【Linux CAN应用编程（2）】SocketCAN 应用编程全流程讲解（附代码）

由于 Linux 系统将 CAN 设备作为网络设备进行管理，因此在 CAN 总线应用开发方面，Linux 提供了 SocketCAN 应用编程接口，使得 CAN 总线通信近似于和以太网的通信，应用程序开发接口更加通用，也更加灵活。

SocketCAN 中大部分的数据结构和函数在头文件 linux/can.h 中进行了定义，所以，在我们的应用程序中一定要包含<linux/can.h>头文件。

创建 socket 套接字

CAN 总线套接字的创建采用标准的网络套接字操作来完成，网络套接字在头文件中定义。创建 CAN 套接字的方法如下：

int sockfd = -1;

/* 创建套接字 */
sockfd = socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW);
if(0 > sockfd) {
    perror("socket error");
    exit(EXIT_FAILURE);
}

socket 函数在中给大家详细介绍过，第一个参数用于指定通信域，在 SocketCan 中，通常将其设置为PF_CAN，指定为CAN通信协议；第二个参数用于指定套接字的类型，通常将其设置为SOCK_RAW；第三个参数通常设置为 CAN_RAW。

将套接字与 CAN 设备进行绑定

譬如，将创建的套接字与 can0 进行绑定，示例代码如下所示：

......

struct ifreq ifr = {0};
struct sockaddr_can can_addr = {0};
int ret;

......

strcpy(ifr.ifr_name, "can0"); //指定名字
ioctl(sockfd, SIOCGIFINDEX, &ifr);

can_addr.can_family = AF_CAN; //填充数据
can_addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex;

/* 将套接字与 can0 进行绑定 */
ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&can_addr, sizeof(can_addr));
if (0 > ret) {
    perror("bind error");
    close(sockfd);
    exit(EXIT_FAILURE);
}

bind()函数在Linux下网络编程（1）——初识socket中给大家详细介绍过，这里不再重述！

这里出现了两个结构体：struct ifreq 和 struct sockaddr_can，其中 struct ifreq 定义在头文件中，而 struct sockaddr_can 定义在头文件中.

设置过滤规则

在我们的应用程序中，如果没有设置过滤规则，应用程序默认会接收所有 ID 的报文；如果我们的应用程序只需要接收某些特定 ID 的报文（亦或者不接受所有报文，只发送报文），则可以通过 setsockopt 函数设置过滤规则，譬如某应用程序只接收 ID 为 0x60A 和 0x60B 的报文帧，则可将其它不符合规则的帧全部给过滤掉，示例代码如下所示：

struct can_filter rfilter[2]; //定义一个 can_filter 结构体对象

// 填充过滤规则，只接收 ID 为(can_id & can_mask)的报文
rfilter[0].can_id = 0x60A;
rfilter[0].can_mask = 0x7FF;
rfilter[1].can_id = 0x60B;
rfilter[1].can_mask = 0x7FF;

// 调用 setsockopt 设置过滤规则
setsockopt(sockfd, SOL_CAN_RAW, CAN_RAW_FILTER, &rfilter, sizeof(rfilter));

struct can_filter 结构体中只有两个成员，can_id 和 can_mask。如果应用程序不接收所有报文，在这种仅仅发送数据的应用中，可以在内核中省略接收队列，以此减少 CPU 资源的消耗。此时可将 setsockopt()函数的第 4 个参数设置为 NULL，将第 5 个参数设置为 0，如下所示：

setsockopt(sockfd, SOL_CAN_RAW, CAN_RAW_FILTER, NULL, 0);

数据发送/接收

在数据收发的内容方面，CAN 总线与标准套接字通信稍有不同，每一次通信都采用 struct can_frame 结构体将数据封装成帧。结构体定义如下：

struct can_frame {
     canid_t can_id; /* CAN 标识符 */
     __u8 can_dlc; /* 数据长度（最长为 8 个字节） */
     __u8 __pad; /* padding */
     __u8 __res0; /* reserved / padding */
     __u8 __res1; /* reserved / padding */
     __u8 data[8]; /* 数据 */
};

can_id 为帧的标识符，如果是标准帧，就使用 can_id 的低 11 位；如果为扩展帧，就使用 0～28 位。 can_id 的第 29、30、31 位是帧的标志位，用来定义帧的类型，定义如下：

