CAN通信

一：基本概述

1.1 can总线是什么

CAN 是 Controller Area Network 的缩写，是 ISO 国际标准化的串行通信协议。通俗来讲，CAN总线就是一种传输数据的线，用于在不同的ECU之间传输数据。
CAN（Controller Area Network）是ISO国际标准化的串行通信协议。广泛应用于汽车、船舶等。具有已经被大家认可的高性能和可靠性。
CAN控制器通过组成总线的2根线 （CAN-H和CAN-L）的电位差来确定总线的电平 ，在任一时刻，总线上有2种电平：显性电平和隐性电平。
“显性”具有“优先”的意味，只要有一个单元输出显性电平，总线上即为显性电平，并且，“隐性”具有“包容”的意味，只有所有的单元都输出隐性电平，总线上才为隐性电平。（显性电平比隐性电平更强）。
总线上执行逻辑上的线“与”时，显性电平的逻辑值为“0”，隐性电平为“1”。
下图显示了一个典型的CAN拓扑连接图。

连接在总线上的所有单元都能够发送信息，如果有超过一个单元在同一时刻发送信息，有最高优先级的单元获得发送的资格，所有其它单元执行接收操作。

can的拓扑结构：

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1.2 can总线协议的特点

CAN总线协议具有下面的特点：

1) 多主控制

当总线空闲时，连接到总线上的所有单元都可以启动发送信息，这就是所谓的多主控制的概念。
先占有总线的设备获得在总线上进行发送信息的资格。这就是所谓的CSMA/CR（Carrier Sense MultipleAccess/Collosion Avoidance）方法
如果多个设备同时开始发送信息，那么发送最高优先级ID消息的设备获得发送资格。

2) 信息的发送

在CAN协议中，所有发送的信息要满足预先定义的格式。当总线没有被占用的时候，连接在总线上的任何设备都能起动新信息的传输，如果两个或更多个设备在同时刻启动信息的传输，通过ID来决定优先级。ID并不是指明信息发送的目的地，而是指示信息的优先级。如果2个或者更多的设备在同一时刻启动信息的传输，在总线上按照信息所包含的ID的每一位来竞争，赢得竞争的设备（也就是具有最高优先级的信息）能够继续发送，而失败者则立刻停止发送并进入接收操作。因为总线上同一时刻只可能有一个发送者，而其它均处于接收状态，所以，并不需要在底层协议中定义地址的概念。

3) 系统的灵活性

连接到总线上的单元并没有类似地址这样的标识，所以，添加或去除一个设备，无需改变软件和硬件，或其它设备的应用层软件。

4) 通信速度

可以设置任何通讯速度，以适应网络规模。
对一个网络，所有单元必须有相同的通讯速度，如果不同，就会产生错误，并妨碍网络通讯，然而，不同网络间可以有不同的通讯速度。

5) 远程数据请求

可以通过发送“遥控帧”，请求其他单元发送数据。

6) 错误检测、错误通知、错误恢复功能

所有单元均可以检测出错误（错误检测功能）。
检测到错误的单元立刻同时通知其它所有的单元（错误通知功能）。如果一个单元发送信息时检测到一个错误，它会强制终止信息传输，并通知其它所有设备发生了错误，然后它会重传直到信息正常传输出去（错误恢复功能）。

7) 错误隔离

在CAN总线上有两种类型的错误：暂时性的错误（总线上的数据由于受到噪声的影响而暂时出错）；持续性的错误（由于设备内部出错（如驱动器坏了、连接有问题等）而导致的）。CAN能够区别这两种类型，一方面降低常出错单元的通讯优先级以阻止对其它正常设备的影响，另一方面，如果是一种持续性的错误，将这个设备从总线上隔离开。

8) 连接

CAN总线允许多个设备同时连接到总线上且在逻辑上没有数目上的限制。然而由于延迟和负载能力的限制，实际可连接得设备还是有限制的，可以通过降低通讯速度来增加连接的设备个数。相反，如果连接的设备少，通讯的速度可以增加。

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1.3 can的网络通信结构

1.3.1

实际上，CAN总线网络底层只采用了OSI基本参照模型中的数据链路层、传输层。而在CAN网络高层仅采用了OSI基本参照模型的应用层

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1.3.2 can协议网络层次

在CAN协议中，ISO标准只对数据链路层和物理层做了规定。对于数据链路层和物理层的一部分，ISO11898和ISO11519-2的规定是相同，但是在物理层的PMD子层和MDI子层是不同的。

