CAN总线协议,全程为控制器局域网(Controller Area Network)协议,是一种用于实时应用的串行通讯协议。该协议由德国某公司专门为汽车行业开发,并逐渐成为一种标准,这是国际上应用最广泛的现场总线之一。
一、概述
CAN总线协议是一种支持分布式控制系统的串行通讯协议,能够实现不同设备之间的实时数据交换。它以高可靠性、实时性、灵活性,在汽车电子、工业自动化、船舶、医疗设备等领域得到广泛应用。
二、特点
1、多主控制:在总线空闲时,所有单元都可开始发送消息,但当多个单元同时发送时,发送高优先级ID消息的单元可获得发送权。
2、优先级仲裁:通过标识符ID决定消息的优先级,优先级高的消息在仲裁过程中可继续发送,优先级低的消息停止发送并转入接收模式。
3、广播通信:CAN总线上的数据以广播形式发送,所有节点都能接收到报文,但节点会根据报文中的标识符ID决定是否处理该消息。
4、可靠性和检错:CAN总线协议能够检测出产生的任何错误,并在错误严重的情况下使节点自动退出总线。
5、长距离和高速通信:最大通信距离10km,最大通信速率1Mbps。
三、协议内容
CAN总线协议涵盖了传输层、数据链路层及物理层。
传输层主要负责将上层应用数据打包成适合CAN总线传输的帧格式,传输层还通过实现数据的确认、超时、重传机制等来确保数据的可靠传输。
数据链路层是核心部分,负责消息的帧化、仲裁、应答、检错或报告等功能。
物理层则定义了信号实际的发送方式、位时序、位的编码方式及同步的步骤。
四、Linux系统下CAN通信
Linux系统下,使用SocketCAN接口进行CAN总线通信,SocketCAN是Linux内核中用于CAN网络的网络子系统,它允许应用程序通过标准的套接字接口发送和接收CAN帧。
1、环境准备
确保你的Linux系统支持SocketCAN。大多数现代Linux发行版都支持。
你的系统需要连接到一个CAN接口(如通过USB CAN适配器)。
确认你的CAN接口在/dev下可见,比如/dev/can0。
2、示例代码
下面的C++程序展示了如何打开一个CAN接口,发送一个CAN帧,并接收CAN帧。
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <net/if.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/socket.h>
#include <linux/can.h>
#include <linux/can/raw.h> int main() { int s; // Socket struct sockaddr_can addr; struct ifreq ifr; struct can_frame frame; struct can_frame read_frame; struct timeval tv; // 打开CAN设备 if ((s = socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW)) < 0) { perror("Socket"); return 1; } strcpy(ifr.ifr_name, "can0"); // 假设CAN设备名为can0 ioctl(s, SIOCGIFINDEX, &ifr); memset(&addr, 0, sizeof(addr)); addr.can_family = AF_CAN; addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex; if (bind(s, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) < 0) { perror("Bind"); return 1; } // 发送CAN帧 frame.can_id = 0x123; // CAN ID frame.can_dlc = 2; // 数据长度 frame.data[0] = 0x11; // 数据 frame.data[1] = 0x22; if (write(s, &frame, sizeof(struct can_frame)) != sizeof(struct can_frame)) { perror("Write"); return 1; } // 接收CAN帧 fd_set rfds; FD_ZERO(&rfds); FD_SET(s, &rfds); tv.tv_sec = 2; // 等待时间 tv.tv_usec = 0; if (select(s + 1, &rfds, NULL, NULL, &tv) == -1) { perror("Select"); return 1; } if (FD_ISSET(s, &rfds)) { if (read(s, &read_frame, sizeof(struct can_frame)) == sizeof(struct can_frame)) { std::cout << "Received CAN frame with ID: " << std::hex << read_frame.can_id << std::endl; } } close(s); return 0;
}
使用g++编译上面的代码,确保你的Linux系统已经安装了g++编译器。
g++ -o can_example can_example.cpp
sudo ./can_example
注意:运行需要sudo权限,因为访问/dev/can0
需要相应的权限。
五、Windows系统下CAN通信
在Windows系统下使用CAN总线进行通信,通常需要依赖于特定的硬件接口(如PCI、USB、Ethernet等连接的CAN卡)和相应的驱动程序及库。由于Windows没有像Linux那样的SocketCAN内建支持,你需要使用第三方库或API来实现CAN通信。
一个流行的选择是使用第三方库,如Peak-System的PCAN-Basic API、Vector CANoe的API(尽管它主要是用于测试和仿真,但也可以用于开发)、Kvaser的库等。这里,我将以PCAN-Basic API为例,展示一个简单的C++示例代码,用于在Windows下发送和接收CAN帧。
首先,你需要从Peak-System的网站上下载并安装PCAN-Basic库和驱动程序。安装后,确保你的CAN硬件已经正确连接并配置。
以下是一个简单的C++示例,展示如何使用PCAN-Basic API在Windows下发送和接收CAN帧:
#include <iostream>
#include <windows.h>
#include "pcan_basic.h" int main() { TPCANHandle hCAN; TPCANStatus wStatus; TPCANMsg Msg; TPCANMsg MsgReceived; // 初始化CAN通道,这里以PCAN-USB Channel 1为例 if ((wStatus = CAN_Initialize(PCAN_USBBUS1, &hCAN)) != PCAN_ERROR_OK) { std::cerr << "Error initializing CAN channel: " << wStatus << std::endl; return 1; } // 配置CAN通道(如波特率) TPCANParameters tpParams; memset(&tpParams, 0, sizeof(tpParams)); tpParams.Baudrate = PCAN_BAUD_500K; if ((wStatus = CAN_SetBusParams(hCAN, &tpParams)) != PCAN_ERROR_OK) { std::cerr << "Error setting bus parameters: " << wStatus << std::endl; CAN_Uninitialize(hCAN); return 1; } // 发送CAN帧 Msg.ID = 0x123; Msg.MSGTYPE = PCAN_MESSAGE_STANDARD; Msg.LEN = 8; for (int i = 0; i < 8; i++) { Msg.DATA[i] = i + 1; } if ((wStatus = CAN_Write(hCAN, &Msg)) != PCAN_ERROR_OK) { std::cerr << "Error writing CAN frame: " << wStatus << std::endl; CAN_Uninitialize(hCAN); return 1; } // 接收CAN帧(这里简单地等待一个帧) DWORD dwRead; while (true) { if ((wStatus = CAN_Read(hCAN, &MsgReceived, &dwRead)) == PCAN_ERROR_OK) { std::cout << "Received CAN frame with ID: " << std::hex << MsgReceived.ID << std::endl; break; } Sleep(100); // 等待100毫秒后再尝试 } // 清理并退出 CAN_Uninitialize(hCAN); return 0;
} // 注意:你可能需要链接到PCAN-Basic的库文件(如pcanbasic.lib),并确保包含目录和库目录设置正确。
注意事项:
库和头文件:确保你的开发环境已经包含了PCAN-Basic的头文件和库文件。
错误处理:示例中进行了基本的错误处理,但在实际应用中可能需要更详细的错误检查和处理。
CAN通道和波特率:根据你的硬件设置调整CAN通道和波特率。
编译器和链接器设置:你可能需要在你的IDE中设置包含目录(Include Directories)和库目录(Library Directories),并链接到PCAN-Basic的库文件。
权限问题:在某些情况下,你可能需要以管理员身份运行你的程序来访问CAN硬件。