CAN 總線數據收發驅動


1、CAN通信

  CAN 是Controller Area Network 的縮寫(以下稱為CAN),是ISO國際標准化的串行通信協議。

  該通信使用的是ISO11898標准,該標准的物理層特征如圖1所示:

  這里寫圖片描述

  CAN協議是通過以下5種類型的幀進行通信的:
    1、數據幀
    2、搖控幀
    3、錯誤幀
    4、過載幀
    5、幀間隔
  另外,數據幀和遙控幀有標准格式和擴展格式兩種格式。標准格式有11 個位的標識符(ID),擴展格式有29 個位的ID。

  大部分系統使用的都是數據幀 ,我這里使用的也是數據幀

  標准數據幀一般由7個段構成,即: 
    1、幀起始。表示數據幀開始的段。 
    2、仲裁段。表示該幀優先級的段。 
    3、控制段。表示數據的字節數及保留位的段。 
    4、數據段。數據的內容,一幀可發送0~8個字節的數據。 
    5、CRC段。檢查幀的傳輸錯誤的段。 
    6、ACK段。表示確認正常接收的段。 
    7、幀結束。表示數據幀結束的段。

  本實驗使用自定義數據幀格式如下:

    擴展幀標識(29bit):

      1、會話ID(bit0 ~ bit7)

      2、功能碼(bit8 ~ bit12)

      3、本地ID(bit13 ~ bit20)

      4、目標ID(bit21 ~ bit28)

    數據段:

      1、byte0 ~ byte1:幀序號

      2、byte2 ~ byte7:數據

      注:幀序號從零開始,幀序號為零的時候,記錄的是四字節數據總長度;幀序號大於零時,記錄的才是數據內容,每幀最多六字節數據。

2、實驗目的

  在實際使用中,每次通信的數據量不可能都小於八字節,因此就需要將數據包拆分后(即分幀)進行發送。當CAN總線上多個節點同時對同一個目標節點發送分幀數據,此時該目標節點就需要對接收的數據進行分類接收最后再合並成一個完成的數據包。而下面的CAN驅動代碼就是完成接收數據並且合並成數據包的邏輯代碼。代碼使用純C實現,方便移植。

 

 

  實驗環境:VS2012

  測試過程:使用多個線程,每個線程將一個較大的數據包,按照幀格式拆成多幀數據,然后將幀數據全部保存到一個非常大的數組中,由於是多個線程 同時工作,所以對於每個數據包的幀來說都不是按順序進入數組中的,而是多個數據包的幀穿插着存入數組,最后調用數據接收處理API函數,對數組中的幀一個個進行接收處理,最后輸出幀合並后的數據包。

 

 

3、驅動文件

CanDrv.c

 

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "CanDrv.h"
 
// Define NULL pointer value
#ifndef NULL
#ifdef __cplusplus
#define NULL 0
#else
#define NULL ((void *)0)
#endif
#endif
 
// 需求:CAN端口可能會收到來自多個節點的分幀數據,在多個節點的分幀數據穿插接收進來后,根據幀標識將多個節點的分幀數據整理合並.
// 思路:建立一條單向鏈表,鏈表的一個節點代表CAN總線的一個端點的一個完整數據包,接收到一個分幀數據后將其存儲在對應的鏈表節點中.
 
typedef union
{
  unsigned long extId;
  struct
  {
    unsigned long sesId : 8; // 會話ID,每發一個數據包,自增一次
    unsigned long funId : 5; // 功能碼
    unsigned long srcId : 8; // 本地ID
    unsigned long desId : 8; // 目標ID
    unsigned long _null : 3; // 未使用bit
  }atr;
}uExtId_t;

 

#pragma pack(push, 1)
typedef struct _sCanData_t
{
  unsigned char desId; // 目標ID
  unsigned char srcId; // 本地ID
  unsigned char funId; // 功能碼
  unsigned char sesId; // 會話ID
  unsigned char txLen; // 發送字節數
  unsigned char Buf[8]; // 發送緩存區
}sCanData_t;

