CAN 통신 구현 — bxCAN·Filter·Mailbox·CAN-FD
#한 줄 요약
“CAN ID = priority, payload = 0~8 byte. ACK는 다른 node가 송신.” 자동차·산업·로봇 표준 bus.
#어떤 상황에서 쓰나
자동차의 ECU 간 통신, 산업 PLC, 로봇 motor controller — node가 여러 개 있고 서로 message를 broadcast 하는 환경. 차량의 OBD-II가 곧 CAN. SPI/UART와 다른 점은 multi-master arbitration과 오류 검출/복구가 hardware로 처리된다는 것.
이 글은 STM32 bxCAN peripheral의 frame 송수신, acceptance filter, bit timing을 다룹니다.
#핵심 개념
#CAN 신호 (Classical 2.0)
CAN_H ────╲╱──────────────╲╱──CAN_L ──── ╱╲──────────────╱╲── Dominant Recessive (0) (1) H>L H=L- differential signal, 120 Ω termination at each bus end.
- dominant (0)이 recessive (1)을 overrides — 이게 arbitration의 핵심.
#Frame 구조 (Standard 11-bit ID)
SOF | ID(11) | RTR | IDE | r0 | DLC(4) | DATA(0~8 byte) | CRC(15) | ACK | EOF │ │ │ │ │ │ │ │ │ priority data length payload receivers │ ACKSTART dominant bitExtended frame은 ID 29-bit (11 + 18). 일반 차량용은 Standard, J1939 등은 Extended.
#Bit timing
1 bit = 1 + tseg1 + tseg2 quantasample point at end of tseg1
baud = peripheral_clock / (prescaler × (1 + tseg1 + tseg2))
예) PCLK1 = 42 MHz, target 500 kbit/s prescaler = 6, tseg1 = 11, tseg2 = 2 1 bit = (1 + 11 + 2) × 6 / 42M = 84 / 42M = 2 µs → 500 kHz sample point = (1 + 11) / 14 = 85.7% (CiA recommended 87.5%)CiA (CAN in Automation) 권장: sample point 87.5%. 너무 일찍이면 propagation delay에 못 따라가고, 늦으면 phase error에 약함.
#Acceptance filter
CAN bus는 모든 node가 모든 message를 받습니다. filter로 원하는 ID만 CPU로 올림 — power와 ISR 시간 절약.
Mask mode:
- ID & MASK == FILTER & MASK
List mode:
- ID == any of FILTER[]
STM32 bxCAN은 14개 filter bank, 각 2개 ID list 또는 2개 mask.
#Error frame과 bus-off
CAN은 적극적 error detection — bit error, stuff error, CRC error, form error, ACK error. error 발생 시 error frame 송신 → 다른 node에게 알림.
TEC (Transmit Error Counter): error 시 +8, 정상 송신 시 -1 TEC ≥ 128 → Error Passive TEC ≥ 256 → Bus Off (송신 중단)
REC (Receive Error Counter): 비슷, 수신 측
Bus-off → 128 × 11 recessive bit 후 자동 복구 (또는 수동)bus-off는 심각한 상태. cable 단선, termination 누락, 다른 node baud 불일치.
#코드 예제
#1. CAN 초기화
void can_init_500k(void) { RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_CAN1EN; RCC->AHB1ENR |= RCC_AHB1ENR_GPIOAEN;
// PA11 RX, PA12 TX (AF9) gpio_init(GPIOA, 11, &(gpio_config_t){.mode=GPIO_MODE_AF, .pull=GPIO_PULL_UP, .af=9}); gpio_init(GPIOA, 12, &(gpio_config_t){.mode=GPIO_MODE_AF, .speed=GPIO_SPEED_HIGH, .af=9});
// Enter init mode CAN1->MCR |= CAN_MCR_INRQ; while (!(CAN1->MSR & CAN_MSR_INAK));
CAN1->MCR &= ~CAN_MCR_SLEEP; CAN1->MCR |= CAN_MCR_TXFP | CAN_MCR_NART; // TXFP = priority by request order // NART = no auto retransmit
// 500 kbit/s @ PCLK1 = 42 MHz // prescaler 6, tseg1=11, tseg2=2 → (1+11+2)*6/42M = 2 µs CAN1->BTR = (1u << 24) // SJW = 2 | ((2 - 1) << 20) // tseg2 = 2 | ((11 - 1) << 16) // tseg1 = 11 | (6 - 1); // prescaler = 6
// Exit init mode CAN1->MCR &= ~CAN_MCR_INRQ; while (CAN1->MSR & CAN_MSR_INAK);}#2. Acceptance filter
void can_filter_init(void) { CAN1->FMR |= CAN_FMR_FINIT;
// Filter 0: accept ID 0x100 (11-bit, mask all bits) CAN1->FA1R &= ~(1u << 0); CAN1->FS1R |= (1u << 0); // 32-bit scale CAN1->FM1R &= ~(1u << 0); // mask mode
CAN1->sFilterRegister[0].FR1 = (0x100 << 21); // filter ID CAN1->sFilterRegister[0].FR2 = (0x7FF << 21); // mask: all 11 bits
CAN1->FFA1R &= ~(1u << 0); // assign to FIFO 0 CAN1->FA1R |= (1u << 0); // activate
CAN1->FMR &= ~CAN_FMR_FINIT;}
