CAN总线协议

CAN总线协议，全程为控制器局域网（Controller Area Network）协议，是一种用于实时应用的串行通讯协议。该协议由德国某公司专门为汽车行业开发，并逐渐成为一种标准，这是国际上应用最广泛的现场总线之一。

一、概述

CAN总线协议是一种支持分布式控制系统的串行通讯协议，能够实现不同设备之间的实时数据交换。它以高可靠性、实时性、灵活性，在汽车电子、工业自动化、船舶、医疗设备等领域得到广泛应用。

二、特点

1、多主控制：在总线空闲时，所有单元都可开始发送消息，但当多个单元同时发送时，发送高优先级ID消息的单元可获得发送权。

2、优先级仲裁：通过标识符ID决定消息的优先级，优先级高的消息在仲裁过程中可继续发送，优先级低的消息停止发送并转入接收模式。

3、广播通信：CAN总线上的数据以广播形式发送，所有节点都能接收到报文，但节点会根据报文中的标识符ID决定是否处理该消息。

4、可靠性和检错：CAN总线协议能够检测出产生的任何错误，并在错误严重的情况下使节点自动退出总线。

5、长距离和高速通信：最大通信距离10km，最大通信速率1Mbps。

三、协议内容

CAN总线协议涵盖了传输层、数据链路层及物理层。

传输层主要负责将上层应用数据打包成适合CAN总线传输的帧格式，传输层还通过实现数据的确认、超时、重传机制等来确保数据的可靠传输。

数据链路层是核心部分，负责消息的帧化、仲裁、应答、检错或报告等功能。

物理层则定义了信号实际的发送方式、位时序、位的编码方式及同步的步骤。

四、Linux系统下CAN通信

Linux系统下，使用SocketCAN接口进行CAN总线通信，SocketCAN是Linux内核中用于CAN网络的网络子系统，它允许应用程序通过标准的套接字接口发送和接收CAN帧。

1、环境准备

确保你的Linux系统支持SocketCAN。大多数现代Linux发行版都支持。
你的系统需要连接到一个CAN接口（如通过USB CAN适配器）。
确认你的CAN接口在/dev下可见，比如/dev/can0。

2、示例代码

下面的C++程序展示了如何打开一个CAN接口，发送一个CAN帧，并接收CAN帧。

#include <iostream>  
#include <unistd.h>  
#include <net/if.h>  
#include <sys/ioctl.h>  
#include <sys/socket.h>  
#include <linux/can.h>  
#include <linux/can/raw.h>  int main() {  int s; // Socket  struct sockaddr_can addr;  struct ifreq ifr;  struct can_frame frame;  struct can_frame read_frame;  struct timeval tv;  // 打开CAN设备  if ((s = socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW)) < 0) {  perror("Socket");  return 1;  }  strcpy(ifr.ifr_name, "can0"); // 假设CAN设备名为can0  ioctl(s, SIOCGIFINDEX, &ifr);  memset(&addr, 0, sizeof(addr));  addr.can_family = AF_CAN;  addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex;  if (bind(s, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) < 0) {  perror("Bind");  return 1;  }  // 发送CAN帧  frame.can_id = 0x123; // CAN ID  frame.can_dlc = 2;    // 数据长度  frame.data[0] = 0x11; // 数据  frame.data[1] = 0x22;  if (write(s, &frame, sizeof(struct can_frame)) != sizeof(struct can_frame)) {  perror("Write");  return 1;  }  // 接收CAN帧  fd_set rfds;  FD_ZERO(&rfds);  FD_SET(s, &rfds);  tv.tv_sec = 2;  // 等待时间  tv.tv_usec = 0;  if (select(s + 1, &rfds, NULL, NULL, &tv) == -1) {  perror("Select");  return 1;  }  if (FD_ISSET(s, &rfds)) {  if (read(s, &read_frame, sizeof(struct can_frame)) == sizeof(struct can_frame)) {  std::cout << "Received CAN frame with ID: " << std::hex << read_frame.can_id << std::endl;  }  }  close(s);  return 0;  
}