 

typedef struct _sCanRecvData_t
{
  unsigned char desId; // 目標ID
  unsigned char srcId; // 本地ID
  unsigned char funId; // 功能碼
  unsigned char sesId; // 會話ID
 
  unsigned char *pBuf; // 接收緩存
  unsigned long rxLen; // 當前已經接收的字節數
  unsigned long rxTotalLen; // 需要接收的總字節數
}sCanRecvData_t;

 

typedef struct _sCanRecvList_t
{
  struct _sCanRecvData_t *pBuf;
  struct _sCanRecvList_t *pNext;
}sCanRecvList_t;
#pragma pack(pop)
 
static sCanRecvList_t *sCanRecvListHandle = NULL; // 鏈表句柄
 
// 動態分配內存
// 返回值:內存起始地址
static void *pMalloc(unsigned int size)
{
  return malloc(size);
}

 

// 釋放動態內存
static void pFree(void *pmem)
{
  free(pmem);
}
 
// 搜索對應的CAN節點在鏈表中的位置
// 返回值:若相應的CAN節點存在,則返回CAN節點在鏈表中的節點地址,否則返回NULL
static sCanRecvList_t *CanNodeSearch(const sCanRecvList_t *pHeadNode, sCanData_t *sCanData)
{
  sCanRecvList_t *pNode = NULL;

 

  if(sCanData == NULL)
  {
    return NULL;
  }

 

  pNode = (sCanRecvList_t *)pHeadNode->pNext; // 頭節點不存放數據,所以搜索CAN節點時從第一個節點開始

 

  while(pNode != NULL)
  {
    if(pNode->pBuf->srcId == sCanData->srcId && pNode->pBuf->funId == sCanData->funId && pNode->pBuf->sesId == sCanData->sesId)
    {
      return pNode;
    }

 

    pNode = pNode->pNext;
  }

 

  return NULL;
}

 

// 創建鏈表頭節點,頭節點不存放數據
// 返回值:創建成功則返回頭節點地址,否則返回NULL
static sCanRecvList_t *ListCreate(void)
{
  sCanRecvList_t *head = NULL;

 

  head = (sCanRecvList_t *)pMalloc(sizeof(sCanRecvList_t));
  if(head == NULL)
  {
    return NULL;
  }

 

  head->pBuf = NULL;
  head->pNext = NULL;

 

  return head;
}

 

// 創建一個鏈表節點
// 返回值:創建成功返回節點地址,否則返回NULL
static sCanRecvList_t *ListNodeCreate(sCanData_t *sCanData)
{
  sCanRecvList_t *node = NULL;

 

  if(!sCanData)
  {
    return NULL; // 數據異常
  }

 

  if(sCanData->Buf[0] != 0x00 || sCanData->Buf[1] != 0x00)
  {
    return NULL; // 幀序號不為0,說明不是頭幀
  }

 

  node = (sCanRecvList_t *)pMalloc(sizeof(sCanRecvList_t));
  if(node == NULL)
  {
    return NULL;
  }

 

  node->pNext = NULL;
  node->pBuf = (sCanRecvData_t *)pMalloc(sizeof(sCanRecvData_t));
  if(node->pBuf == NULL)
  {
    pFree(node);
    node = NULL;
    return NULL;
  }

 

  node->pBuf->rxLen = 0;
  node->pBuf->desId = sCanData->desId;
  node->pBuf->srcId = sCanData->srcId;
  node->pBuf->funId = sCanData->funId;
  node->pBuf->sesId = sCanData->sesId;
  node->pBuf->rxTotalLen = (node->pBuf->rxTotalLen << 8) + sCanData->Buf[5];
  node->pBuf->rxTotalLen = (node->pBuf->rxTotalLen << 8) + sCanData->Buf[4];
  node->pBuf->rxTotalLen = (node->pBuf->rxTotalLen << 8) + sCanData->Buf[3];
  node->pBuf->rxTotalLen = (node->pBuf->rxTotalLen << 8) + sCanData->Buf[2];

