基于MCP2515的Linux CAN总线驱动程序设计(一)

转载于华清远见讲师博文:《基于MCP2515的Linux CAN总线驱动程序设计(一)》


1.前言

       CAN(Controller Area Network)总线,即控制器局域网总线,是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。由于其高性能、高可靠性、及独特的设计和适宜的价格而广泛应用于工业现场控制、智能楼宇、医疗器械、交通工具以及传感器等领域,并已被公认为几种最有前途的现场总线之一。CAN总线规范已经被国际标准化组织制订为国际标准ISO11898,并得到了众多半导体器件厂商的支持。

       本文使用华清远见FS2416平台。FS2416使用Socket网络设备驱动和字符设备驱动两种方式向Linux内核提供MCP2515的驱动,本文详细介绍了使用Socket方式设计的基于MCP2515的Linux CAN总线驱动程序。


2.FS2416简介

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图1 FS2416开发板

       FS2416采用的是三星公司的ARM926EJ内核CPU S3C2416,无论从性能上,还是成本上, S3C2416都强于2440,是2440的最完美替代者。

       作为32/16 bit RISC指令集、低成本、低功耗、高性能的微处理器。S3C2416使用了65nm的制作工艺从而降低成本、功耗及提高性能,其使用的ARM926EJ的核心,集成了2D图形加速,添加了低功耗模式,支持内部ROM/RAM引导,支持moviNand启动和低功耗音频编解码。此外相对于其他ARM9芯片,它的外设也得到了升级,有更多的资源。

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图2 FS2416板级资源介绍


3.MCP2515简介

       MCP2515是一种独立的CAN总线通信控制器,是Microchip公司首批独立CAN解决方案的升级器件,其传输能力较Microchip公司原有CAN控制器(MCP2510)高两倍,最高通信速率可达到1Mbps。MCP2515能够接收和发送标准数据帧和扩展数据帧以及远程帧,通过两个接收屏蔽寄存器和六个接收过滤寄存器滤除无关报文,从而减轻CPU负担。

       MCP2515主要功能参数及电气特性如下:
      (1)支持CAN技术规范2.0A/B, 最高传输速率达到1Mbps;
      (2)支持标准数据帧、扩展数据帧和远程帧,每帧数据域长度可为0~8个字节;
      (3)内含两个的接收缓冲器和三个发送缓冲器,并且可编程设定优先级;
      (4)内含六个29位(bit)的接收过滤寄存器和两个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)一次性模式可确保报文被一次性传输;
      (7)具有可编程时钟脉冲输出引脚,可作为其他芯片时钟信号源;
      (8) 帧起始(SOF)信号输出功能可被用于在确定的系统中(如时间触发CAN-TTCAN)执行时隙功能,或在CAN总线诊断中决定早期总线出级;
      (9) 采用低功耗CMOS技术,工作电压:2.7V~5.5V, 工作电流:5mA(待机状态1μA);
      (10)工作温度范围:(I)-40℃到+85℃,(E)-40℃到+125℃。


4.硬件设计

       MCP2515与S3C2416的硬件连接图如图3所示。如硬件原理图可知MCP2515芯片连接在S3C2416芯片的SPI0上,中断接在GPF1上;MCP2515输出连接SN65HVD230 CAN总线收发器,SN65HVD230是德州仪器公司生产的3.3V CAN收发器。为了节省功耗,缩小电路体积,MCP2515 CAN总线控制器的逻辑电平采用LVTTL,SN65HVD230就是与其配套的收发器。

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图3 MCP2515硬件连接图


5.MCP2515 Socket CAN驱动实现

       FS2416平台使用Linux2.6.39的内核,内核中为MCP2515提供了Socket CAN驱动程序,我们只需为MCP2515芯片配置内核选项就可以使用Socket编程的方式使用MCP2515 CAN总线。


5.1 Socket CAN介绍

       Socket CAN是在Linux下CAN协议实现的一种实现方法。Linux下最早使用CAN的方法是基于字符设备来实现的,与之不同的是Socket CAN使用伯克利的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来调用。Socket CAN的接口被设计的尽量接近TCP/IP的协议,让那些熟悉网络编程的程序员能够比较容易的学习和使用。


