玩转Linux CAN/CAN FD—SocketCAN的使用

 导语：

SocketCAN是CAN协议在Linux系统上的一种主流的实现方式，SocketCAN使用套接字API、Linux网络栈技术，将CAN设备驱动程序实现为网络接口，使其有着易用、兼容性好等特点。

更多SocketCAN的详情可以查看以下文档：

https://www.kernel.org/doc/html/v4.17/networking/can.html

本文将从驱动(内核、pcan驱动)到使用（can-utils），带你轻松入门socketcan。

 一、配置 

本节将从驱动、查找设备、设置波特率、设备状态等几个方面进行介绍。

驱动检查：

检查设备是否已经安装CAN驱动模块

lsmod | grep peak_usb

如果有返回结果，说明设备此时有驱动，可以直接使用；

如果没返回结果，就尝试安装驱动。

sudo modprobe peak_usb

安装成功后，再次使用第一条命令检查；

若返回如下命令，则表示内核中没有包含驱动。

modprobe: FATAL: Module peak_usb not found in directory /lib/modules/6.8.0-60-generic

如果缺少驱动，有两种处理方法：

• 重新配置&编译Linux内核（推荐）
• 手动安装独立设备驱动

推荐使用安装内核的方式，安装后与系统的适配性更好。详细操作方法会在文章最后介绍。

查找设备：

检查完驱动后，确保CAN设备已连接，查找设备接口。

$ ip link show 4: can0: <NOARP,UP,LOWER_UP> mtu 72 qdisc pfifo_fast state UP mode DEFAULT group default qlen 10     link/can  5: can1: <NOARP,UP,LOWER_UP> mtu 16 qdisc pfifo_fast state UP mode DEFAULT group default qlen 10     link/can

另一种方法

$ ifconfig -a can0: flags=193<UP,RUNNING,NOARP>  mtu 72         unspec 00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00  txqueuelen 10  (UNSPEC)         RX packets 0  bytes 0 (0.0 B)         RX errors 49043711  dropped 10685  overruns 0  frame 0         TX packets 6563  bytes 105195 (105.1 KB)         TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0 can1: flags=193<UP,RUNNING,NOARP>  mtu 16         unspec 00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00  txqueuelen 10  (UNSPEC)         RX packets 2839  bytes 46278 (46.2 KB)         RX errors 46143779  dropped 1270  overruns 0  frame 0         TX packets 1440  bytes 21090 (21.0 KB)         TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

波特率设置：

确认设备接口信息后，设置波特率。

配置can0设备的波特率设定为500k bps，命令如下：

sudo ip linkset can0 type can biterate 500000

如果是支持CAN FD的设备，则可以使用以下命令，配置can0为CAN FD 格式波特率500k/2M

sudo ip linkset can0 type can bitrate 500000 dbitrate 2000000 fd on

指定采样率等高级的参数配置，下面的操作配置总裁段波特率500K采样75%，数据段波特率4M采样点80%。

sudo ip linkset can0 type can bitrate 500000 sample-point 0.75 dbitrate 4000000 dsample-point 0.8 fd on

在波特率配置完成后，启动can设备（设备启动后无法修改波特率）

sudo ip linkset can0 up

关闭can设备

sudo ip linkset can0 down

以下是常用的一些使用配置，还有很多关于can接口的配置命令,使用help指令可轻松查找。

$ sudo ip linkset can0 type can help Usage: ip linkset DEVICE type can         [ bitrate BITRATE [ sample-point SAMPLE-POINT] ] |         [ tq TQ prop-seg PROP_SEG phase-seg1 PHASE-SEG1           phase-seg2 PHASE-SEG2 [ sjw SJW ]]         [ dbitrate BITRATE [ dsample-point SAMPLE-POINT] ] |         [ dtq TQ dprop-seg PROP_SEG dphase-seg1 PHASE-SEG1           dphase-seg2 PHASE-SEG2 [ dsjw SJW ] ]         [ loopback { on | off } ]         [ listen-only { on | off } ]         [ triple-sampling { on | off } ]         [ one-shot { on | off } ]         [ berr-reporting { on | off } ]         [ fd { on | off } ]         [ fd-non-iso { on | off } ]         [ presume-ack { on | off } ]         [ cc-len8-dlc { on | off } ]         [ restart-ms TIME-MS ]         [ restart ]         [ termination { 0..65535 } ]         Where: BITRATE  := { 1..1000000 }                   SAMPLE-POINT  := { 0.000..0.999 }                   TQ            := { NUMBER }                   PROP-SEG      := { 1..8 }                   PHASE-SEG1    := { 1..8 }                   PHASE-SEG2    := { 1..8 }                   SJW           := { 1..4 }                   RESTART-MS    := { 0 | NUMBER }

在上方高亮标记的配置中，有两点需要注意的

• 波特率设置：推荐使用直接设置波特率方式进行配置，程序会自动根据波特率提供较优的时间参数；通过配时间参数设备波特率，需要对此有一定的基础，否则容易出错。
•  berr-reporting：有些配置教程里会有开启错误报告的设置，但PCAN驱动不支持此功能，请勿启用。

