自动驾驶（三十六）---------CAN总线

         CAN总线在整个无人驾驶系统中有着十分重要的作用。除了在VCU信号需要通过CAN总线进行传输外，无人车上的某些传感器（如雷达、Mobileye）的信号传递也是通过CAN实现的。刚开始接触时无从下手，如今也了解了大致，总结如下。

        CAN消息结构中包含4个关键信息，分别是：1. uint32_t id  2. uint8_t len 3. uint8_t data[8]  4. timestamp

1. uint32_t id

       CAN消息的ID号，由于CAN总线上传播着大量CAN消息，因此两个节点进行通信时，会先看id号，以确保这是节点想要的CAN消息。

2. uint8_t len

       CAN消息的有效长度。每一帧CAN消息能够传递最多8个无符号整形数据，或者说能够传递8*8的bool类型的数据。这里的len最大值为8，如果该帧CAN消息中有些位没有数据，这里的len就会小于8。

3. uint8_t data[8]

       CAN消息的实际数据。每一帧CAN消息都包含至多8*8个bool类型的数据，因此可以通过8*8个方格，可视化CAN消息中的data。如下图所示：

                                                    

       在没有CAN协议帮助我们解析的情况下，这里的数据无异于乱码，根本无法得到有用的消息，这也是CAN消息难以破解的原因之一。

4. timestamp

        CAN消息的时间戳。时间戳表示的是收到该CAN消息的时刻。通过连续多帧的时间戳，可以计算出CAN消息的发送周期，也可以用于判断CAN消息是否被持续收到。

        综上，每帧CAN消息中最重要的部分其实是data，即8*8的bool值。所谓解析CAN消息，其实就是解析这8*8个bool类型的值。目前业界的CAN协议，都是以后缀名为dbc的文件进行存储的。德国Vector公司提供CANdb++ Editor是一款专门用于阅读dbc文件的软件。如下图所示，为Mobileye提供的车道线的dbc文件。（文末提供CANdb++ Editor安装包和Mobileye车道线的dbc文件的获取方法）

                 

       以id号为0x766的LKA_Left_Lane_A为例，这是Mobileye检测无人车左侧车道线的部分信息，包括了左侧车道线的偏移量，曲率等。该帧CAN消息（Message）中的五个信号（Signal），分别是Lane_Type、Quality、Curvature、Curvature_Derivative、Width_left_marking、Position。每个信号的具体描述显示在软件右侧，其中与解析直接相关的三个要素已用绿色框选中。

1. Value Type（Unsigned或Signed）

      某些物理量在描述时是有符号的，比如温度。而描述另外一些量时，是没有符号的，即均为正数，比如说曲率。

2. Factor 和 Offset

     这两个参数需要参与实际的物理量运算，Factor是倍率，Offset是偏移量。例如Lane_Type和Quality信号的Factor为1，Offset为0，而其他信号的Factor均为小数。具体的计算方法请往下看。双击LKA_Left_Lane_A，打开Layout页，会发现很熟悉的方块阵列，如下图所示。

                                            

        工程师真正关心的恰好是这块彩色图，因为该图上的每个小方块和data中的每一个bool量一一对应。这就是CAN协议的真面目。由于彩色方块图与data是一一对应的，我们将两个图叠加，将得到如下图所示的data图。

                                               

        每个信号物理量的计算公式为：

      由于Lane_Type和Quality的Factor为1，Offset为0，因此十进制值为多少，实际物理量即为多少。从图中就能直接看出Quality这个信号占据两个位，二进制数11，换算为十进制是3（1*2 + 1*1）；Lane_Type占据四个位，二进制数为0010，换算为十进制是2（0*8 + 0*4 + 1*2 + 0*1）。所以这一帧信号表示此时的左车道线Lane_Type值为2，Quality值为3。对于整数值，通信双方可以约定规则，比如Mobileye就规定了，Quality为0或者1时表示车道线的置信度较低，不推荐使用此时的值；2表示置信度中等，3表示置信度较高，请放心使用。

        VCU、雷达等通过CAN总线传递信号，随着CAN的负载越来越高，很多传感器选择了其他通信方式。比如激光雷达的点云数据量太过庞大，使用的是局域网的方式进行传递；再比如GPS和惯导使用的是串口进行通信。虽然通信方式和通信协议千差万别，但解析的方法都是一样的。