5.2 向Linux内核注册MCP2515驱动

       向Linux内核添加SPI驱动在之前的文章已经有详细的介绍,根据硬件原理图图3所示,MCP2515挂在SPI0上,使用中断GPF1,所以要向Linux内核注册MCP2515设备,注册代码如图4所示。

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图4 MCP2515 SPI 注册代码

       注册完成,执行make menuconfig配置内核选项。

        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

       编译内核,内核启动如图5显示即说明MCP2515驱动加载成功。

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图 5 内核加载提示


6.Socket CAN测试

       因为最新版BusyBox对Socket CAN的不支持,所以为了测试和使用Socket CAN,我们需要自己编译Socket CAN的工具。这里介绍两个工具,分别是iproute2 和 canutils。


6.1 iproute2

        (1)下载iproute2的最新源码http://www.kernel.org/pub/linux/utils/net/iproute2/ 。笔者下载的是iproute2 3.6.0。

        (2)解压iproute2-3.6.0.tar.xz,修改Makefile第33行。
                 33 #CC = gcc
                 34 CC = arm-none-linux-gnueabi-gcc

        (3)因为我们只需要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)修改完成执行make命令,生成ip命令,拷贝到开发板文件系统目录。

        (5)使用ip命令。
                 ifconfig can0 down                                                 //关闭can0,以便配置
                 ./ip link set can0 up type can bitrate 250000         //设置can0波特率
                 ./ip -details link show can0                                    //显示can0信息

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图6 iproute 使用简介


6.2 canutils

       Canutils是基于GNU GPLv2许可的开源代码,包括canconfig、canecho、cansend、candump、cansequence五个工具,用于检测和监控Socket CAN接口。

        (1)下载canutils的最新源码http://www.pengutronix.de/software/socket-can/download/canutils 。笔者下载的是canutils 4.0.6。
        (2)因为canutils编译需要libsocketcan库的支持,需要下载libsocketcan。http://www.pengutronix.de/software/libsocketcan/download/ 笔者下载的是libsocketcan 0.0.9。
        (3)解压libsocketcan-0.0.9.tar.bz2。执行configure命令。(其中--host是指定交叉工具链,--prefix是指定库的生成位置)
        ./configure --host=arm-none-linux-gnueabi --prefix=/home/linux/workdir/can/tools/libsocketcan
        (4)执行make编译库;
        (5)执行make install 生成库。至此,libsocketcan编译完毕。
        (6)解压canutils-4.0.6.tar.bz2,执行configure命令。(其中--host是指定交叉工具链,--prefix是指定库的生成位置,libsocketcan_LIBS是指定canconfig需要链接的库,LDFLAGS是指定外部库的路径,CPPFLAGS是指定外部头文件的路径)
        ./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)修改完成执行make命令,生成四个目录,分别拷贝到开发板文件系统的相应目录。
        (8)使用canutils工具。(可以使用[命令 + --help]的方式来查看命令的详细用法,下面只介绍一些常用的指令)

① 配置CAN的总线通讯波特率:
        canconfig canX bitrate + 波特率


图7 使用canutils 工具设置CAN总线波特率

② 开启 / 重启 / 关闭CAN总线
        canconfig canX start
        canconfig canX restart
        canconfig canX stop

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图8 设置CAN总线状态

③ 查看CAN总线状态
        canecho canX


图9 查看CAN总线状态

④ 发送信息
        cansend canX –-identifier=ID + 数据


图10 CAN总线发送数据

⑤ 接收数据
        candump canX


图11 CAN总线接收数据

⑥ 使用滤波器接收ID匹配的数据
        candump canX –-filter=ID:mask

基于MCP2515的Linux CAN总线驱动程序设计(一)_第8张图片
图12 CAN总线使用滤波器接收匹配数据


7.总结

       至此,使用Socket方式的MCP2515 CAN总线驱动设计的就介绍完了,用户可以使用Socket套接字的方式,参照canutils的源码设计自己的应用程序。

       下一篇文章将会详细介绍使用SPI子系统的方式,设计MCP2515 CAN总线的字符设备驱动的方法。


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