// 모든 ID 수신void can_filter_pass_all(void) { CAN1->FMR |= CAN_FMR_FINIT; CAN1->FA1R &= ~(1u << 0); CAN1->FM1R &= ~(1u << 0); CAN1->FS1R |= (1u << 0); CAN1->sFilterRegister[0].FR1 = 0; CAN1->sFilterRegister[0].FR2 = 0; // mask = 0 → don't care CAN1->FA1R |= (1u << 0); CAN1->FMR &= ~CAN_FMR_FINIT;}#3. Send frame
int can_send(uint32_t id, const uint8_t *data, uint8_t len) { // 빈 mailbox 찾기 int mb = -1; if (CAN1->TSR & CAN_TSR_TME0) mb = 0; else if (CAN1->TSR & CAN_TSR_TME1) mb = 1; else if (CAN1->TSR & CAN_TSR_TME2) mb = 2; else return -1;
CAN1->sTxMailBox[mb].TIR = (id << 21); // standard CAN1->sTxMailBox[mb].TDTR = len & 0xF; CAN1->sTxMailBox[mb].TDLR = (data[0]) | (data[1] << 8) | (data[2] << 16) | (data[3] << 24); CAN1->sTxMailBox[mb].TDHR = (data[4]) | (data[5] << 8) | (data[6] << 16) | (data[7] << 24); CAN1->sTxMailBox[mb].TIR |= CAN_TI0R_TXRQ; // request transmit return 0;}#4. Receive (FIFO + interrupt)
typedef struct { uint32_t id; uint8_t len; uint8_t data[8];} can_rx_t;
#define RX_Q 32static volatile can_rx_t rx_q[RX_Q];static volatile int rx_head, rx_tail;
void can_rx_init(void) { CAN1->IER |= CAN_IER_FMPIE0; // FIFO0 message pending NVIC_EnableIRQ(CAN1_RX0_IRQn);}
void CAN1_RX0_IRQHandler(void) { while (CAN1->RF0R & CAN_RF0R_FMP0) { can_rx_t f; f.id = CAN1->sFIFOMailBox[0].RIR >> 21; f.len = CAN1->sFIFOMailBox[0].RDTR & 0xF; uint32_t lo = CAN1->sFIFOMailBox[0].RDLR; uint32_t hi = CAN1->sFIFOMailBox[0].RDHR; f.data[0] = lo; f.data[1] = lo >> 8; f.data[2] = lo >> 16; f.data[3] = lo >> 24; f.data[4] = hi; f.data[5] = hi >> 8; f.data[6] = hi >> 16; f.data[7] = hi >> 24; CAN1->RF0R |= CAN_RF0R_RFOM0; // release
int next = (rx_head + 1) % RX_Q; if (next != rx_tail) { rx_q[rx_head] = f; rx_head = next; } }}
int can_recv(can_rx_t *f) { if (rx_head == rx_tail) return -1; *f = rx_q[rx_tail]; rx_tail = (rx_tail + 1) % RX_Q; return 0;}#5. Loopback test
CAN transceiver 없이도 loopback mode로 자체 송수신 test 가능.
CAN1->MCR |= CAN_MCR_INRQ;while (!(CAN1->MSR & CAN_MSR_INAK));CAN1->BTR |= CAN_BTR_LBKM; // loopbackCAN1->MCR &= ~CAN_MCR_INRQ;real bus와 분리되어 자기 송신을 자기가 수신. 코드 검증에 유용.
#측정 / 동작 확인
CAN 분석기 (PEAK PCAN-USB, Vector, Kvaser)로 message를 모니터링하면 가장 명확. 없으면 두 STM32 보드를 transceiver (TJA1051, SN65HVD230) + 120Ω termination으로 연결.
정상:
- Node A: send id=0x100, data=[01 02 03 04]
- Node B: recv id=0x100, data=[01 02 03 04] ✓
문제 사례:
- Send 후 TEC가 +8씩 증가 → 다른 node가 ACK 안 함
- → cable, termination, baud 확인
TEC = 255 → Error Passive TEC = 256+ → Bus Off (전송 중단)
scope로 CAN_H/CAN_L 차이 (recessive ~0V, dominant ~2V)를 확인.
#자주 보는 함정
⚠️ Transceiver 누락
MCU의 CAN_TX/RX는 TTL. real CAN bus에는 transceiver IC (TJA1051, MCP2551, SN65HVD230) 필수.
⚠️ 120 Ω termination 누락
bus 양 끝 각 120 Ω 없으면 reflection으로 신호 깨짐. 두 끝 사이 = 60 Ω.
⚠️ Baud 불일치
모든 node가 정확히 같은 baud. 한 node가 다르면 모든 message에 NACK.
⚠️ Single node 송신 → ACK error
CAN은 다른 node가 ACK. 1개 node만 있으면 모든 transmit이 ACK error. loopback mode 또는 silent mode로 test.
⚠️ Sample point 잘못
cable 길이가 길거나 transceiver propagation delay 큰 경우 sample point 87.5%를 조정해야 함.
⚠️ Filter 잘못 설정해 아무것도 수신 안 함
mask = 0xFFFF로 두면 ID 정확히 일치만 수신. 처음에는 pass-all (mask=0)로 시작해 검증 후 좁힘.
#정리
- CAN = differential, dominant (0) overrides recessive (1) — arbitration 자동.
- ID = priority. Acceptance filter로 원하는 ID만 받음.
- Bit timing = prescaler × (1 + tseg1 + tseg2). sample point 87.5% 권장.
- TJA1051 transceiver + 120Ω termination이 hardware 필수.
- Error counter로 bus-off detect → 복구 정책.
다음 편은 USB Device 기초입니다. CDC virtual COM, HID class, TinyUSB 통합을 다룹니다.
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