linux can

《Linux CAN编程详解》是一篇百度文库上的文档,主要描述了以下内容:

  1. can总线介绍及其帧类型;
  2. Linux 系统中CAN 接口配置;
  3. Linux 系统中CAN 接口应用程序开发;
  4. Linux 系统中CAN 接口编程实例

总体来说,这篇文档,对于嵌入式linux can应用编程还是有很大的帮助。特别是里面关于“Linux 系统中CAN 接口应用程序开发”的介绍,总结的很全面,讲述的比较清楚。

本人编写的linux socket can程序cantool(一个基于linux socket can机制编写的can接口应用程序),在调试CAN帧发送功能的时候,就有参考过该文档“5. 过滤规则设置”一节内容。

下面是该文档中个人认为比较有价值的内容部分。完整PDF文档下载地址:Linux CAN编程详解

Linux 系统中CAN 接口配置

在 Linux 系统中, CAN 总线接口设备作为网络设备被系统进行统一管理。在控制台下, CAN 总线的配置和以太网的配置使用相同的命令。

在控制台上输入命令:
ifconfig –a

可以得到以下结果:

image_thumb.png

在上面的结果中, eth0 设备为以太网接口, can0和can1 设备为两个 CAN 总线接口。接下来使用 ip 命令来配置 CAN 总线的位速率:

ip link set can0 type cantq 125 prop-seg 6phase-seg1 7 phase-seg2 2 sjw 1

也可以使用 ip 命令直接设定位速率:

ip link set can0 type can bitrate 125000

当设置完成后,可以通过下面的命令查询 can0 设备的参数设置:

ip -details link show can0

当设置完成后,可以使用下面的命令使能 can0 设备:

ifconfig can0 up

使用下面的命令取消 can0 设备使能:

ifconfig can0 down

在设备工作中,可以使用下面的命令来查询工作状态:

ip -details -statistics link show can0

Linux 系统中CAN 接口应用程序开发

由于系统将 CAN 设备作为网络设备进行管理,因此在 CAN 总线应用开发方面, Linux 提供了SocketCAN 接口,使得 CAN 总线通信近似于和以太网的通信,应用程序开发接口 更加通用, 也更加灵活。

此外,通过 https://gitorious.org/linux-can/can-utils 网站发布的基于 SocketCAN 的 can-utils 工具套件, 也可以实现简易的 CAN 总线通信。

下面具体介绍使用 SocketCAN 实现通信时使用的应用程序开发接口。

(1). 初始化

SocketCAN 中大部分的数据结构和函数在头文件 linux/can.h 中进行了定义。 CAN 总线套接字的创建采用标准的网络套接字操作来完成。网络套接字在头文件 sys/socket.h 中定义。 套接字的初始化方法如下:

int s; 
struct sockaddr_can addr; 
struct ifreq ifr; 
s = socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW);//创建 SocketCAN 套接字 
strcpy(ifr.ifr_name, "can0" ); 
ioctl(s, SIOCGIFINDEX, &ifr);//指定 can0 设备 
addr.can_family = AF_CAN; 
addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex; 
bind(s, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)); //将套接字与 can0 绑定

(2). 数据发送

在数据收发的内容方面, CAN 总线与标准套接字通信稍有不同,每一次通信都采用 can_ frame 结构体将数据封装成帧。 结构体定义如下:

struct can_frame { 
canid_t can_id;//CAN 标识符 
__u8 can_dlc;//数据场的长度 
__u8 data[8];//数据 
};

can_id 为帧的标识符, 如果发出的是标准帧, 就使用 can_id 的低 11 位; 如果为扩展帧, 就使用 0~ 28 位。 can_id 的第 29、 30、 31 位是帧的标志位,用来定义帧的类型,定义如下:

#define CAN_EFF_FLAG 0x80000000U //扩展帧的标识 
#define CAN_RTR_FLAG 0x40000000U //远程帧的标识 
#define CAN_ERR_FLAG 0x20000000U //错误帧的标识,用于错误检查

数据发送使用 write 函数来实现。 如果发送的数据帧(标识符为 0x123)包含单个字节(0xAB)的数据,可采用如下方法进行发送:

struct can_frame frame; 
frame.can_id = 0x123;//如果为扩展帧,那么 frame.can_id = CAN_EFF_FLAG | 0x123; 
frame.can_dlc = 1; //数据长度为 1 
frame.data[0] = 0xAB; //数据内容为 0xAB 
int nbytes = write(s, &frame, sizeof(frame)); //发送数据 
if(nbytes != sizeof(frame)) //如果 nbytes 不等于帧长度,就说明发送失败 
printf("Error\n!");

如果要发送远程帧(标识符为 0x123),可采用如下方法进行发送:

struct can_frame frame; 
frame.can_id = CAN_RTR_FLAG | 0x123; 
write(s, &frame, sizeof(frame));

(3). 数据接收

数据接收使用 read 函数来完成,实现如下:

struct can_frame frame; 
int nbytes = read(s, &frame, sizeof(frame));

当然, 套接字数据收发时常用的 send、 sendto、 sendmsg 以及对应的 recv 函数也都可以用于 CAN总线数据的收发。

(4). 错误处理

当帧接收后,可以通过判断 can_id 中的 CAN_ERR_FLAG 位来判断接收的帧是否为错误帧。 如果为错误帧,可以通过 can_id 的其他符号位来判断错误的具体原因。

错误帧的符号位在头文件 linux/can/error.h 中定义。

(5). 过滤规则设置

在数据接收时,系统可以根据预先设置的过滤规则,实现对报文的过滤。过滤规则使用 can_filter 结构体来实现,定义如下:

struct can_filter { 
canid_t can_id; 
canid_t can_mask;
};