 

  node->pBuf->pBuf = (unsigned char *)pMalloc(node->pBuf->rxTotalLen);
  if(node->pBuf->pBuf == NULL)
  {
    pFree(node->pBuf);
    node->pBuf = NULL;
    pFree(node);
    node = NULL;
    return NULL;
  }

 

  return node;
}

 

// 查找鏈表中的指定節點。當指定節點參數為NULL時,表示搜索尾節點
// 返回值:鏈表尾節點地址,鏈表為空或者沒有找到時返回NULL
static sCanRecvList_t *ListNodeSearch(const sCanRecvList_t *pHeadNode, const sCanRecvList_t *pSearchNode)
{
  sCanRecvList_t *pNode = (sCanRecvList_t *)pHeadNode;

 

  if(pNode == NULL)
  {
    return NULL;
  }

 

  if(pSearchNode == NULL)
  {
    while(pNode->pNext != NULL)
    {
      pNode = pNode->pNext; // 搜索尾節點
    }
  }
  else
  {
    while(pNode != pSearchNode)
    {
      pNode = pNode->pNext; // 搜索指定節點
      if(pNode == NULL)
      {
        return NULL;
      }
    }
  }

 

  return pNode;
}

 

// 在鏈表的末尾插入一個新節點
static void ListNodeInssert(const sCanRecvList_t *pHeadNode, sCanRecvList_t * const pNewNode)
{
  sCanRecvList_t *pNode = NULL;

 

  if(pHeadNode == NULL || pNewNode == NULL)
  {
    return;
  }

 

  pNode = ListNodeSearch(pHeadNode, NULL); // 搜索尾節點
  if(pNode != NULL)
  {
    pNode->pNext = pNewNode; // 在鏈表末尾插入一個新節點
    pNewNode->pNext = NULL;
  }
}

 

// 刪除指定節點
static void ListNodeDelete(const sCanRecvList_t *pHeadNode, sCanRecvList_t *pDeleteNode)
{
  sCanRecvList_t *pLastNode = (sCanRecvList_t *)pHeadNode;

 

  if(pHeadNode == NULL || pDeleteNode == NULL)
  {
    return;
  }

 

  // 查找刪除節點的上一個節點
  while(pLastNode->pNext != pDeleteNode)
  {
    pLastNode = pLastNode->pNext;
  }

 

  if(pLastNode != NULL)
  {
    // 刪除節點
    pLastNode->pNext = pDeleteNode->pNext;

 

    // 釋放內存,注意釋放順序
    pFree(pDeleteNode->pBuf->pBuf);
    pDeleteNode->pBuf->pBuf = NULL;

 

    pFree(pDeleteNode->pBuf);
    pDeleteNode->pBuf = NULL;
    pDeleteNode->pNext = NULL;

 

    pFree(pDeleteNode);
    pDeleteNode = NULL;
  }
}

 

// 接收 CAN 總線幀數據,並對分幀數據進行組包
// p:RxMsg 數據域數據指針(RxMsg.Data)
// len:有效字節數(RxMsg.DLC)
// extId:擴展幀ID(RxMsg.ExtId)
// 返回值:0=succ,1=data error,2=memory error
unsigned char CanRecvDataProcess(const void *p, unsigned char len, unsigned long extId)
{
  unsigned char i;
  uExtId_t uextId;
  sCanData_t sCanData;
  sCanRecvList_t *pNode = NULL;
  static sCanRecvList_t *pHeadNode = NULL; // 創建一條雙向鏈表
  unsigned char *pBuf = (unsigned char *)p;

 

  if(p == NULL || len < 1)
  {
    return 1; // 數據異常
  }

 

  // 幀標識符格式轉換
  uextId.extId = extId;
  sCanData.desId = uextId.atr.desId;
  sCanData.srcId = uextId.atr.srcId;
  sCanData.funId = uextId.atr.funId;
  sCanData.sesId = uextId.atr.sesId;
  sCanData.txLen = len;
  for(i = 0; i < sizeof(sCanData.Buf); i++)
  {
    sCanData.Buf[i] = pBuf[i];
  }

 

