1. 学习目标

  1. 理解 CAN 总线工作原理

理解 CAN 总线结构：

CAN_H
CAN_L

以及通信方式：

广播通信
优先级仲裁
帧结构
  • 理解 Linux CAN 子系统架构

理解 Linux CAN 驱动结构：

User Space
   │
   ▼
SocketCAN
   │
   ▼
CAN Network Driver
   │
   ▼
CAN Controller
  • 理解 CAN 核心结构

掌握核心对象：

can_device
net_device
can_frame
  • 能编写基础 CAN 驱动

掌握核心 API：

register_candev
alloc_candev
can_put_echo_skb
  • 能使用用户空间工具测试 CAN

掌握工具：

ip
candump
cansend

2. CAN 总线简介

CAN 是一种：

多主机通信总线

信号线：

CAN_H
CAN_L

结构：

User Space
   │
   ▼
SocketCAN
   │
   ▼
CAN Network Driver
   │
   ▼
CAN Controller

特点：

广播通信
高可靠性
实时性强

CAN 帧结构

标准 CAN 帧：

| ID | DLC | DATA | CRC |

示例：

ID   = 0x123
DATA = 8 bytes

3. Linux CAN 子系统架构

Linux CAN 子系统结构：

User Space
    │
    ▼
Socket API
    │
    ▼
SocketCAN
    │
    ▼
CAN Network Driver
    │
    ▼
CAN Controller Driver

Linux 将 CAN 设备当作：

网络设备

例如：

can0
can1

4. SocketCAN

SocketCAN 是 Linux CAN 框架。

作用：

统一 CAN 通信接口

用户程序使用：

socket()

访问 CAN。

例如：

socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW)

5. CAN 核心结构

CAN 子系统核心结构：

net_device
can_device
can_frame

6. can_frame

CAN 数据帧结构：

struct can_frame
{
    canid_t can_id;
    __u8 can_dlc;
    __u8 data[8];
};

字段：

can_id CAN ID
can_dlc 数据长度
data 数据

7. net_device

Linux CAN 设备本质是：

网络设备

结构：

struct net_device

系统设备：

can0
can1

8. CAN 驱动核心结构

CAN 驱动核心对象：

can_priv
net_device
can_ops

can_priv

can_priv 表示：

CAN 设备私有数据

结构：

struct can_priv
{
    struct can_bittiming bittiming;
};

用于：

波特率配置

can_ops

CAN 驱动操作接口：

start
stop
transmit

9. CAN 驱动注册流程

CAN 驱动基本流程：

分配 net_device
      │
初始化 can_priv
      │
register_candev
      │
生成 canX

流程图：

CAN Driver
     │
     ▼
alloc_candev
     │
     ▼
register_candev
     │
     ▼
can0

10. CAN 数据发送

发送 CAN 帧：

write(socket)

驱动流程：

User Space
    │
send()
    │
SocketCAN
    │
Driver
    │
Hardware

驱动函数：

ndo_start_xmit

11. CAN 数据接收

接收流程：

CAN Hardware
      │
      ▼
IRQ
      │
      ▼
Driver
      │
      ▼
netif_rx
      │
      ▼
SocketCAN
      │
      ▼
User Space

12. CAN 驱动示例

简单 CAN 驱动结构：

static int my_can_open(struct net_device *dev)
{
    printk("can open\n");
    return 0;
}

static int my_can_close(struct net_device *dev)
{
    printk("can close\n");
    return 0;
}

static const struct net_device_ops my_can_ops =
{
    .ndo_open = my_can_open,
    .ndo_stop = my_can_close,
};

注册：

dev = alloc_candev(sizeof(struct my_priv), 1);
dev->netdev_ops = &my_can_ops;

register_candev(dev);

13. 用户空间 CAN 工具

Linux 提供 CAN 工具：

ip
candump
cansend

配置 CAN

启动 CAN：

ip link set can0 up type can bitrate 500000

发送 CAN

cansend can0 123#11223344

接收 CAN

candump can0

14. Device Tree 描述 CAN

CAN 控制器通常通过 Device Tree 描述。

示例：

can@4000
{
    compatible = "my-can";
    reg = <0x4000 0x100>;
    interrupts = <10>;
};

15. CAN 子系统结构总结

Linux CAN 子系统结构：

User Space
   │
   ▼
SocketCAN
   │
   ▼
CAN Driver
   │
   ▼
CAN Hardware

核心结构：

net_device
can_device
can_frame

16. 驱动常见问题

CAN 无法发送

原因：

CAN 未启动

CAN 数据错误

原因：

波特率不匹配

17. 总结

Linux CAN 子系统核心结构：

SocketCAN
    │
    ▼
CAN Driver
    │
    ▼
CAN Hardware

核心对象：

net_device
can_device
can_frame

最重要原则：

CAN 驱动 = SocketCAN + Network Device

18. Q&A

18.1 基础理解

  1. CAN 为什么适合汽车通信？

  2. CAN 总线为什么抗干扰？

18.2 Linux 架构

  1. 为什么 Linux 把 CAN 当作网络设备？

  2. SocketCAN 的作用是什么？

18.3 驱动流程

  1. alloc_candev 做了什么？

  2. register_candev 的作用是什么？