英创信息技术EM9287 Linux Socket CAN驱动简介

一、简述

        EM9287工控主板CPU为Freescale 的iMX287，主频454MHz，以具有丰富的通讯接口为特色，可同时支持双网口、7路串口、32路GPIO、SPI、I2C以及CAN通讯等接口。CAN是一种在世界范围内广泛用于自动控制、嵌入式设备和汽车领域的网络技术，EM9287 的CAN通讯接口是通过FlexCAN模块来实现控制局域网络协议（CAN）通信的，FlexCAN模块同时支持CAN协议规范2.0，包括协议所规定的标准帧和扩展帧。

Linux下最早使用CAN的方法是基于字符设备来实现的，在EM9287上移植的Linux-3.9.7内核中FlexCAN模块驱动实现的是Socket CAN方式，Scoket CAN使用了socket接口和Linux网络协议栈，这种方法使得CAN设备驱动可以通过网络接口函数来调用，这样大大地方便了熟悉Linux网络编程的程序员，由于调用的都是标准的socket 函数，也使得应用程序便于移植，而不会因为硬件的调整而修改应用程序，这样加强了应用程序的可维护性。关于Socket CAN在Linux内核文档中有更为详细的介绍（/Linux-3.9.7/Documentation/networtking/can.txt）。

本文将简要介绍EM9287在Linux-3.9.7内核上如何实现CAN驱动以及如何在应用程序中使用Socket CAN。

二、Linux内核配置

        内核配置中增加以下选项(make menuconfig):

Networking support --->
        <*> CAN bus subsystem support --->
        <*> Raw CAN Protocol (raw access with CAN-ID filtering) 
        <*> Broadcast Manger CAN Protocol (with content filtering)
        <*> CAN Gateway/Router (with netlink configuration)
            CAN Device Drivers --->
        <*> Platform CAN drivers with Netlink support
        [*] CAN bit-timing calculation 
        <*> Support for Freescale FLEXCAN based chips

EM9287移植的是Linux-3.9.7版本，对于硬件的描述和配置都是通过device tree相关文件进行传递，除了内核的配置外，还需要在相应的dst文件中增加can0节点。如：

can0: can@80032000 {
                compatible = 'fsl,imx28-flexcan', 'fsl,p1010-flexcan';
                reg = <0x80032000 0x2000>;
                interrupts = <8>;
                clocks = <&clks 58>, <&clks 58>;
                clock-names = 'ipg', 'per'; 
                pinctrl-names = 'default';
                pinctrl-0 = <&can0_pins_a>;
        };

内核编译成功后，板卡启动显示即表示flexcan驱动加载成功。

[ 2.022398] CAN device driver interface 
        [ 2.031257] flexcan 80032000.can: device registered (reg_base=f5032000, irq=190)

三、Socket CAN的测试

        Socket CAN 的使用会用到ip命令工具，由于busybox中的ip没有支持 socket can，所以需要重新移植ip工具，iproute2中的ip可以支持socket can。

1、移植iproute2
        从iproute2官方网站上下载源码，我们这里用到的是iproute2-3.10.0.
        1) tar jxvf iproute2-3.10.0
        2) 修改Makefie
        CC=arm-none-linux-gnueabi-gcc
        由于只用到ip工具，所以将别编译目录屏蔽：
        #SUBDIRS=lib ip tc bridge misc netem genl man
        SUBDIRS=lib ip
        3) make编译成功后生成 “ip”
        4) 将ip复制到EM9287的文件系统中，替换原来busybox中的ip

这样ip命令工具就算是移植好了。

2、使用ip命令配置can0接口。
        // 关闭can0接口，以便进行配置
        ifconfig can0 down
        // 方法一：配置can0的波特率为250Kbps
        ip link set can0 type can bitrate 250000
        // 方法二：配置can0的波特率为250Kbps
        ip link set can0 type can tp 250 prog-seg 5 phase-seg1 8 phase-seg2 2 sjw 2
        // 启动can0接口
        ifconfig can0 up

EM9287的FLEXCAN时钟选用的是24MHz的外部晶体振荡时钟。为了适应各种不同的采样率，我们采用方法二来对can的波特率进行设置，以CiA推荐的采样点在bit的87.5%处，作为基准来计算：

