Linux CAN编程详解



《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：

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