/* special address description flags for the CAN_ID */
#define CAN_EFF_FLAG 0x80000000U /* 扩展帧的标识 */
#define CAN_RTR_FLAG 0x40000000U /* 远程帧的标识 */
#define CAN_ERR_FLAG 0x20000000U /* 错误帧的标识，用于错误检查 */

/* mask */
#define CAN_SFF_MASK 0x000007FFU /* <can_id & CAN_SFF_MASK>获取标准帧 ID */
#define CAN_EFF_MASK 0x1FFFFFFFU /* <can_id & CAN_EFF_MASK>获取标准帧 ID */
#define CAN_ERR_MASK 0x1FFFFFFFU /* omit EFF, RTR, ERR flags */

(1)、数据发送

对于数据发送，使用 write()函数来实现，譬如要发送的数据帧包含了三个字节数据 0xA0、0xB0 以及 0xC0，帧 ID 为 123，可采用如下方法进行发送：

struct can_frame frame; //定义一个 can_frame 变量
int ret;

frame.can_id = 123;//如果为扩展帧，那么 frame.can_id = CAN_EFF_FLAG | 123;
frame.can_dlc = 3; //数据长度为 3
frame.data[0] = 0xA0; //数据内容为 0xA0
frame.data[1] = 0xB0; //数据内容为 0xB0
frame.data[2] = 0xC0; //数据内容为 0xC0

ret = write(sockfd, &frame, sizeof(frame)); //发送数据
if(sizeof(frame) != ret) //如果 ret 不等于帧长度，就说明发送失败
    perror("write error");

如果要发送远程帧(帧 ID 为 123)，可采用如下方法进行发送：

struct can_frame frame;

frame.can_id = CAN_RTR_FLAG | 123;

write(sockfd, &frame, sizeof(frame));

(2)、数据接收

数据接收使用 read()函数来实现，如下所示：

struct can_frame frame;

int ret = read(sockfd, &frame, sizeof(frame));

(3)、错误处理

当应用程序接收到一帧数据之后，可以通过判断 can_id 中的 CAN_ERR_FLAG 位来判断接收的帧是否为错误帧。如果为错误帧，可以通过 can_id 的其他符号位来判断错误的具体原因。错误帧的符号位在头文件中定义。

/* error class (mask) in can_id */
#define CAN_ERR_TX_TIMEOUT 0x00000001U /* TX timeout (by netdevice driver) */
#define CAN_ERR_LOSTARB 0x00000002U /* lost arbitration / data[0] */
#define CAN_ERR_CRTL 0x00000004U /* controller problems / data[1] */
#define CAN_ERR_PROT 0x00000008U /* protocol violations / data[2..3] */
#define CAN_ERR_TRX 0x00000010U /* transceiver status / data[4] */
#define CAN_ERR_ACK 0x00000020U /* received no ACK on transmission */
#define CAN_ERR_BUSOFF 0x00000040U /* bus off */
#define CAN_ERR_BUSERROR 0x00000080U /* bus error (may flood!) */
#define CAN_ERR_RESTARTED 0x00000100U /* controller restarted */
......
......

回环功能设置

在默认情况下，CAN 的本地回环功能是开启的，可使用下面方法关闭或开启本地回环功能：

int loopback = 0; //0 表示关闭，1 表示开启(默认)

setsockopt(sockfd, SOL_CAN_RAW, CAN_RAW_LOOPBACK, &loopback, sizeof(loopback));

在本地回环功能开启情况下，所有发送帧都会被回环到与 CAN 总线接口对应的套接字上。

SocketCAN 编程流程的学习结束，下篇将编写一个简单的CAN应用程序。