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

 

 

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。

 

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。

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。

5.1Socket 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。

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。

 

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

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

 

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

 

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。