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控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。由于其高性能、高可靠性、及獨特的設(shè)計和適宜的價格而廣 泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場控制、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)場總線之一。CAN總線規(guī)范已經(jīng)被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制 訂為國際標(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FS2416平臺。FS2416使用Socket網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動和字符設(shè)備驅(qū)動兩種方式向Linux內(nèi)核提供MCP2515的驅(qū)動，本文詳細(xì)介紹了使用Socket方式設(shè)計的基于MCP2515的Linux CAN總線驅(qū)動程序。

2.FS2416簡介

圖1  FS2416開發(fā)板

       FS2416采用的是三星公司的ARM926EJ內(nèi)核CPU S3C2416，無論從性能上，還是成本上, S3C2416都強于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啟動和低功耗音頻編解碼。此外相對于其他ARM9芯片， 它的外設(shè)也得到了升級，有更多的資源。

圖2  FS2416板級資源介紹

3.MCP2515簡介

MCP2515是一種獨立的CAN總線通信控制器，是Microchip公司首批獨立CAN解決方案的 升級器件，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)幀和擴展數(shù)據(jù)幀以及遠(yuǎn)程幀，通過兩個接收屏蔽寄存器和六個接收過濾寄存器濾除無關(guān)報文，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、擴展數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀，每幀數(shù)據(jù)域長度可為0~8個字節(jié)；
      （3）內(nèi)含兩個的接收緩沖器和三個發(fā)送緩沖器，并且可編程設(shè)定優(yōu)先級；
      （4）內(nèi)含六個29位（bit）的接收過濾寄存器和兩個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文被一次性傳輸；
      （7）具有可編程時鐘脈沖輸出引腳，可作為其他芯片時鐘信號源；
      （8） 幀起始（SOF）信號輸出功能可被用于在確定的系統(tǒng)中（如時間觸發(fā)CAN-TTCAN）執(zhí)行時隙功能，或在CAN總線診斷中決定早期總線出級；
      （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 

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)動實現(xiàn)

FS2416平臺使用Linux2.6.39的內(nèi)核，內(nèi)核中為MCP2515提供了Socket CAN驅(qū)動程序，我們只需為MCP2515芯片配置內(nèi)核選項就可以使用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)議實現(xiàn)的一種實現(xiàn)方法。Linux下最早使用CAN的方法是基于字符設(shè)備來實現(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)動可以通過網(wǎng)絡(luò)接口來調(diào)用。Socket CAN的接口被設(shè)計的盡量接近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MCP2515驅(qū)動

向Linux內(nèi)核添加SPI驅(qū)動在之前的文章已經(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MCP2515設(shè)備，注冊代碼如圖4所示。

圖4  MCP2515 SPI 注冊代碼

注冊完成，執(zhí)行make menuconfig配置內(nèi)核選項。

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)核啟動如圖5顯示即說明MCP2515驅(qū)動加載成功。

圖 5  內(nèi)核加載提示

6.Socket CAN測試

因為最新版BusyBox對Socket CAN的不支持，所以為了測試和使用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）因為我們只需要iprout2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 使用簡介

6.2 canutils

Canutils是基于GNU GPLv2許可的開源代碼，包括canconfig、canecho、cansend、candump、cansequence五個工具，用于檢測和監(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）因為canutils編譯需要libsocketcan庫的支持，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；
        （5）執(zhí)行make install 生成庫。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是指定庫的生成位置，libsocketcan_LIBS是指定canconfig需要鏈接的庫，LDFLAGS是指定外部庫的路 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，生成四個目錄，分別拷貝到開發(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)動設(shè)計的就介紹完了，用戶可以使用Socket套接字的方式，參照canutils的源碼設(shè)計自己的應(yīng)用程序。