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：

1

int s;

2	struct sockaddr_can addr;

3	struct ifreq ifr;

4	s = socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW);//创建 SocketCAN 套接字

5	strcpy(ifr.ifr_name, "can0" );

6	ioctl(s, SIOCGIFINDEX, &ifr);//指定 can0 设备

7	addr.can_family = AF_CAN;

8	addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex;

9	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：

1	struct can_frame {

2	canid_t can_id;//CAN 标识符

3	__u8 can_dlc;//数据场的长度

4	__u8 data[8];//数据

5

};

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：

1	#define CAN_EFF_FLAG 0x80000000U //扩展帧的标识

2	#define CAN_RTR_FLAG 0x40000000U //远程帧的标识

3	#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：

1	struct can_frame frame;

2	frame.can_id = 0x123;//如果为扩展帧，那么 frame.can_id = CAN_EFF_FLAG | 0x123;

3	frame.can_dlc = 1; //数据长度为 1

4	frame.data[0] = 0xAB; //数据内容为 0xAB

5	int nbytes = write(s, &frame, sizeof(frame)); //发送数据

6	if(nbytes != sizeof(frame)) //如果 nbytes 不等于帧长度，就说明发送失败

7	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：

1	struct can_frame frame;

2	frame.can_id = CAN_RTR_FLAG | 0x123;

3	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：

1	struct can_frame frame;

2	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：

1	struct can_filter {

2	canid_t can_id;

3	canid_t can_mask;

4

};

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：

1	struct can_filter rfilter[2];

2	rfilter[0].can_id = 0x123;

3	rfilter[0].can_mask = CAN_SFF_MASK; //#define CAN_SFF_MASK 0x000007FFU

4	rfilter[1].can_id = 0x200;

5	rfilter[1].can_mask = 0x700;

6	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：

1	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：

1	can_err_mask_t err_mask = ( CAN_ERR_TX_TIMEOUT | CAN_ERR_BUSOFF );

2	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：

1	int loopback = 0; // 0 表示关闭, 1 表示开启( 默认)

2	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：

1	int ro = 1; // 0 表示关闭( 默认), 1 表示开启

2	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

01	/* 1. 报文发送程序 */

02

#include

03

#include

04

#include

05

#include

06

#include

07

#include

08

#include

09

#include

10

#include

11

12	int main()

13

{

14	int s, nbytes;

15	struct sockaddr_can addr;

16	struct ifreq ifr;

17	struct can_frame frame[2] = {{0}};

18	s = socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW);//创建套接字

19	strcpy(ifr.ifr_name, "can0" );

20	ioctl(s, SIOCGIFINDEX, &ifr); //指定 can0 设备

21	addr.can_family = AF_CAN;

22	addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex;

23	bind(s, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));//将套接字与 can0 绑定

24	//禁用过滤规则，本进程不接收报文，只负责发送

25	setsockopt(s, SOL_CAN_RAW, CAN_RAW_FILTER, NULL, 0);

26

//生成两个报文

27	frame[0].can_id = 0x11;

28	frame[0]. can_dlc = 1;

29	frame[0].data[0] = 'Y';

30	frame[0].can_id = 0x22;

31	frame[0]. can_dlc = 1;

32	frame[0].data[0] = 'N';

33	//循环发送两个报文

34

while(1)

35

{

36	nbytes = write(s, &frame[0], sizeof(frame[0])); //发送 frame[0]

37	if(nbytes != sizeof(frame[0]))

38

{

39	printf("Send Error frame[0]\n!");

40	break; //发送错误，退出

41

}

42

sleep(1);

43	nbytes = write(s, &frame[1], sizeof(frame[1])); //发送 frame[1]

44	if(nbytes != sizeof(frame[0]))

45

{

46	printf("Send Error frame[1]\n!");

47

break;

48

}

49

sleep(1);

50

}

51

close(s);

52

return 0;

53

}

2. 报文过滤接收程序

01	/* 2. 报文过滤接收程序 */

02

#include

03

#include

04

#include

05

#include

06

#include

07

#include

08

#include

09

#include

10

#include

11

12	int main()

13

{

14	int s, nbytes;

15	struct sockaddr_can addr;

16	struct ifreq ifr;

17	struct can_frame frame;

18	struct can_filter rfilter[1];

19	s = socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW); //创建套接字

20	strcpy(ifr.ifr_name, "can0" );

21	ioctl(s, SIOCGIFINDEX, &ifr); //指定 can0 设备

22	addr.can_family = AF_CAN;

23	addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex;

24	bind(s, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)); //将套接字与 can0 绑定

25	//定义接收规则，只接收表示符等于 0x11 的报文

26	rfilter[0].can_id = 0x11;

27	rfilter[0].can_mask = CAN_SFF_MASK;

28

//设置过滤规则

29	setsockopt(s, SOL_CAN_RAW, CAN_RAW_FILTER, &rfilter, sizeof(rfilter));

30

while(1)

31

{

32	nbytes = read(s, &frame, sizeof(frame)); //接收报文

33

//显示报文

34	if(nbytes > 0)

35

{

36	printf(“ID=0x%X DLC=%d data[0]=0x%X\n”, frame.can_id,

37	frame.can_dlc, frame.data[0]);

38

}

39

}

40

close(s);

41

return 0;

42

}

这个示例程序博主并未编译测试验证