低成本嵌入式Linux CAN應用方案
CAN（Controller Area Network）即控制器局域網，由于具有高性能、高可靠性以及簡單的網絡結構，在工業系統中越來越受到人們的重視，并迅速成為了目前國際上應用最廣泛的現場總線之一。
英利嵌入式Linux工控主板EM9260是一款面向工業自動化領域的高性價比工控板，板上帶有標準CAN通訊接口。與板上其他標準通訊接口一樣，EM9260的CAN接口實現了相應的嵌入式Linux驅動程序，應用程序可以通過打開文件的進行讀寫的標準方式實現對CAN總線接口的數據通訊。本文側重于介紹CAN通訊方案。
硬件組成
EM9260嵌入式Linux工控板的CAN均采用了PHILIPS半導體公司的SJA1000T CAN總線控制器，SJA1000是一款獨立的控制器，主要用于汽車和一般工業環境中的控制器局域網絡（CAN）芯片，它是PHILIPS半導體PCA82C200 CAN控制器（BasicCAN）的替代產品，而且它增加了一種新的工作模式（PeliCAN），這種模式支持具有很多新特性的CAN 2.0B協議。
EM9260的CAN通訊接口可提供高達1Mbps的數據傳輸速率，當采用5Kbps的的數據傳輸速率時其通訊距離最高可達到10KM。硬件的錯誤檢定特性也增強了CAN的抗電磁干擾能力，這給數據的遠程可靠傳輸提供了有利保證。
EM9260的CAN通訊接口根據用戶的需要分為兩種：一種帶光電隔離，一種不帶光電隔離。帶光電隔離CAN總線通訊模塊的CAN收發器端的所有信號和電源與其它部分完全隔離，可承受至少1Kv（有效值）的電壓沖擊。光電隔離的功能可在EM9260的應用底板上來實現，英利公司在EM9260評估底板上提供了相應的參考電路。
CAN驅動接口函數
1、CAN報文的幀格式簡介
在CAN2.0B中存在兩種不同的幀格式，其主要的區別在于標識符的長度，具有11位標識符的幀稱為標準幀，而包括有29位標識符的幀稱為擴展幀。下面分別介紹數據幀的格式。
1、CAN2.0B標準幀
CAN標準幀信息為11個字節，包括兩部分：信息和數據部分。前3個字節為信息部分，如圖所示：
注：1、字節1為幀信息。D7位表示幀格式，在標準幀中，FF=0；D6位表示幀的類型，RTR=0表示為數據幀，RTR=1表示為
遠程幀，在一般的數據通訊中，只使用數據幀；DLC表示數據幀實際的數據長度
2、字節2、字節3為報文識別碼，11位有效
3、字節4～字節11為數據幀的實際數據，遠程幀時無效
2、CAN2.0B擴展幀
CAN標準幀信息為13個字節，包括兩部分：信息和數據部分。前5個字節為信息部分，如圖所示：
注：1、字節1為幀信息。D7位表示幀格式，在擴展幀中，FF=1；D6位表示幀的類型，RTR=0表示為數據幀，RTR=1表示為
遠程幀；DLC表示數據幀實際的數據長度
2、字節2～字節5為報文識別碼，29位有效
3、字節6～字節13為數據幀的實際數據，遠程幀時無效
2、CAN應用數據結構
英利公司提供的基于嵌入式Linux下的CAN操作API函數，為了方便用戶的使用，結合目前常用的一些方法，對于CAN接口接收的數據報文采用了以下結構。
struct can_frame
{
canid_t can_id; /* 用于定義CAN報文ID以及 EFF/RTR/ERR等標志 */
__u8 can_dlc; /* 用于定義can報文數據包長度0-8 */
__u8 data[8]； /* 用于定義can報文數據 */
};
其中的can報文ID為一個32 bit大小的結構，其中各個bit位定義如下：
typedef __u32 canid_t;
bit 0-28: CAN 報文的id(標準幀11bit/擴展幀為29bit).