过滤的规则为:

接收到的数据帧的 can_id  & mask == can_id & mask

通过这条规则可以在系统中过滤掉所有不符合规则的报文,使得应用程序不需要对无关的报文进行处理。在 can_filter 结构的 can_id 中,符号位 CAN_INV_FILTER 在置位时可以实现 can_id 在执行过滤前的位反转。

用户可以为每个打开的套接字设置多条独立的过滤规则,使用方法如下:

struct can_filter rfilter[2]; 
rfilter[0].can_id = 0x123; 
rfilter[0].can_mask = CAN_SFF_MASK; //#define CAN_SFF_MASK 0x000007FFU 
rfilter[1].can_id = 0x200; 
rfilter[1].can_mask = 0x700; 
setsockopt(s, SOL_CAN_RAW, CAN_RAW_FILTER, &rfilter, sizeof(rfilter));//设置规则

在极端情况下,如果应用程序不需要接收报文,可以禁用过滤规则。这样的话,原始套接字就会忽略所有接收到的报文。在这种仅仅发送数据的应用中,可以在内核中省略接收队列,以此减少 CPU 资源的消耗。禁用方法如下:

setsockopt(s, SOL_CAN_RAW, CAN_RAW_FILTER, NULL, 0); //禁用过滤规则

通过错误掩码可以实现对错误帧的过滤, 例如:

can_err_mask_t err_mask = ( CAN_ERR_TX_TIMEOUT | CAN_ERR_BUSOFF ); 
setsockopt(s, SOL_CAN_RAW, CAN_RAW_ERR_FILTER, err_mask, sizeof(err_mask));

(6). 回环功能设置

在默认情况下, 本地回环功能是开启的,可以使用下面的方法关闭回环/开启功能:

int loopback = 0; // 0 表示关闭, 1 表示开启( 默认) 
setsockopt(s, SOL_CAN_RAW, CAN_RAW_LOOPBACK, &loopback, sizeof(loopback));

在本地回环功能开启的情况下,所有的发送帧都会被回环到与 CAN 总线接口对应的套接字上。 默认情况下,发送 CAN 报文的套接字不想接收自己发送的报文,因此发送套接字上的回环功能是关闭的。可以在需要的时候改变这一默认行为:

int ro = 1; // 0 表示关闭( 默认), 1 表示开启 
setsockopt(s, SOL_CAN_RAW, CAN_RAW_RECV_OWN_MSGS, &ro, sizeof(ro));

Linux 系统中CAN 接口应用程序示例

该文档提供了一个很简单的程序示例,如下:

1. 报文发送程序

/* 1. 报文发送程序 */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <net/if.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/socket.h>
#include <linux/can.h>
#include <linux/can/raw.h>

int main()
{
    int s, nbytes;
    struct sockaddr_can addr;
    struct ifreq ifr;
    struct can_frame frame[2] = {{0}};
    s = socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW);//创建套接字
    strcpy(ifr.ifr_name, "can0" );
    ioctl(s, SIOCGIFINDEX, &ifr); //指定 can0 设备
    addr.can_family = AF_CAN;
    addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex;
    bind(s, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));//将套接字与 can0 绑定
    //禁用过滤规则,本进程不接收报文,只负责发送
    setsockopt(s, SOL_CAN_RAW, CAN_RAW_FILTER, NULL, 0);
    //生成两个报文
    frame[0].can_id = 0x11;
    frame[0]. can_dlc = 1;
    frame[0].data[0] = 'Y';
    frame[0].can_id = 0x22;
    frame[0]. can_dlc = 1;
    frame[0].data[0] = 'N';
    //循环发送两个报文
    while(1)
    {
        nbytes = write(s, &frame[0], sizeof(frame[0])); //发送 frame[0]
        if(nbytes != sizeof(frame[0]))
        {
            printf("Send Error frame[0]\n!");
            break; //发送错误,退出
        }
        sleep(1);
        nbytes = write(s, &frame[1], sizeof(frame[1])); //发送 frame[1]
        if(nbytes != sizeof(frame[0]))
        {
            printf("Send Error frame[1]\n!");
            break;
        }
        sleep(1);
    }
    close(s);
    return 0;
}

2. 报文过滤接收程序

/* 2. 报文过滤接收程序 */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <net/if.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/socket.h>
#include <linux/can.h>
#include <linux/can/raw.h>

int main()
{
    int s, nbytes;
    struct sockaddr_can addr;
    struct ifreq ifr;
    struct can_frame frame;
    struct can_filter rfilter[1];
    s = socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW); //创建套接字
    strcpy(ifr.ifr_name, "can0" );
    ioctl(s, SIOCGIFINDEX, &ifr); //指定 can0 设备
    addr.can_family = AF_CAN;
    addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex;
    bind(s, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)); //将套接字与 can0 绑定
    //定义接收规则,只接收表示符等于 0x11 的报文
    rfilter[0].can_id = 0x11;
    rfilter[0].can_mask = CAN_SFF_MASK;
    //设置过滤规则
    setsockopt(s, SOL_CAN_RAW, CAN_RAW_FILTER, &rfilter, sizeof(rfilter));
    while(1)
    {
        nbytes = read(s, &frame, sizeof(frame)); //接收报文
        //显示报文
        if(nbytes > 0)
        {
            printf(“ID=0x%X DLC=%d data[0]=0x%X\n”, frame.can_id,
                frame.can_dlc, frame.data[0]);
        }
    }
    close(s);
    return 0;
}

这个示例程序博主并未编译测试验证。更完整的程序详见本人编写的linux socket can程序cantool

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