在CAN总线，每一层网络中定义的事项如下：

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二：socket can在通信网络中的应用

socket can应用实例
server端：

#include <linux/can.h>
#include <linux/can/raw.h>
#include <net/if.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/ioctl.h>
int can_recv() {int sock_fd;unsigned long nbytes, len;struct sockaddr_can addr;struct ifreq ifr;/*为了能够接收CAN报文，我们需要定义一个CAN数据格式的结构体变量*/struct can_frame frame;struct can_frame *ptr_frame;/* 建立套接字，设置为原始套接字，原始CAN协议 */sock_fd = socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW);/* 对CAN接口进行初始化，设置CAN接口名，即当我们用ifconfig命令时显示的名字 */strcpy(ifr.ifr_name, "can0");ioctl(sock_fd, SIOCGIFINDEX, &ifr);/*设置CAN协议 */addr.can_family = AF_CAN;addr.can_ifindex = 0;/*将刚生成的套接字与网络地址进行绑定*/bind(sock_fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));/*开始接收数据*/nbytes = recvfrom(sock_fd, &frame, sizeof(struct can_frame), 0,(struct sockaddr *)&addr, (socklen_t *)&len);/*get interface name of the received CAN frame*/ifr.ifr_ifindex = addr.can_ifindex;ioctl(sock_fd, SIOCGIFNAME, &ifr);printf("Received a CAN frame from interface %s\n", ifr.ifr_name);/*将接收到的CAN数据打印出来，其中ID为标识符，DLC为CAN的字节数，DATA为1帧报文的字节数*/printf("CAN frame:\nID = %x\nDLC = %x\nDATA = %s\n", frame.can_id,frame.can_dlc, frame.data);ptr_frame = &frame;return 0;
}

client 端

#include <linux/can.h>
#include <linux/can/raw.h>
#include <net/if.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/ioctl.h>
int can_send() {int sock_fd;unsigned long nbytes;struct sockaddr_can addr;struct ifreq ifr;struct can_frame frame;/*建立套接字，设置为原始套接字，原始CAN协议 */sock_fd = socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW);/* 对CAN接口进行初始化，设置CAN接口名，即当我们用ifconfig命令时显示的名字 */strcpy((char *)(ifr.ifr_name), "can0");ioctl(sock_fd, SIOCGIFINDEX, &ifr);printf("can0 can_ifindex = %x\n", ifr.ifr_ifindex);addr.can_family = AF_CAN;addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex;/*将刚生成的套接字与CAN套接字地址进行绑定*/bind(sock_fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));/*设置CAN帧的ID号，可区分为标准帧和扩展帧的ID号*/frame.can_id = 0x1122;strcpy((char *)frame.data, "hello");frame.can_dlc = strlen((char *)frame.data);printf("Send a CAN frame from interface %s\n", ifr.ifr_name);/*开始发送数据*/nbytes = sendto(sock_fd, &frame, sizeof(struct can_frame), 0,(struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));return 0;
}

上面两个程序看完后，大家可能会有疑问，为什么这两个程序没有listen()和accept()函数呢？
其实这两个程序是独立的运行的，并不像字节流套接字（SOCK_STREAM）和数据报套接字（SOCK_DGRAM），需要先运行服务器进行侦听。SOCK_STREAM和SOCK_DGRAM的两个server和client程序是通过网络相互收发数据。
而CAN的socket的server和client程序收发数据的对象是CAN总线。server从CAN总线上接收数据，client将数据发到CAN总线上，当CAN总线上有数据时，server才能接收数据，当CAN总线空闲时，client才能将数据发送出去。