  // 檢查鏈表是否存在,不存在就創建
  if(pHeadNode == NULL)
  {
    pHeadNode = ListCreate(); // 鏈表為空就創建鏈表
    if(pHeadNode == NULL)
    {
      return 2; // 鏈表創建失敗的原因只有內存申請失敗
    }
    sCanRecvListHandle = pHeadNode;
  }

 

  // 檢查節點是否存在,不存在就創建
  pNode = CanNodeSearch(pHeadNode, &sCanData);
  if(pNode == NULL)
  {
    pNode = ListNodeCreate(&sCanData); // 創建一個新節點
    if(pNode == NULL)
    {
      return 2;
    }

 

    ListNodeInssert(pHeadNode, pNode); // 向鏈表中添加節點
  }
  else
  {
    // 幀數據合法性驗證
    unsigned int index = sCanData.Buf[1];
    index = (index << 8) + sCanData.Buf[0];
    if((index - 1) * 6 != pNode->pBuf->rxLen)
    {
      return 0; // 幀序號不正確,直接丟棄
    }

 

    // 向鏈表節點中添加數據
    for(i = 0; i < sCanData.txLen - 2; i++)
    {
      pNode->pBuf->pBuf[pNode->pBuf->rxLen++] = sCanData.Buf[i + 2];
    }

 

    // 將數據通過回調函數傳遞給應用層
    if(pNode->pBuf->rxLen == pNode->pBuf->rxTotalLen)
    {
      CanRead(pNode->pBuf->pBuf, pNode->pBuf->rxLen);
      ListNodeDelete(sCanRecvListHandle, pNode);
    }
  }
  return 0;
}

 

 

 

// 向 CAN 總線發送一幀數據
// 返回值:0=succ,1=data error,2=timeout
static unsigned char CanSendFrame(const void *p, unsigned char len)
{
  uExtId_t uextId;
  sCanData_t *sCanData = (sCanData_t *)p;

 

  if(sCanData == NULL)
  {
    return 1;
  }

 

  // 幀標識符格式轉換
  uextId.atr.desId = sCanData->desId;
  uextId.atr.srcId = sCanData->srcId;
  uextId.atr.funId = sCanData->funId;
  uextId.atr.sesId = sCanData->sesId;

 

  // 發送數據
  return CanWrite(sCanData->Buf, sCanData->txLen, uextId.extId);
}

 

// 向 CAN 總線發送數據
// desId:目標ID
// srcId:本地ID
// funId:功能碼
// sesId:會話ID,每次發送前自增1
// p:發送數據指針
// len:發送字節數(長度不限)
// 返回值:0=succ,1=error
unsigned char CanSendData(unsigned char desId, unsigned char srcId, unsigned char funId, unsigned char sesId, const void *p, unsigned int len)
{
  sCanData_t sCanData;
  unsigned int i = 0;
  unsigned int FrameCount = 0;
  unsigned char *pBuf = (unsigned char *)p;

 

  if(p == NULL || len < 1)
  {
    return 1;
  }

 

  sCanData.desId = desId;
  sCanData.srcId = srcId;
  sCanData.funId = funId;
  sCanData.sesId = sesId;

 

  // 第一幀——信息幀
  sCanData.Buf[0] = 0x00;
  sCanData.Buf[1] = 0x00; // 幀序號

 

  sCanData.Buf[2] = (unsigned char)(len);
  sCanData.Buf[3] = (unsigned char)(len >> 8);
  sCanData.Buf[4] = (unsigned char)(len >> 16);
  sCanData.Buf[5] = (unsigned char)(len >> 24); // 總長度

 

  sCanData.txLen = 6;
  CanSendFrame(&sCanData, sizeof(sCanData));

 

  // 后續幀——數據幀
  FrameCount = len / 6;
  for(i = 0; i < FrameCount; i++)
  {
    unsigned char k;

 

    // 幀序號
    sCanData.Buf[0] = (unsigned char)(i + 1);
    sCanData.Buf[1] = (unsigned char)((i + 1) >> 8);

 