波特率	PRESDIV -> fTq	TSEG1	TSEG2	TQ	采样点
		PROPSEG+PSEG1+2	PSEG2+1
1000	1 -> 12MHz	（0 + 7 + 2）= 9	（1+1）= 2	12	83.3%
800	1 -> 12MHz	（3 + 7 + 2）= 12	（1+1）= 2	15	86.6%
500	2 -> 8MHz	（4 + 7 + 2）= 13	（1+1）= 2	16	87.5%
250	5 -> 4MHz	（4 + 7 + 2）= 13	（1+1）= 2	16	87.5%
125	11 -> 2MHz	（4 + 7 + 2）= 13	（1+1）= 2	16	87.5%
100	14 -> 1.6MHz	（4 + 7 + 2）= 13	（1+1）= 2	16	87.5%
60	24 -> 960KHz	（4 + 7 + 2）= 13	（1+1）= 2	16	87.5%
50	29 -> 800KHz	（4 + 7 + 2）= 13	（1+1）= 2	16	87.5%
20	74 -> 320KHz	（4 + 7 + 2）= 13	（1+1）= 2	16	87.5%
10	149 -> 160KHz	（4 + 7 + 2）= 13	（1+1）= 2	16	87.5%

 

3、Scoket CAN测试代码

        就像TCP/IP协议一样，在使用CAN网络之前首先需要打开一个套接字。CAN的套接字使用到了一个新的协议族PF_CAN，所以在调用socket( )这个系统函数的时候需要将PF_CAN作为第一个参数。当前有两个CAN的协议可以选择，一个是原始套接字协议（ raw socket protocol），另一个是广播管理协议BCM（broadcast manager）。作为一般的工业应用我们选用原始套接字协议：

s = socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW);

在成功创建一个套接字之后，通常需要使用bind( )函数将套接字绑定在某个CAN接口上。在绑定 (CAN_RAW)套接字之后，就可以在套接字上使用read( )/write( )进行数据收发的操作。

基本的CAN帧结构体和套接字地址结构体定义在include/linux/can.h

/*
         * 扩展格式识别符由 29 位组成。其格式包含两个部分：11 位基本 ID、18 位扩展 ID。
         * Controller Area Network Identifier structure
         *
         * bit 0-28 : CAN识别符 (11/29 bit)
         * bit 29 : 错误帧标志 (0 = data frame, 1 = error frame)
         * bit 30 : 远程发送请求标志 (1 = rtr frame)
         * bit 31 :帧格式标志 (0 = standard 11 bit, 1 = extended 29 bit)
        */
        typedef __u32 canid_t;
        struct can_frame {
                canid_t can_id; /* 32 bit CAN_ID + EFF/RTR/ERR flags */ 
                __u8 can_dlc; /* 数据长度: 0 .. 8 */ 
                __u8 data[8] __attribute__((aligned(8)));
        };

以下为相关的测试代码：

int main( int argc,char* argv[] )
        {
                int i1, ret; 
                int nbytes, baudrate; 
                int s;
                struct sockaddr_can addr;
                struct ifreq ifr;
                struct can_frame frame;
                printf( 'SocketCAN Test V1.0\n' );
                // 解析命令行参数, CAN波特率
                if( argc > 1 )
                {
                        baudrate = atoi( argv[1] );
                }
                else
                {
                        baudrate = 250000;
                }
                printf( 'bitrate is %d\n', baudrate );
                set_can_bittiming( baudrate );
                s = socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW);
                printf( 'SOCK_RAW can sockfd:%d\n', s );
                if( s < 0 )
                {
                        return -1; 
                }
                int loopback = 0; /* 0 = disabled, 1 = enabled (default) */
                setsockopt(s, SOL_CAN_RAW, CAN_RAW_LOOPBACK, &loopback, sizeof(loopback));
                strcpy(ifr.ifr_name, 'can0' );
                ret = ioctl(s, SIOCGIFINDEX, &ifr);
                if( ret < 0 )
                {
                        return -1;
                }
                addr.can_family = AF_CAN;
                addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex;
                bind(s, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
                for( i1=0; i1<10; i1++ )
                {
                        nbytes = read(s, &frame, sizeof(struct can_frame));
                        if (nbytes < 0) {
                                perror('can raw socket read');
                                return 1;
                        }
                        if( nbytes < (int)sizeof(struct can_frame))
                        {
                                perror('read: incomplete CAN frame\n'); 
                                return 1;
                        }
                        /* do something with the received CAN frame: send back */
                        nbytes = write(s, &frame, sizeof(struct can_frame));
                        printf( '%d sendbytes: %d\n', i1+1, nbytes );
                }
                close( s );
                return 0; 
        }