CAN接口状态：

下面的命令用于查看详细的CAN波特率配置参数、设备状态。

$ ip -d link show 4: can0: <NOARP> mtu 72 qdisc pfifo_fast state DOWN mode DEFAULT group default qlen 10 link/can promiscuity 0 minmtu 0 maxmtu 0 can <FD> state STOPPED (berr-counter tx 0 rx 0) restart-ms 0 bitrate 1000000 sample-point 0.750 tq 12 prop-seg 29 phase-seg1 30 phase-seg2 20 sjw 10 pcan: tseg1 1..256 tseg2 1..128 sjw 1..128 brp 1..1024 brp-inc 1 dbitrate 2000000 dsample-point 0.750 dtq 12 dprop-seg 14 dphase-seg1 15 dphase-seg2 10 dsjw 5 pcan: dtseg1 1..32 dtseg2 1..16 dsjw 1..16 dbrp 1..1024 dbrp-inc 1 clock 80000000 numtxqueues 1 numrxqueues 1 gso_max_size 65536 gso_max_segs 65535 5: can1: <NOARP,UP,LOWER_UP> mtu 16 qdisc pfifo_fast state UP mode DEFAULT group default qlen 10 link/can promiscuity 0 minmtu 0 maxmtu 0 can state ERROR-PASSIVE (berr-counter tx 0 rx 127) restart-ms 0 bitrate 1000000 sample-point 0.750 tq 12 prop-seg 29 phase-seg1 30 phase-seg2 20 sjw 10 pcan: tseg1 1..256 tseg2 1..128 sjw 1..128 brp 1..1024 brp-inc 1 pcan: dtseg1 1..32 dtseg2 1..16 dsjw 1..16 dbrp 1..1024 dbrp-inc 1 clock 80000000 numtxqueues 1 numrxqueues 1 gso_max_size 65536 gso_max_segs 65535

通过ip -d link show，我们可以得到CAN设备状态是启动或关闭，运行状态，错误计数器，以及波特率详细参数。

异常恢复：

can <FD> state BUS-OFF (berr-counter tx 248 rx 127) restart-ms 0

当设备进入busoff等异常状态时，可以通过以下命令重新启动设备。

sudo ip link set canX down

sudo ip link set canX up

更多有关CAN总线错误状态和错误管理的介绍可参考下文

[技术干货]CAN BUS的错误检测和错误状态管理

 二、can-utils使用方法 

can-utils是Linux下操作CAN总线的标准工具集，专为SocketCAN设计，包含多种can的实用工具，如candump、cansend等。

首先通过以下命令来安装can-utils：

sudo apt-get install can-utils

candump

candump可以实时显示接收到的can消息。

实时显示设备can0上的所有can消息，命令终端中输入以下命令：

candump can0

candump还可以使用掩码和标识符对接收到的can信息进行过滤。有两种过滤器类型：

• [can_id]:[can_mask] ：当[received_can_id] & [can_mask] == [can_id] & [mask] 被显示
• [can_id]~[can_mask] ：当[received_can_id] & [can_mask] != [can_id] & [mask] 被显示

例如：

仅显示can0上收到的ID为0x123的消息：

candump  vcan0,0x123:0x7FF

仅显示can0上收到的ID为0x123或0x456的消息：

candump  vcan0,0x123:0x7FF,0x456:0x7FF

更多candump功能可以通过candump -h查看（以下工具也相同）

candump  -h

cansend

cansend可以将单个CAN帧发送到总线上。您将必须指定设备，标识符和要发送的数据字节。

例如：

cansend  can0 123#1122334455667788

此条指令将在接口can0上发送一条消息，其标识符为0x123，数据字节为[0x11、0x22、0x33、0x44、0x55、0x66、0x77、0x88]。请注意，此工具始终假定值以十六进制给出。

cangen

cangen可以生成随机的CAN数据，这对于测试很有用。

例如，can0间隔100ms发一帧64位的随机CAN FD数据：

cangen  can0 -f -g 100 -L 64

cansniffer

cansniffer可以显示总线上接收到的CAN消息，而且可以过滤掉数据不变的帧。这对于逆向工程CAN总线系统非常有用。

例如，将can0接收到的变化的消息打印出来，并将变化的字节高亮表示：

cansniffer -c can0

canbusload

canbusload可以用于实时显示处于工作状态（link up）的CAN设备的当前负载率。

举例：

user$> canbusload can0@100000 can1@500000,2000000 can2@500000 -r -t -b -c

 三、Linux下PCAN驱动安装 

配置内核自带驱动

查看设备内核配置：

$ grep PEAK_ /boot/config-`uname -r`

只需要注意CAN_PEAK_USB这项是否为m（独立模块），或是y（加载到内核），一般推荐设置为m。

若不是，则将该项修改为m或y，并重新编译内核即可。

pcan独立驱动的编译安装

因为Linux内核环境的多样性，在安装过程中可能会出现意料之外的错误，需要自身有一定处理问题的能力。

下载驱动并解压进入目录：

wget https://www.peak-system.com/fileadmin/media/linux/files/peak-linux-driver-8.20.0.tar.gz tar –xzf peak-linux-driver-X.Y.Z.tar.gz cd peak-linux-driver-X.Y.Z

编译驱动并启用Netdev支持，否则默认为Chardev：

make clean

加载驱动：

sudo modprobe pcan

查看驱动是否存在：

lsmod | grep pcan

查看CAN接口是否存在：

Ifconfig -a

 四、总结 

篇幅有限，本文只是对SocketCAN进行了简单介绍，以及基础使用说明。

下一篇文章中将为大家介绍，专为SocketCAN设计的标准工具集——can-utils，欢迎关注。

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