嵌入式C语言环境下的CAN总线通讯协议_c语言实现can通讯

作者：笔触狂放9 | 2024-02-24 22:05:21

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c语言实现can通讯

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原文地址：嵌入式C语言环境下的CAN总线通讯协议

相信本公众号的读者对CAN通讯协议肯定都不陌生，各位在采集CAN总线信号、分析数据的时候是否想过，这些信号在电控单元（ECU）中通讯协议是如何实现的。本次内容介绍的是如何将CAN总线的通讯协议在C语言环境中实现。下面的内容需要有一点点的C语言基础，希望大家能坚持看完，一定会有所收获的。

1.结构体

通过前面文章《CAN总线(J1939)速成指南【1】》的介绍，对于CAN通讯协议有三个非常重要的信息，分别是报文ID、数据场、解析与偏移。实现通讯协议的第一步就是定义一个报文的结构体。

⚪ 定义报文ID

本次使用的例子是基于扩展ID，ID长度为29个位。由于C语言没有29位长度的数据类型所以使用32位数据类型UINT32。如果是标准ID使用16位数据类型UINT16即可。

小提示：数据类型

标准的C语言是没有UINT32、UINT16等这样的变量，这都是根据选用芯片的类型在宏中预先定义的。如：16位系统的UINT32 对应的C语言表达就是unsigned long，而对于32位系统的UINT32则对应的是usigned int。

⚪ 定义数据场

使用UINT8数据类型定义一个八字节的数组，用来存放数据场信息

⚪ 定义解析与偏移结构体

需要另外在定义一个结构体，用来存放偏移与解析值。如上图，包含两个Float型数据。

在我们的报文结构体中对每一个信号的解析信息进行实例化。上图中的红色部分只用来说明如何调用【解析与偏移】结构体，后面会导入我们真正的例子信息。

2.矩阵

CAN数据帧包含64位的数据场，矩阵就是用来定义数据场如何划分的。这部分在通讯协议中体现在每个信号的起始位置与数据长度。

这是【思想】使用Vetor CANdb++做的矩阵例子，以下称为【一号例子】。这个例子包含了一个16位数据、两个8位数据、一个32位数据，总共64位长度。数据位都对齐，不存在空位，十分完美。但是实际应用就不是这么美丽的了。

上图是【思想】定义的另一个矩阵，以下称为【二号例子】。这个矩阵就比较奇葩，一个12位数据、一个21位数据、一个3位数据、一个2位数据，并且数据与数据之间还存在着空位，整个数据场还剩下后面24位没利用到。

3.共同体

共同体这个知识点在C语言中比较冷门，【思想】在接触CAN协议栈之前也不是很清楚共同体用来干嘛的。所以就先介绍下这个知识点。

所谓共用体，它表示的是几个变量共用一个内存位置，在不同的时间保存不同的数据类型和不同长度的变量。在共用体中，所有的成员共用一个空间，并且同一时间只能储存其中一个成员变量的值。当一个共用体被声明时，编译程序自动地产生一个变量，其长度（以字节byte为单位，一个byte是8个二进制位）为联合中最长的数据类型长度的整数倍。

回到我们的CAN报文的数据场，由8个1字节的内存空间组成。每一个报文根据自身的矩阵信息对这个区域重新划分。

该段代码是【一号例子】，使用共同体描述矩阵信息。定义的共同体既可以通过字节数组（Bytes）数据进行读写，也可以根据位定义位结构体（Bits）的数据变量进行读写。在【解析与偏移】中也对结构体进行实例化，待后序初始化中进行赋值。

【二号例子】由于数据位没有对齐并且存在空位，所以处理起来就稍微麻烦点。首先要处理数据长度不是常见的8、16、32，例如第一个数据是一个12位的数据，这里就使用【UINT16 Bit12:12;】先定义一个UINT16的数据，在通过【:12】定义有效数据长度只有12位。然后就是要处理空位的部分，正如上面矩阵中显示。第12、36、37为空位，就根据空位的长度定义一个UINT8的数据类型将空位补上。本例中的【UINT8 EMPTY_1:2;】。这里注意要优先保证数据位对齐，主要为了大小端字节序的自动化处理，这是一个很恶心的事情，以后会有专门的内容介绍。

补充空位后的数据块位长度一定要为8的倍数，实现上图的对齐效果。其实共同体这个方法，适用于大部分的通讯协议，比如TCPIP、485、RS232等。

4.初始化

以上就已经介绍了如何在结构体中定义通讯协议，真正开始使用前还需要对结构体实例化，并对数据初始化。

根据前面创建的结构体名称，实例化为变量

初始化数据部分从上到下顺序分别为：

对报文ID进行赋值，这里的ID在前面通过使用宏定义；
将64位的数据场全部填0；
对解析偏移结构体的参数进行赋值，填充位是不需要定义解析偏移参数的；

5.接收解析与发送编码

这次【思想】挑选的两个例子，正好一个是发送、一个是接收，就能够很好的来说明解析与编码。

例如对Spd信号的解析，左边的红框为BSW->ASW的接口变量，直接访问结构体中共同体下的Spd变量，与解析偏移结构体中的解析值与偏移值进行运算得到Spd的实际数值。至于ASW与BSW接口如何制作请见本公众号文章《Simulink代码生成应用教程》

对于发送报文就需要经过编码处理，红色框为ASW->BSW的接口变量，将接口变量与解析偏移结构体中的解析值与偏移运算。得到需要发送报文结构体中共同体下的发送数据。该运算与上面的解析运算为逆运算。

6.尾声

到目前为止，【思想】介绍了如何在C语言中实现CAN总线的报文结构，及其初始化、解析、编码等数据操作。由于篇幅限制，飞思卡尔与Intel的字节序问题及接口自动生成技术，将放到后续的文章中来讨论。