在Linux上使用CAN

WORMARZ發表於2024-05-07
Linux

1、相關背景知識

  • CAN

控制器區域網路(Controller Area Network)，一種序列資料通訊協議。CAN是一種非同步通訊，只有CAN_high和CAN_low兩條訊號線(實際上還需要共地，GND)，共同構成一組差分訊號線，以差分訊號的形式進行通訊。CAN通訊節點由一個CAN控制器及CAN收發器，CAN 控制器用於實現實現CAN匯流排的協議底層以及資料鏈路層，用於生成CAN幀並以二進位制碼流的方式傳送，在此過程中進行位填充、新增CRC校驗、應答檢測等操作;將接收到的二進位制碼流進行解析並接收，在此過程中進行收發比對、去位填充、執行CRC校驗等操作。此外還需要進行衝突判斷、錯誤處理等諸多工。CAN收發器(有時也叫做驅動器)，用於將二進位制碼流轉換為差分訊號傳送，將差分訊號轉換為二進位制碼流接收。

  • CAN電平
  • CAN 控制器根據兩根線上的電位差來判斷匯流排電平。匯流排電平分為顯性電平（邏輯0）：CAN_H電壓為3.5V、CAN_L為1.5V，壓差為2V; 隱性電平（邏輯1）：CAN_H和CAN_L電壓均為2.5V，電壓差為0V。傳送方透過使匯流排電平發生變化，將訊息傳送給接收方。在匯流排上顯性電平具有優先權，只要有一個單元(也就是節點)輸出顯性電平，匯流排上即為顯性電平。而隱性電平則具有包容的含義，只有所有的單元都輸出隱性電平，匯流排上才為隱性電平。那麼可以知道，CAN通訊是半雙工的，收發資料需要分開來進行，由於是公用匯流排，在整個網路中，同一時刻只能由一個通訊節點傳送訊號，其餘的節點在該時刻只能接收。
  • CAN匯流排進行端接：一條匯流排至少2個端接，2端接個120Ω的電阻（消除匯流排終端處的訊號反射、確保匯流排得到正確的電平）。
  • CAN與CAN-FD
  • 主要區別:
  1. CAN-FD：可以理解成CAN協議的升級版，只升級了協議，物理層未改變。
  2. CAN與CAN-FD主要區別：傳輸速率不同、資料長度不同、幀格式不同、ID長度不同。
  3. 由傳統CAN轉移到CANFD比較方便。
  • 傳輸速率
  1. CAN：最大傳輸速率1Mbps。
  2. CAN-FD：速率可變，仲裁位元率最高1Mbps（與CAN相同），資料位元率最高8Mbps。
  • 資料長度
  1. CAN：一幀資料最長8位元組
  2. CAN-FD：一幀資料最長64位元組。
  • CAN與CANOpen的關係

CAN的物理層分了三層分別是MDI，PMA和PLS，資料鏈路層分了兩層：MAC與LLC。這五層就是最原始的CAN協議，標準是ISO11898。也就是說CAN協議一開始是沒有應用層的。後來有一種叫CANOpen的基於CAN的應用層協議被開發出來，標準是CiA301。
CAN協議框架

2、移植canfestival

  • canfestival原始碼下載地址 。
## 解壓
tar jxvf canfestival-de1fc3261f21.tar.bz2
  • 編譯原始碼

首先執行python --version確認python是2.x的版本。若不是，修改環境變數，讓預設的python指令是使用python2的。

./configure --cc=aarch64-none-linux-gnu-gcc --arch=arm64 --os=unix --kerneldir=../../kernel/ --prefix=$PWD/tmp --target=unix --can=socket --timers=unix --debug=WAR,MSG
 
 
--cc：配置開發板交叉編譯器
--arch：開發板架構
--os：使用系統
--kerneldir：使用的核心實際目錄
--prefix：在原始碼首頁建立一個安裝資料夾
--can：Linux下使用的是socket
--timers：定時器也是Linux自帶的
--debug：返回執行資訊

# 執行下列操作編譯
make clean
make all
make install

......

# 輸出產物
$ ls _install/
bin  include  lib  objdictgen

3、移植iproute2

can驅動使能需要使用到ip指令，但busybox中的ip指令功能不全，需要重新移植完整的iproute2。

iproute2需要依賴libmnl和libbsd，先移植這兩個庫。

  • 移植libmnl
    libmnl原始碼下載地址 。
tar -jxvf libmnl-1.0.4.tar.bz2
cd libmnl-1.0.4
./configure --prefix=${PWD}/_install --host=aarch64-none-linux
make && make install
ls _install # 檢視編譯產物
  • 移植libbsd
    libbsd原始碼下載地址 。
tar -xvf libbsd-0.8.7.tar.xz
cd libbsd-0.8.7
./autogen
./configure --prefix=${PWD}/_install --host=aarch64-none-linux
make && make install
ls _install # 檢視編譯產物
  • 移植iproute2
    iproute2原始碼下載地址 。
tar -xzvf iproute2-5.9.0.tar.gz
cd iproute2-5.9.0
mkdir _install
PKG_CONFIG_PATH=${PWD}/../libmnl-1.0.4/_install/lib/pkgconfig:${PWD}/../libbsd-0.8.7/_install/lib/pkgconfig CC=aarch64-none-linux-gcc AR=aarch64-none-linux-ar ./configure
make
DESTDIR=${PWD}/_install make install
ls _install # 檢視編譯產物

將完整的ip指令移植到開發板後就可以用ip來配置can了。

  • CAN FD常用命令
# 查詢當前網路裝置
ifconfig -a

# 關閉CAN
ip link set can0 down

# 設定仲裁段500k波特率，資料段500k波特率
ip link set can0 type can bitrate 500000 dbitrate 500000 fd on

# 列印can0資訊
ip -details link show can0

# 啟動CAN
ip link set can0 up

4、移植canutils

canutils可以用於測試物理層和鏈路層的CAN協議，其需要依賴libsocketcan。

canutils原始碼下載地址
libsocketcan原始碼下載地址

libsocketcan正常編譯移植即可，但canutils是很老的一個專案了，在編譯64位版本的時候可能會出現問題。在配置工具鏈的時候可能無法透過aarch64工具鏈的檢測，這時候可以在其他專案中找一個config.sub，將這個檔案替換到canutils的config/autoconf/config.sub。我這裡將libmnl-1.0.4/build-aux/config.sub拷了過去，這樣就能支援64位的編譯工具了。

./configure --prefix="$PWD/_install" --host=aarch64-none-linux --enable-debug libsocketcan_LIBS="-L$PWD/../libsocketcan/_install/lib -lsocketcan" libsocketcan_CFLAGS="-I$PWD/../libsocketcan/_install/include" CFLAGS=-I$PWD/../libsocketcan/_install/include

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