    // 幀數據
    for(k = 0; k < 6; k++)
    {
      sCanData.Buf[k + 2] = pBuf[i * 6 + k];
    }

 

    sCanData.txLen = 8;
    CanSendFrame(&sCanData, sizeof(sCanData));
  }

 

  // 檢查最后一幀是否被發送
  if((len % 6) != 0)
  {
    // 幀序號
    sCanData.Buf[0] = (unsigned char)(FrameCount + 1);
    sCanData.Buf[1] = (unsigned char)((FrameCount + 1) >> 8);

 

    // 幀數據
    for(i = 0; i < len % 6; i++)
    {
      sCanData.Buf[i + 2] = pBuf[FrameCount * 6 + i];
    }

 

    sCanData.txLen = i + 2;
    CanSendFrame(&sCanData, sizeof(sCanData));
  }

 

  return 0;
}

 

 
CanDrv.h
 
#ifndef __CAN_DRV_H
#define __CAN_DRV_H
 
// 接收 CAN 總線幀數據,並對分幀數據進行組包
// p:RxMsg 數據域數據指針(RxMsg.Data)
// len:有效字節數(RxMsg.DLC)
// extId:擴展幀ID(RxMsg.ExtId)
// 返回值:0=succ,1=data error,2=memory error
unsigned char CanRecvDataProcess(const void *p, unsigned char len, unsigned long extId);

// 向 CAN 總線發送數據
// desId:目標ID
// srcId:本地ID
// funId:功能碼
// sesId:會話ID,每次發送前自增1
// p:發送數據指針
// len:發送字節數(長度不限)
// 返回值:0=succ,1=error
unsigned char CanSendData(unsigned char desId, unsigned char srcId, unsigned char funId, unsigned char sesId, const void *p, unsigned int len);

//===============================================================================================================================================
//                                                      需外部實現的函數
//===============================================================================================================================================
// 讀取 CAN 接收到的有效數據
// p:數據指針
// len:接收字節數
extern void CanRead(const void *p, unsigned int len);
// 實現例程,注:此函數內部處理時間不宜過長,應越短越好
//void CanRead(const void *p, unsigned int len)
//{
//  unsigned char *pbuf = (unsigned char *)p;
//
//  if(!pbuf || len < 1)
//  {
//    return;
//  }
//
//  for(unsigned int i = 0; i < len; i++)
//  {
//     printf("%d ", pbuf[i]); // 打印 CAN 端口數據
//  }
//}
 
// CAN 總線底層發送函數
// p:數據指針(數據域數據)
// len:發送字節數(數據域長度)
// extId:擴展幀ID
// 返回值:0=succ,1=data error,2=timeout
extern unsigned char CanWrite(const void *p, unsigned int len, unsigned long extId);
// STM32F407 CAN 底層發送函數例程
//unsigned char CanWrite(const void *p, unsigned int len, unsigned long extId)
//{
//  unsigned short int retry = 0;
//  unsigned char TransmitMailbox = 0;
//  if(!pbuf || len < 1)
//  {
//    return 1;
//  }
//
//  CanTxMsg TxMsg;     // 發送幀結構體
//  TxMsg.StdId = 0x00;    // 標准ID:0x00
//  TxMsg.ExtId = extId;   // 設置擴展標示符(29位)
//  TxMsg.IDE = CAN_Id_Extended; // 使用擴展標識符
//  TxMsg.RTR = CAN_RTR_Data;  // 消息類型為數據幀
//  TxMsg.DLC = len;    // 數據長度
//  memcpy(TxMsg.Data, p, len);  // 拷貝數據
//
//  // 數據發送至 CAN 網絡
//  TransmitMailbox = CAN_Transmit(CAN1, &TxMsg);
//  while(CAN_TransmitStatus(CAN1, TransmitMailbox) != CANTXOK) // 等待發送完成
//  {
//     if(++retry > 0xFFF)
//    {
//       return 2; // 數據發送超時
//    }
//  }
//
//  return 0; // 數據發送成功
//}
#endif
 
 
4、測試文件如下:
 
