CAN 是什么以及特点、协议 、使用方法_can设备是什么

1.CAN是什么？

CAN 是控制器局域网络 (Controller Area Network) 的简称

它是由研发和生产汽车电子产品著称的德国 BOSCH 公司开发的，

并最终成为国际标准(ISO11519以及ISO11898)，是国际上应用最广泛的现场总线之一。

2.CAN的特点

①多主控制（I2C有主从机之分，CAN无所谓主机从机）

在总线空闲时，所有的单元都可开始发送消息（多主控制）

“最先”访问总线的单元可获得发送权（不管后面消息的优先级是否比自身的高）

多个单元“同时”开始发送时，发送高优先级 ID 消息的单元可获得发送权（只在同时发送时起作用）

②消息的发送（对比I2C是根据地址进行访问，这里ID非地址，而是一种表征优先级的标识符）

在 CAN 协议中，所有的消息都以固定的格式发送。当两个以上的单元同时开始发送消息时，

根据ID (标识符) 决定优先级，对各消息 ID 的每个位进行逐个仲裁比较。

仲裁获胜（被判定为优先级最高）的单元可继续发送消息，仲裁失利的单元则立刻

停止发送而进行接收工作，此处这里ID非地址，而是一种表征优先级的标识符

③系统的柔软性（对比I2C总线上的每个单元都有一个独立的地址）

与总线相连的单元没有类似于“地址”的信息。因此在总线上增加单元时，连接在总线上的其它单元的都不需要改变。

④通信速度（波特率）

由CAN的物理层就可以看出，CAN是一种异步通信方式，所以通信前必须统一好

同一网络上每个单元的波特率，即使有一个单元的通信速度与其它的不一样，

此单元也会输出错误信号，妨碍整个网络的通信。不同网络间则可以有不同的通信速度。

⑤远程数据请求

可通过发送“遥控帧” 请求其他单元发送数据。

⑥错误检测功能·错误通知功能·错误恢复功能

所有的单元都可以检测错误（错误检测功能）

检测出错误的单元会立即同时通知其他所有单元（错误通知功能）

正在发送消息的单元一旦检测出错误，会强制结束当前的发送。强制结束发送

的单元会不断反复地重新发送此消息直到成功发送为止（错误恢复功能）

⑦故障封闭

CAN 可以判断出错误的类型是总线上暂时的数据错误（如外部噪声等）还是

持续的数据错误（如单元内部故障、驱动器故障、断线等）。由此功能，

当总线上发生持续数据错误时，可将引起此故障的单元从总线上隔离出去。

⑧连接

CAN 总线可连接的单元总数理论上是没有限制的。但实际上可连接的单元数

受总线上的时间延迟及电气负载的限制。

3.CAN的协议

ISO/OSI 基本参照模型和 CAN协议

4.CAN的使用方法

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。

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));