1.前言
CAN(Controller Area Network)總線，即控制器局域網(wǎng)總線，是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。由于其高性能、高可靠性、及獨(dú)特的設(shè)計(jì)和適宜的價(jià)格而廣 泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制、智能樓宇、醫(yī)療器械、交通工具以及傳感器等領(lǐng)域，并已被公認(rèn)為幾種最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。CAN總線規(guī)范已經(jīng)被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制 訂為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898，并得到了眾多半導(dǎo)體器件廠商的支持。
本文使用華清遠(yuǎn)見(jiàn)FS2416平臺(tái)。FS2416使用Socket網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)和字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)兩種方式向Linux內(nèi)核提供MCP2515的驅(qū)動(dòng)，本文詳細(xì)介紹了使用Socket方式設(shè)計(jì)的基于MCP2515的Linux CAN總線驅(qū)動(dòng)程序。
2.FS2416簡(jiǎn)介
圖1 FS2416開(kāi)發(fā)板
FS2416采用的是三星公司的ARM926EJ內(nèi)核CPU S3C2416，無(wú)論從性能上，還是成本上, S3C2416都強(qiáng)于2440，是2440的最完美替代者。
作為32/16 bit RISC指令集、低成本、低功耗、高性能的微處理器。S3C2416使用了65nm的制作工藝從而降低成本、功耗及提高性能，其使用的ARM926EJ的 核心，集成了2D圖形加速，添加了低功耗模式，支持內(nèi)部ROM/RAM引導(dǎo)，支持moviNand啟動(dòng)和低功耗音頻編解碼。此外相對(duì)于其他ARM9芯片， 它的外設(shè)也得到了升級(jí)，有更多的資源。
圖2 FS2416板級(jí)資源介紹
3.MCP2515簡(jiǎn)介
MCP2515是一種獨(dú)立的CAN總線通信控制器，是Microchip公司首批獨(dú)立CAN解決方案的 升級(jí)器件，其傳輸能力較Microchip公司原有CAN控制器（MCP2510）高兩倍，最高通信速率可達(dá)到1Mbps。MCP2515能夠接收和發(fā)送 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀和擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀以及遠(yuǎn)程幀，通過(guò)兩個(gè)接收屏蔽寄存器和六個(gè)接收過(guò)濾寄存器濾除無(wú)關(guān)報(bào)文，從而減輕CPU負(fù)擔(dān)。
MCP2515主要功能參數(shù)及電氣特性如下：
（1）支持CAN技術(shù)規(guī)范2.0A/B, 最高傳輸速率達(dá)到1Mbps；
（2）支持標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀、擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀，每幀數(shù)據(jù)域長(zhǎng)度可為0~8個(gè)字節(jié)；
（3）內(nèi)含兩個(gè)的接收緩沖器和三個(gè)發(fā)送緩沖器，并且可編程設(shè)定優(yōu)先級(jí)；
（4）內(nèi)含六個(gè)29位（bit）的接收過(guò)濾寄存器和兩個(gè)29位（bit）的接收屏蔽寄存器；
（5）高速SPI接口，支持SPI 0,0和1,1模式；
（6）一次性模式可確保報(bào)文被一次性傳輸；
（7）具有可編程時(shí)鐘脈沖輸出引腳，可作為其他芯片時(shí)鐘信號(hào)源；
（8） 幀起始（SOF）信號(hào)輸出功能可被用于在確定的系統(tǒng)中（如時(shí)間觸發(fā)CAN-TTCAN）執(zhí)行時(shí)隙功能，或在CAN總線診斷中決定早期總線出級(jí)；
（9） 采用低功耗CMOS技術(shù)，工作電壓：2.7V~5.5V, 工作電流：5mA（待機(jī)狀態(tài)1μA）；
（10）工作溫度范圍：（I）-40℃到＋85℃，（E）-40℃到＋125℃。
4.硬件設(shè)計(jì)
MCP2515與S3C2416的硬件連接圖如圖3所示。如硬件原理圖可知MCP2515芯片連接在 S3C2416芯片的SPI0上，中斷接在GPF1上；MCP2515輸出連接SN65HVD230 CAN總線收發(fā)器，SN65HVD230是德州儀器公司生產(chǎn)的3.3V CAN收發(fā)器。為了節(jié)省功耗，縮小電路體積，MCP2515 CAN總線控制器的邏輯電平采用LVTTL，SN65HVD230就是與其配套的收發(fā)器。
圖3 MCP2515硬件連接圖
5.MCP2515 Socket CAN驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)
FS2416平臺(tái)使用Linux2.6.39的內(nèi)核，內(nèi)核中為MCP2515提供了Socket CAN驅(qū)動(dòng)程序，我們只需為MCP2515芯片配置內(nèi)核選項(xiàng)就可以使用Socket編程的方式使用MCP2515 CAN總線。
5.1 Socket CAN介紹
Socket CAN是在Linux下CAN協(xié)議實(shí)現(xiàn)的一種實(shí)現(xiàn)方法。Linux下最早使用CAN的方法是基于字符設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)的，與之不同的是Socket CAN使用伯克利的Socket接口和Linux網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，這種方法使得CAN設(shè)備驅(qū)動(dòng)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口來(lái)調(diào)用。Socket CAN的接口被設(shè)計(jì)的盡量接近TCP/IP的協(xié)議，讓那些熟悉網(wǎng)絡(luò)編程的程序員能夠比較容易的學(xué)習(xí)和使用。
5.2 向Linux內(nèi)核注冊(cè)MCP2515驅(qū)動(dòng)