CanTest.c
 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <windows.h>
#include <process.h>
#include "CanTest.h"
#include "CanDrv.h"

#pragma pack(push, 1)
typedef struct _sCanMsg_t
{
  unsigned long ExtId; // 擴展ID
  unsigned char DLC; // 發送字節數
  unsigned char Data[8]; // 發送緩存區
}sCanMsg_t;
#pragma pack(pop)

unsigned int id = 0;
unsigned int BufLen = 0;
unsigned char buf[1000][sizeof(sCanMsg_t)] = {0};
CRITICAL_SECTION CriticalSection; // 臨界區結構對象

#define PrintBytes(p, len) CanRead(p, len)

void CanRead(unsigned char *p, unsigned int len)
{
  unsigned int i = 0;
  for(i = 0; i < len; i++)
  {
    printf("%d ", p[i]);
  }
  printf("\r\n");
}
 
unsigned char CanWrite(const void *p, unsigned int len, unsigned long extId)
{
  unsigned char i;
  unsigned char *pbuf = NULL;
  sCanMsg_t TxMsg;
  EnterCriticalSection(&CriticalSection); // 進入臨界區
  TxMsg.DLC = len;
  TxMsg.ExtId = extId;
  memcpy(TxMsg.Data, p, len);
  pbuf = (unsigned char *)&TxMsg;
  memcpy(buf[BufLen], pbuf, sizeof(sCanMsg_t));
 
//  PrintBytes(buf[BufLen], len + 4);
  BufLen++;
  LeaveCriticalSection(&CriticalSection); // 退出臨界區
  Sleep(10);
  return 0;
}

// 數據發送子線程
UINT WINAPI SendChildThread(void *arg)
{
  unsigned int k = 0;
  unsigned char buf[49] = {0};
  id++;
 
  for(k = 0; k < sizeof(buf); k++)
  {
     buf[k] = id + k;
  }
  return CanSendData(id, 0x01, id + 1, id, buf, sizeof(buf));
}

void CanRecvTest(void)
{
  unsigned int i;
  sCanMsg_t *RxMsg;
  HANDLE SendThread[16];
  // 數據發生器初始化
  InitializeCriticalSection(&CriticalSection); // 初始化臨界區變量
  for(i = 0; i < sizeof(SendThread) / sizeof(SendThread[0]); i++)
  {
     SendThread[i] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, SendChildThread, NULL, 0, NULL);
  }
  Sleep(3000);
  for(i = 0; i < sizeof(SendThread) / sizeof(SendThread[0]); i++)
  {
     CloseHandle(SendThread[i]);
  }
  // 處理接收的數據
  printf("\r\nData Frame Count:%d\r\n", BufLen);
  for(i = 0; i < BufLen; i++)
  {
    // 模擬 CAN 端口數據格式
    RxMsg = (sCanMsg_t *)buf[i];
    CanRecvDataProcess(RxMsg->Data, RxMsg->DLC, RxMsg->ExtId);
  }
  memset(buf, 0, sizeof(buf));
  BufLen = 0;
  id = 0;
}
 
CanTest.h
#ifndef __CAN_TEST_H
#define __CAN_TEST_H

void CanRecvTest(void);
#endif
 
 
5、測試數據:(下面每行數據代表CAN總線上的一幀數據)
1 34 32 192 6 0 0 49 0 0
13 46 160 193 6 0 0 49 0 0
3 36 96 192 6 0 0 49 0 0
4 37 128 192 6 0 0 49 0 0
5 38 160 192 6 0 0 49 0 0
6 39 192 192 6 0 0 49 0 0
7 40 224 192 6 0 0 49 0 0
8 41 0 193 6 0 0 49 0 0
9 42 32 193 6 0 0 49 0 0
10 43 64 193 6 0 0 49 0 0
11 44 96 193 6 0 0 49 0 0
12 45 128 193 6 0 0 49 0 0
2 35 64 192 6 0 0 49 0 0
14 47 192 193 6 0 0 49 0 0
15 48 224 193 6 0 0 49 0 0
16 49 0 194 6 0 0 49 0 0
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