CAN总线应用开发接口

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

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)); 
  

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));