bit 29 : CAN報文錯誤幀標志(0 = data frame, 1 = error frame)
bit 30 : CAN報文遠程幀標志( 1 = rtr frame )
bit 31 : CAN報文幀格式標志 (0 = 標準幀, 1 = 擴展幀 )
在進行CAN通訊時需要設置相關的參數，包括波特率、選取的數據濾波方式等，其中對于濾波器的設置，在濾波器的作用下，只有當接收報文中的標識位和驗收濾波器預定義的位值相等時，CAN控制器才允許將收到的報文存入RXFIFO中。為了方便使用，在英利公司的API函數中采用了一個struct accept_filter用來設置相關驗收濾波器的相關定義。
struct accept_filter
{
unsigned int accept_code; /* 用于定義CAN報文驗收代碼位 32bit*/
unsigned int accept_mask; /* 用于定義CAN報文驗收屏蔽位 32bit*/
unsigned char filter_mode; /* 用于定義CAN報文濾波模式 */
};
3、CAN通訊接口API函數
EM9260的系統內核中實現了CAN接口的驅動，實現CAN接口 open( ) / close() 、read( ) / write( )等函數操作。和在Linux下操作設備的方式和操作文件的方式一樣，調用open( )打開設備文件，再調用read( )、write( )對CAN接口進行數據讀寫操作。另外在此驅動程序的基礎上，封裝了一套簡單實用的API函數，以滿足對于CAN接口一些特殊參數設置的需要。各個函數的定義在can_api.h文件下，在該頭文件中對于各個API函數均有相應的中文說明。
具體在進行應用程序開發時，首先調用CAN接口的open( )函數打開CAN接口：
sprintf( portname, '/dev/em9x60_can%d', CanNo );
m_fd = open(portname, O_RDWR |O_NONBLOCK );
得到有效的文件描述符m_fd后，然后可調用can_api.h文件中定義的API函數對CAN接口進行相應的通訊參數設置：
CAN_StartChip( m_fd );
CAN_SetBaudRate( m_fd, baudrate );
CAN_SetGlobalAcceptanceFilter( m_fd, AcceptanceFilter );
再調用read( ) / write( ) 實現CAN數據的收發操作。
4、CAN通訊接口的數據收發應用示例
在英利公司提供的CAN方案中，CAN通訊的數據收發均采用的中斷方式，驅動程序中已自動完成了數據的收發，以及內部定義的CAN接收緩沖區和發送緩沖區的管理。對于用戶開發應用程序來說，只需要調用英創公司提供的CAN通訊API函數中的收發函數即可。本小節主要介紹一個CAN通訊的綜合應用示例程序。
app_cantest是一個支持CAN數據通訊的示例，該例程采用了面向對象的C++編程，把CAN數據通訊作為一個對象進行封裝，用戶調用該對象提供的接口函數即可方便地完成CAN數據通訊的操作。
// 定義CAN通訊類
class EM9X60_CAN
{
private:
// 通訊線程標識符ID
pthread_t m_thread;
// CAN接收線程
static int ReceiveThreadFunc( void* lparam );
public:
EM9X60_CAN();
virtual ~EM9X60_CAN();
// 已打開的CAN文件描述符
int m_fd;
unsigned int m_canid;
can_frame rxmsg;
// 退出數據接收線程標志
int m_ExitThreadFlag;
// 按照指定的參數打開CAN接口，并創建CAN接口接收線程
int OpenCAN( int CanNo, CAN_BAUDRATE baudrate, accept_filter *AcceptanceFilter );
// 關閉接口并釋放相關資源
int CloseCAN( );
// 初始化設置CAN數據包id信息
int InitCanIDInfo( struct CanIDInfo* pcanid );
// CAN接口寫數據
int WriteCAN( char* Buf, int len );
// CAN接收數據處理函數
virtual int PackagePro( char* Buf, int len );
};
OpenCAN 函數用于根據輸入參數打開CAN設備，并創建CAN數據接收線程。
res = pthread_create( &m_thread, &attr, (void*)&ReceiveThreadFunc, (void*)this );
ReceiveThreadFunc函數是CAN數據接收和處理的主要核心代碼，在該函數中調用select( )，等待串口數據的到來。對于接收到的數據處理也是在該函數中實現，在本例程中處理為簡單的數據回發，用戶可結合實際的應用修改此處代碼，修改PackagePro( )函數即可。流程如下：
int EM9X60_CAN::ReceiveThreadFunc(void* lparam)
{
EM9X60_CAN *pCAN = (EM9X60_CAN*)lparam;
int len;
// 定義讀事件集合
fd_set fdRead;
int ret;
struct timeval aTime;
while( 1 )
{
// 收到退出事件，結束線程
if( pCAN->m_ExitThreadFlag )
{
break;
}
FD_ZERO(&fdRead);
FD_SET(pCAN->m_fd,&fdRead);
aTime.tv_sec = 0;
aTime.tv_usec = 30000;
ret = select( pCAN->m_fd+1,&fdRead,NULL,NULL,&aTime );
if (ret < 0 )
{
pCAN->CloseCAN( );
break;
}
if (ret >= 0)
{
// 判斷是否讀事件
if (FD_ISSET(pCAN->m_fd,&fdRead))
{
len = read( pCAN->m_fd, (char*)&pCAN->rxmsg, sizeof(can_frame) );
while( len > 0 )
{
// 對接收的數據進行處理，這里為簡單的數據回發
pCAN->PackagePro( (char*)&pCAN->rxmsg, len );
// 處理完畢
len = read( pCAN->m_fd, (char*)&pCAN->rxmsg, sizeof(can_frame) );
}
}
}
}
printf( 'ReceiveThreadFunc finished\n' );
pthread_exit( NULL );
return 0;
}
需要注意的是，select( )函數中的時間參數在Linux下，每次都需要重新賦值，否則會自動歸0。