向Linux內(nèi)核添加SPI驅(qū)動(dòng)在之前的文章已經(jīng)有詳細(xì)的介紹，根據(jù)硬件原理圖圖3所示，MCP2515掛在SPI0上，使用中斷GPF1，所以要向Linux內(nèi)核注冊(cè)MCP2515設(shè)備，注冊(cè)代碼如圖4所示。
圖4 MCP2515 SPI 注冊(cè)代碼
注冊(cè)完成，執(zhí)行make menuconfig配置內(nèi)核選項(xiàng)。
1 [*]Networking support->
2 <*>CAN bus subsystem support->
3 <*>Raw CAN Protocal
4 <*>Broadcast Manage CAN Protocal
5 CAN Device Drivers->
6 <*>Platform CAN driver with Netlink support
7 [*]CAN bit-timing calculation
8 <*>Microchip MCP251x SPI CAN controllers
9
10 Device drivers->
11 [*]SPI support ->
12 <*> Samsung S3C2416 series type SPI
編譯內(nèi)核，內(nèi)核啟動(dòng)如圖5顯示即說(shuō)明MCP2515驅(qū)動(dòng)加載成功。
圖 5 內(nèi)核加載提示
6.Socket CAN測(cè)試
因?yàn)樽钚掳鍮usyBox對(duì)Socket CAN的不支持，所以為了測(cè)試和使用Socket CAN，我們需要自己編譯Socket CAN的工具。這里介紹兩個(gè)工具，分別是iproute2 和 canutils。
6.1 iproute2
（1）下載iproute2的最新源碼http://www.kernel.org/pub/linux/utils/net/iproute2/ 。筆者下載的是iproute2 3.6.0。
（2）解壓iproute2-3.6.0.tar.xz，修改Makefile第33行。
33 #CC = gcc
34 CC = arm-none-linux-gnueabi-gcc
（3）因?yàn)槲覀冎恍枰猧prout2的ip命令，所以修改Makefile的第42行。
42 #SUBDIRS=lib ip tc bridge misc netem genl man
43 SUBDIRS=lib ip
（4）修改完成執(zhí)行make命令，生成ip命令，拷貝到開(kāi)發(fā)板文件系統(tǒng)目錄。
（5）使用ip命令。
ifconfig can0 down //關(guān)閉can0，以便配置
./ip link set can0 up type can bitrate 250000 //設(shè)置can0波特率
./ip -details link show can0 //顯示can0信息
圖6 iproute 使用簡(jiǎn)介
6.2 canutils
Canutils是基于GNU GPLv2許可的開(kāi)源代碼，包括canconfig、canecho、cansend、candump、cansequence五個(gè)工具，用于檢測(cè)和監(jiān)控Socket CAN接口。
（1）下載canutils的最新源碼http://www.pengutronix.de/software/socket-can/download/canutils 。筆者下載的是canutils 4.0.6。
（2）因?yàn)閏anutils編譯需要libsocketcan庫(kù)的支持，需要下載libsocketcan。
http://www.pengutronix.de/software/libsocketcan/download/
筆者下載的是libsocketcan 0.0.9。
（3）解壓libsocketcan-0.0.9.tar.bz2。執(zhí)行configure命令。（其中--host是指定交叉工具鏈，--prefix是指定庫(kù)的生成位置）
./configure --host=arm-none-linux-gnueabi --prefix=/home/linux/workdir/can/tools/libsocketcan
（4）執(zhí)行make編譯庫(kù)；
（5）執(zhí)行make install 生成庫(kù)。至此，libsocketcan編譯完畢。
（6）解壓canutils-4.0.6.tar.bz2，執(zhí)行configure命令。（其中--host是指定交叉工具鏈，--
prefix是指定庫(kù)的生成位置，libsocketcan_LIBS是指定canconfig需要鏈接的庫(kù)，LDFLAGS是指定外部庫(kù)的路
徑，CPPFLAGS是指定外部頭文件的路徑）
./configure --host=arm-none-linux-gnueabi
--prefix=/home/linux/workdir/can/tools/canutils
libsocketcan_LIBS=-lsocketcan
LDFLAGS=-L/home/linux/workdir/can/tools/socketcan/lib
CPPFLAGS=-I/home/linux/workdir/can/tools/socketcan/include
（7）修改完成執(zhí)行make命令，生成四個(gè)目錄，分別拷貝到開(kāi)發(fā)板文件系統(tǒng)的相應(yīng)目錄。
（8）使用canutils工具。（可以使用[命令 + --help]的方式來(lái)查看命令的詳細(xì)用法，下面只介紹一些常用的指令）
① 配置CAN的總線通訊波特率：
canconfig canX bitrate + 波特率
圖7 使用canutils 工具設(shè)置CAN總線波特率
② 開(kāi)啟 / 重啟 / 關(guān)閉CAN總線
canconfig canX start
canconfig canX restart
canconfig canX stop
圖8 設(shè)置CAN總線狀態(tài)
③ 查看CAN總線狀態(tài)
canecho canX
圖9 查看CAN總線狀態(tài)
④ 發(fā)送信息
cansend canX –-identifier=ID + 數(shù)據(jù)
圖10 CAN總線發(fā)送數(shù)據(jù)
⑤ 接收數(shù)據(jù)
candump canX
圖11 CAN總線接收數(shù)據(jù)
⑥ 使用濾波器接收ID匹配的數(shù)據(jù)
candump canX –-filter=ID:mask
圖12 CAN總線使用濾波器接收匹配數(shù)據(jù)
7.總結(jié)
至此，使用Socket方式的MCP2515 CAN總線驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的就介紹完了，用戶可以使用Socket套接字的方式，參照canutils的源碼設(shè)計(jì)自己的應(yīng)用程序。