使用g++编译上面的代码，确保你的Linux系统已经安装了g++编译器。

g++ -o can_example can_example.cpp  
sudo ./can_example

注意：运行需要sudo权限，因为访问/dev/can0需要相应的权限。

五、Windows系统下CAN通信

在Windows系统下使用CAN总线进行通信，通常需要依赖于特定的硬件接口（如PCI、USB、Ethernet等连接的CAN卡）和相应的驱动程序及库。由于Windows没有像Linux那样的SocketCAN内建支持，你需要使用第三方库或API来实现CAN通信。

一个流行的选择是使用第三方库，如Peak-System的PCAN-Basic API、Vector CANoe的API（尽管它主要是用于测试和仿真，但也可以用于开发）、Kvaser的库等。这里，我将以PCAN-Basic API为例，展示一个简单的C++示例代码，用于在Windows下发送和接收CAN帧。

首先，你需要从Peak-System的网站上下载并安装PCAN-Basic库和驱动程序。安装后，确保你的CAN硬件已经正确连接并配置。

以下是一个简单的C++示例，展示如何使用PCAN-Basic API在Windows下发送和接收CAN帧：

#include <iostream>  
#include <windows.h>  
#include "pcan_basic.h"  int main() {  TPCANHandle hCAN;  TPCANStatus wStatus;  TPCANMsg Msg;  TPCANMsg MsgReceived;  // 初始化CAN通道，这里以PCAN-USB Channel 1为例  if ((wStatus = CAN_Initialize(PCAN_USBBUS1, &hCAN)) != PCAN_ERROR_OK) {  std::cerr << "Error initializing CAN channel: " << wStatus << std::endl;  return 1;  }  // 配置CAN通道（如波特率）  TPCANParameters tpParams;  memset(&tpParams, 0, sizeof(tpParams));  tpParams.Baudrate = PCAN_BAUD_500K;  if ((wStatus = CAN_SetBusParams(hCAN, &tpParams)) != PCAN_ERROR_OK) {  std::cerr << "Error setting bus parameters: " << wStatus << std::endl;  CAN_Uninitialize(hCAN);  return 1;  }  // 发送CAN帧  Msg.ID = 0x123;  Msg.MSGTYPE = PCAN_MESSAGE_STANDARD;  Msg.LEN = 8;  for (int i = 0; i < 8; i++) {  Msg.DATA[i] = i + 1;  }  if ((wStatus = CAN_Write(hCAN, &Msg)) != PCAN_ERROR_OK) {  std::cerr << "Error writing CAN frame: " << wStatus << std::endl;  CAN_Uninitialize(hCAN);  return 1;  }  // 接收CAN帧（这里简单地等待一个帧）  DWORD dwRead;  while (true) {  if ((wStatus = CAN_Read(hCAN, &MsgReceived, &dwRead)) == PCAN_ERROR_OK) {  std::cout << "Received CAN frame with ID: " << std::hex << MsgReceived.ID << std::endl;  break;  }  Sleep(100); // 等待100毫秒后再尝试  }  // 清理并退出  CAN_Uninitialize(hCAN);  return 0;  
}  // 注意：你可能需要链接到PCAN-Basic的库文件（如pcanbasic.lib），并确保包含目录和库目录设置正确。

注意事项：
库和头文件：确保你的开发环境已经包含了PCAN-Basic的头文件和库文件。
错误处理：示例中进行了基本的错误处理，但在实际应用中可能需要更详细的错误检查和处理。
CAN通道和波特率：根据你的硬件设置调整CAN通道和波特率。
编译器和链接器设置：你可能需要在你的IDE中设置包含目录（Include Directories）和库目录（Library Directories），并链接到PCAN-Basic的库文件。
权限问题：在某些情况下，你可能需要以管理员身份运行你的程序来访问CAN硬件。