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三 一个程序

近写了个自认为不错的基于linux socket can程序，主要功能：

1.程序具备全部CAN功能，包括CAN标准帧/扩展帧接收与发送、CAN总线错误判断、环回等功能
2.适用基于LINUX SOCKET机制实现的CAN接口，可用于嵌入式LINUX的CAN测试
3.程序采用标准LINUX命令行参数选项形式，接受用户参数

int main(int argc, char **argv)
{S_CanFrame sendframe, recvframe;byte *psendframe = (byte *)&sendframe;byte *precvframe = (byte *)&recvframe;u_canframe_data_t *psend_data = (u_canframe_data_t *)sendframe.data;const int can_frame_len = sizeof(S_CanFrame); pid_t pid = -1;int   status;int  ret = 0;char buf[128] = {0};bool carry_bit = false;// 进位标志int segment_id;//id for shared memoif (parse_options(argc, argv)){usage();    return  0;}if (!find_can(port)){sprintf(buf, "\n\t错误：CAN%d设备不存在\n\n", port + 1);panic(buf);return  -1;}close_can(port);// 必须先关闭CAN，才能成功设置CAN波特率set_bitrate(port, bitrate);// 操作CAN之前，先要设置波特率open_can(port, bitrate);send_socket_fd = socket_connect(port);recv_socket_fd = socket_connect(port);//printf("send_socket_fd = %d, recv_socket_fd = %d\n", send_socket_fd, recv_socket_fd);if (send_socket_fd < 0 || send_socket_fd < 0){disconnect(&send_socket_fd);disconnect(&recv_socket_fd);panic("\n\t打开socket can错误\n\n");return  -1;}set_can_filter();set_can_loopback(send_socket_fd, lp);printf_head();memset(&sendframe, 0x00, sizeof(sendframe));memset(&recvframe, 0x00, sizeof(recvframe));if (extended_frame) // 指定发送帧类型：扩展帧或标准帧{sendframe.can_id = (send_frame_id & CAN_EFF_MASK) | CAN_EFF_FLAG;} else{sendframe.can_id = (send_frame_id & CAN_SFF_MASK);}sendframe.can_dlc = dlc;memcpy(sendframe.data, send_frame_data, dlc);segment_id = shmget(IPC_PRIVATE, sizeof(int), S_IRUSR | S_IWUSR);// allocate memopframeno = (int *)shmat(segment_id, NULL, 0);// attach the memoif (pframeno == NULL){panic("\n\t创建共享内存失败\n\n");return  -1;}*pframeno = 1;run = true;pid = fork();if(pid == -1) { panic("\n\t创建进程失败\n\n");return  -1;}else if(pid == 0) // 子进程，用于发送CAN帧{while (run && (send_frame_times > 0)){ret = send_frame(send_socket_fd, (char *)&sendframe, sizeof(sendframe));printf_frame(sendframe.can_id & CAN_EFF_MASK, sendframe.data, sendframe.can_dlc, ((sendframe.can_id & CAN_EFF_FLAG) ? true : false),ret > 0 ? true : false, true);delay_ms(send_frame_freq_ms);if (send_frame_id_inc_en){sendframe.can_id++;if (extended_frame){sendframe.can_id = (sendframe.can_id & CAN_EFF_MASK) | CAN_EFF_FLAG;} else{sendframe.can_id = (sendframe.can_id & CAN_SFF_MASK);}}if (send_frame_data_inc_en && dlc > 0){if (dlc > 4 && psend_data->s.dl == ((__u32)0xFFFFFFFF)){carry_bit = true;// 发生进位}psend_data->s.dl++;if (dlc <= 4){if (psend_data->s.dl >= (1 << (dlc * 8))){psend_data->s.dl = 0;}}else if (dlc <= 8){if (carry_bit){psend_data->s.dh++;if (psend_data->s.dh >= (1 << ((dlc - 4) * 8))){psend_data->s.dh = 0;}carry_bit = false;}}}send_frame_times--;}exit(0);}else // 父进程，接收CAN帧{install_sig();while (run){memset(precvframe, 0x00, can_frame_len);ret = recv_frame(recv_socket_fd, precvframe, can_frame_len, 5 * 1000);if (ret > 0){printf_frame(recvframe.can_id & CAN_EFF_MASK, recvframe.data, recvframe.can_dlc, ((recvframe.can_id & CAN_EFF_FLAG) ? true : false),true, false);}}while(((pid = wait(&status)) == -1) && (errno == EINTR)){delay_ms(10);}}disconnect(&send_socket_fd);disconnect(&recv_socket_fd);shmdt(pframeno);// detach memoshmctl(segment_id, IPC_RMID, NULL);// removereturn  0;
}