linux 中在命令行中使用 SocketCAN(以 PCAN

2020-06-08 本文已影响0人刘亚彬92

1 什么是 SocketCAN

根据维基百科的介绍，SocketCAN 是一个开源的 CAN 驱动以及网络堆栈。在 linux 中，传统的 CAN 驱动是基于字符设备(character device)模型的。一个典型的设备驱动实现，只允许一个进程访问一个设备，其他进程的访问会被阻塞。而且不同设备之间的驱动往往略有不同，这也给移植带来了不便。而 SocketCAN 使用了网络设备模型，允许多个应用同时访问同一个 CAN 设备，而一个应用也可以同时访问多个 CAN 总线。

Linux 内核中在 2.6.25 版本中加入了 CAN 的补丁，同时也添加了一些 CAN 设备的驱动。这里所用到的 PCAN 驱动基本上主流的 linux 发布版也都支持。

2 什么是 PCAN

PCAN 是一个 CAN 转 USB 的设备，由德国 PEAK-System 公司生产。一般一端用来连接 CAN 总线另一端用来连接 USB 主机（工控机、ECU、PC等）。这个东西还是比较贵的，差不多要 2k 多 RMB。有人可能就有疑问了，不就是一个 CAN 转 USB 吗？某宝上随便一搜也就是2百多块。为啥这个这么贵？下面我就简单的总结一下 PCAN 的优势：

PCAN 广泛运用到汽车领域，应该是车规级的产品（我没有查到相关的资料，只是凭感觉推断）。
PCAN 支持 windows、linux 系统、以及 linux 实时扩展 Xenomai，RTAI （对应为“实时驱动模式”）。
PCAN 支持 C++、Java、Python 3.x 等编程语言甚至可以直接将数据输入到 matlab/simulink 车辆网络工具箱。
Qt 也自带对该设备的支持（通过 Qt CAN Bus）。
支持 CAN 2.0 a/b 协议以及 CAN FD 协议^[1]。
读取数据支持事件触发^[2]。
各种各样的软件以及成熟的生态。尤其是在汽车通信领域。
等等。

[1] CAN FD 协议：全称为 Controller Area Network Flexible Data-Rate. 是对原有 CAN 协议的一种扩展。在 2011 年开发并于 2012 年由博世（Bosch）公司发布。和传统 CAN 协议不同，主要体现在了灵活数据（Flexible Data）。主控单元可以动态的切换不同的数据频率（允许高达传统 CAN 传输速率5倍的速度传输），而且每一帧的数据负载大小由最多8字节提升到64字节。

[2] 这一点很容易被其他的 USB-CAN 设备厂商忽略。我在某宝上买过2百多块的 USB-CAN 设备。当时我问老板支不支持事件触发，老板说：“不支持，而且目前国内所有的厂商都不支持。”（这篇文章写于2020年6月5日）。也就是说，使用这些设备你只能使用查询的方式读取数据，这就基本不可能保证实时性。专门使用一个线程开启事件循环来查询接收缓冲区也会浪费大量的 CPU 资源。因此这些设备配套的软件基本无法打到工业级标准，即使他们的硬件达到了标准。

需要注意的是如果你使用的 PCAN 已经安装了对应的字符设备驱动(chardev)，那么是无法使用 SocketCAN 的，如果需要使用 SocketCAN(即网络驱动 aka netdev)，需要你根据 PCAN 用户手册重新安装网络驱动。如果你的电脑上没有安装任何关于 PCAN 的驱动，那么默认是可以使用下面的 SocketCAN 的。

3 如何在 Linux 命令行中使用 SocketCAN

终于进入正题了。这部分内容主要来自于 How To Use SocketCAN With The Command-Line In Linux。我的环境如下：

USB-CAN 设备为 PCAN。
系统为状态 VMware 中的 Ubuntu 16.04。

3.1 SocketCAN 提供了哪些 CAN 接口类型？

Native interfaces: 本地接口对应了真实的硬件（如 USB-CAN 适配器），这些接口命名为 canX，如 can0, can1,...
Virtual interfaces: 虚拟接口并没有对应实际的硬件，它们被命名为 vcanX，如 vcan0, vcan1,...
SLCAN based interfaces: 基于 SLCAN 的接口提供了串行接口，它们被命名为 slcanX，如 slcan0, slcan1，等等。

3.2 列出 SocketCAN 接口

在连接好设备之后，我们首先可能想做的就是查看本地都有哪些 CAN 接口（设备是否被正确识别）：

$ ip link show
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
2: ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:97:9a:46 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
3: can0: <NOARP,ECHO> mtu 16 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 10
    link/can

这里的最后一个接口 can0 就是 SocketCAN 接口。此时你可能还希望打印本地支持 SocketCAN 的 CAN 设备信息：

$ ip addr ls dev can0
3: can0: <NOARP,ECHO> mtu 16 qdisc noop state DOWN group default qlen 10
    link/can
$ ip addr ls dev can1  # 尝试不存在的设备
Device "can1" does not exist.

另一种显示 CAN 接口信息的方法是使用 ifconfig <canx>:

$ ifconfig can0
can0      Link encap:UNSPEC  HWaddr 00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00
          NOARP  MTU:16  Metric:1
          RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:10
          RX bytes:0 (0.0 B)  TX bytes:0 (0.0 B)

3.3 配置并且使能 SocketCAN 接口

对于实际存在的 CAN 设备（连上设备时自动创建的 can0），可以使用如下的方法设定波特率（这里为 1M）：

sudo ip link set can0 type can bitrate 1000000

如果你使用的是虚拟 CAN 接口，会略有不同：

$ sudo modprobe vcan
$ sudo ip link add dev vcan0 type vcan

使能 SocketCAN 接口使用如下的命令：

$ sudo ip link set up can0

如果出现 RTNETLINK answers: Operation not supported 错误，去先尝试执行 sudo modprobe can 或者 sudo modprobe vcan。

3.4 使用 SocketCAN 发送或者接受数据

首先需要安装 can-utils:

$ sudo apt install can-utils

如果你的设备连接到了其他的 CAN 设备，你可以使用如下的命令来发送数据到该设备：

$ cansend can0 123#1122334455667788

其中 123 为 id 表示 0x123，数据为 [ 0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x55, 0x66, 0x77, 0x88 ]。注意值总是被认为是16进制。

如果希望显示所有接收到的消息，可以使用如下命令：

$ candump can0

How To Use SocketCAN With C++ In Linux