位置
                Can_Send_Flag = 1; // 设置发送标志，准备发送数据

                // 准备发送的数据
                CAN2_Tx.FF = STANDARD_FRAME; // 标准帧
                CAN2_Tx.RTR = 0; // 0: 数据帧，1: 远程帧
                CAN2_Tx.DLC = 0x05; // 数据长度为5字节
                CAN2_Tx.ID = 0x0f; // CAN ID为15

                // 将输出位置拆分为4个字节
                CAN2_Tx.DataBuffer[0] = (u8)((long)(_out_postion) >> 24);
                CAN2_Tx.DataBuffer[1] = (u8)((long)(_out_postion) >> 16);
                CAN2_Tx.DataBuffer[2] = (u8)((long)(_out_postion) >> 8);
                CAN2_Tx.DataBuffer[3] = (u8)((long)(_out_postion));

                // 将用户CAN ID放入第5个字节
                CAN2_Tx.DataBuffer[4] = (u8)(User_Can_ID);
            }

            // 检查控制字节中的Ctrl_Sync标志
            if (can_dat->DataBuffer[Dat_Ctrl] & Ctrl_Sync)
            {
                Can_Push_Temp(can_dat); // 将数据存入缓冲区
            }
            else
            {
                // 检查控制字节中的Ctrl_Auto标志
                if (can_dat->DataBuffer[Dat_Ctrl] & Ctrl_Auto)
                {
                    // 优先级最高，不允许同时使能
                    if (Auto_Look_Moto_Config_Flag == 0) // 防止运行中重复启动
                    {
                        Auto_Look_Moto_Config_Flag = 1; // 启动一次自动参数辨识
                    }
                }
                else
                {
                    // 更新运行标志
                    _Run_Flag = (CAN2_Rx->DataBuffer[Dat_Ctrl] & Ctrl_Run);
                    if (Run_Flag != _Run_Flag)
                    {
                        Run_Flag = _Run_Flag;
                        // 清空累计角度，防止启动突变
                        moto.set_postion = _angle_this_dat;
                        _postion_add_dat = 0; // 进入速度模式清空累计位置
                    }
                }

                // 检查模式字节
                if (can_dat->DataBuffer[Dat_Mode] >= 1 && can_dat->DataBuffer[Dat_Mode] <= 5)
                {
                    Mode = CAN2_Rx->DataBuffer[Dat_Mode]; // 更新模式
                }

                // 解析CAN数据
                Can_Value =
                    (long)can_dat->DataBuffer[Dat_HH] << 24 |
                    (long)can_dat->DataBuffer[Dat_H] << 16 |
                    (long)can_dat->DataBuffer[Dat_L] << 8 |
                    (long)can_dat->DataBuffer[Dat_LL];

                // 根据模式处理数据
                switch (Mode)
                {
                case OpenLoop_Mode:
                    // 开环模式，不做处理
                    break;

                case Speed_Mode:
                    // 速度模式
                    if (Can_Value <= 5000 && Can_Value >= -5000) // 速度限位
                    {
                        if (Last_Mode != Speed_Mode)
                        {
                            moto.set_postion = _angle_this_dat;
                            _postion_add_dat = 0; // 进入速度模式清空累计位置
                        }
                        moto.set_speed = (int)Can_Value; // 设置速度
                    }
                    break;

                case Postion_Mode:
                    // 位置模式
                    if (Can_Value < 1638400 && Can_Value > -1638400) // 100圈，增量模式
                    {
                        moto.set_postion += Can_Value; // 增量叠加
                        //_postion_add_dat = 0; // 进入位置模式清空累计位置
                    }
                    break;

                case Set_ID_Mode:
                    // 设置ID模式，不做处理
                    break;

                case Servo_Mode:
                    // 舵机模式
                    if (Last_Mode != Servo_Mode)
                    {
                        moto.set_postion = _angle_this_dat;
                        _postion_add_dat = 0; // 进入舵机模式清空累计位置
                        Servo_Config_Flag = 1; // 启动一次自动位置识别
                    }
                    if (Can_Value < 1000 && Can_Value > -1000 &&
                        (Servo_Max_Pos != Servo_Min_Pos) && Servo_Config_Flag == 0) // 范围限定
                    {
                        moto.set_postion = (long)(Servo_Min_Pos + ((float)(Servo_Max_Pos - Servo_Min_Pos) / 2000.0) *
                                                  (float)(Can_Value + 1000));
                    }
                    break;

                default:
                    break;
                }

                Last_Mode = Mode; // 更新历史模式
            }
        }
    }
}
复制代码

速度模式（Speed_Mode）：

系统首先检查接收到的CAN总线数据值（Can_Value）是否在预设的速度限位范围内（-5000至5000）。

如果当前模式与上一次记录的模式不同，则将电机的目标位置设置为当前角度（_angle_this_dat），并重置位置累加器（_postion_add_dat）为0，以确保进入速度模式时不会有位置累积误差。

随后，系统将Can_Value转换为整数并设置为电机的速度。

位置模式（Postion_Mode）：

在此模式下，系统检查Can_Value是否在100圈的增量模式范围内（-1638400至1638400）。

如果条件满足，则将Can_Value累加到电机的目标位置上，实现位置的增量调整。

设置ID模式（Set_ID_Mode）：

此模式下代码不执行任何操作，用于未来功能的扩展或特定的配置任务。

设置ID的功能在config.h文件中，定义为#define User_Can_ID ，修改这个值，可以完成电机本身ID的修改，在控制端就可以通过直接给这个ID发指令控制电机了。

舵机模式（Servo_Mode）：

系统首先检查是否为首次进入舵机模式。如果是，则将电机的目标位置设置为当前角度，并重置位置累加器为0，同时启动一次自动位置识别（Servo_Config_Flag = 1）。

接着，系统检查Can_Value是否在限定范围内（-1000至1000），并且舵机的最大位置（Servo_Max_Pos）和最小位置（Servo_Min_Pos）不相等，且自动位置识别标志（Servo_Config_Flag）为0。

如果条件满足，则根据Can_Value计算电机的目标位置，该位置位于Servo_Min_Pos和Servo_Max_Pos中间，默认为两限位中心。

模式更新：

在所有模式处理完毕后，系统更新并保存当前模式（Last_Mode），以便在下一次循环中使用。这个主要是用来给进入某种模式的时候，选择性清空一些记忆值，防止出现电机抽搐。

系统通过同步字节实现多电机同步执行的效果，通过首先判断同步字节是否进行同步。来完成电机同步执行指令的操作。

具体的流程是：接收到需要同步的标志位，就将本次的设定值进行缓存，不执行。

如此循环好几个电机，分别进行写入。

写入完成后，通过对ID0发送同步数据，即可让所有电机同步将缓存区指令进行执行（其实所有ID都是广播，不过每个电机在设定本身ID后，通过CAN滤波器进行过滤，使得只能接收到ID0和自己ID的数据）。