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CAN 是控制器局域网络 (Controller Area Network, CAN) 的简称，是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国 BOSCH 公司开发的，并最终成为国际标准（ISO 11898），是国际上应用最广泛的现场总线之一。
CAN 控制器根据两根线上的电位差来判断总线电平。总线电平分为显性电平和隐性电平，二者必居其一。发送方通过使总线电平发生变化，将消息发送给接收方。 CAN 的连接示意图如下图所示：
CAN 总线有如下特点：
CAN 协议包括 5 种类型的帧：
数据帧和遥控帧有标准格式和扩展格式两种格式。标准格式有 11 个位的 ID，扩展格式有 29 个位的 ID。
各种帧的用途如下表所示：
| 帧 | 帧用途 |
|---|---|
| 数据帧 | 用于发送单元向接收单元传送数据的帧 |
| 遥控帧 | 用于接收单元向具有相同 ID 的发送单元请求数据的帧 |
| 错误帧 | 用于当检测出错误时向其它单元通知错误的帧 |
| 过载帧 | 用于接收单元通知其尚未做好接收准备的帧 |
| 帧间隔 | 用于将数据帧及遥控帧与前面的帧分离开来的帧 |
应用程序通过 RT-Thread 提供的 I/O 设备管理接口来访问 CAN 硬件控制器，相关接口如下所示：
| 函数 | 描述 |
|---|---|
| rt_device_find | 查找设备 |
| rt_device_open | 打开设备 |
| rt_device_read | 读取数据 |
| rt_device_write | 写入数据 |
| rt_device_control | 控制设备 |
| rt_device_set_rx_indicate | 设置接收回调函数 |
| rt_device_close | 关闭设备 |
应用程序根据 CAN 设备名称查找设备获取设备句柄，进而可以操作 CAN 设备，查找设备函数如下所示，
rt_device_t rt_device_find(const char* name);
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| name | 设备名称 |
| 返回 | —— |
| 设备句柄 | 查找到对应设备将返回相应的设备句柄 |
| RT_NULL | 没有找到相应的设备对象 |
一般情况下，注册到系统的 CAN 设备名称为 can1，can2 等，使用示例如下所示：
#define CAN_DEV_NAME "can1" /* CAN 设备名称 */
static rt_device_t can_dev; /* CAN 设备句柄 */
/* 查找 CAN 设备 */
can_dev = rt_device_find(CAN_DEV_NAME);
通过设备句柄，应用程序可以打开和关闭设备，打开设备时，会检测设备是否已经初始化，没有初始化则会默认调用初始化接口初始化设备。通过如下函数打开设备:
rt_err_t rt_device_open(rt_device_t dev, rt_uint16_t oflags);
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| dev | 设备句柄 |
| oflags | 打开设备模式标志 |
| 返回 | —— |
| RT_EOK | 设备打开成功 |
| -RT_EBUSY | 如果设备注册时指定的参数中包括 RT_DEVICE_FLAG_STANDALONE 参数，此设备将不允许重复打开 |
| 其他错误码 | 设备打开失败 |
目前 RT-Thread CAN 设备驱动框架支持中断接收和中断发送模式。oflags 参数支持下列取值 (可以采用或的方式支持多种取值)：
#define RT_DEVICE_FLAG_INT_RX 0x100 /* 中断接收模式 */
#define RT_DEVICE_FLAG_INT_TX 0x400 /* 中断发送模式 */
以中断接收及发送模式打开 CAN 设备的示例如下所示：
#define CAN_DEV_NAME "can1" /* CAN 设备名称 */
static rt_device_t can_dev; /* CAN 设备句柄 */
/* 查找 CAN 设备 */
can_dev = rt_device_find(CAN_DEV_NAME);
/* 以中断接收及发送模式打开 CAN 设备 */
rt_device_open(can_dev, RT_DEVICE_FLAG_INT_TX | RT_DEVICE_FLAG_INT_RX);
通过命令控制字，应用程序可以对 CAN 设备进行配置，通过如下函数完成：
rt_err_t rt_device_control(rt_device_t dev, rt_uint8_t cmd, void* arg);
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| dev | 设备句柄 |
| cmd | 控制命令 |
| arg | 控制参数 |
| 返回 | —— |
| RT_EOK | 函数执行成功 |
| 其他错误码 | 执行失败 |
arg（控制参数）根据命令不同而不同，cmd（控制命令）可取以下值：
#define RT_DEVICE_CTRL_RESUME 0x01 /* 恢复设备 */
#define RT_DEVICE_CTRL_SUSPEND 0x02 /* 挂起设备 */
#define RT_DEVICE_CTRL_CONFIG 0x03 /* 配置设备 */
#define RT_CAN_CMD_SET_FILTER 0x13 /* 设置硬件过滤表 */
#define RT_CAN_CMD_SET_BAUD 0x14 /* 设置波特率 */
#define RT_CAN_CMD_SET_MODE 0x15 /* 设置 CAN 工作模式 */
#define RT_CAN_CMD_SET_PRIV 0x16 /* 设置发送优先级 */
#define RT_CAN_CMD_GET_STATUS 0x17 /* 获取 CAN 设备状态 */
#define RT_CAN_CMD_SET_STATUS_IND 0x18 /* 设置状态回调函数 */
#define RT_CAN_CMD_SET_BUS_HOOK 0x19 /* 设置 CAN 总线钩子函数 */
设置波特率的示例代码如下所示：
#define CAN_DEV_NAME "can1" /* CAN 设备名称 */
static rt_device_t can_dev; /* CAN 设备句柄 */
/* 查找 CAN 设备 */
can_dev = rt_device_find(CAN_DEV_NAME);
/* 以中断接收及发送方式打开 CAN 设备 */
res = rt_device_open(can_dev, RT_DEVICE_FLAG_INT_TX | RT_DEVICE_FLAG_INT_RX);
/* 设置 CAN 通信的波特率为 500kbit/s*/
res = rt_device_control(can_dev, RT_CAN_CMD_SET_BAUD, (void *)CAN500kBaud);
设置工作模式的示例代码如下所示：
#define CAN_DEV_NAME "can1" /* CAN 设备名称 */
static rt_device_t can_dev; /* CAN 设备句柄 */
/* 查找 CAN 设备 */
can_dev = rt_device_find(CAN_DEV_NAME);
/* 以中断接收及发送方式打开 CAN 设备 */
res = rt_device_open(can_dev, RT_DEVICE_FLAG_INT_TX | RT_DEVICE_FLAG_INT_RX);
/* 设置 CAN 的工作模式为正常工作模式 */
res = rt_device_control(can_dev, RT_CAN_CMD_SET_MODE, (void *)RT_CAN_MODE_NORMAL);
获取 CAN 设备状态的示例代码如下所示：
#define CAN_DEV_NAME "can1" /* CAN 设备名称 */
static rt_device_t can_dev; /* CAN 设备句柄 */
static struct rt_can_status status; /* 获取到的 CAN 总线状态 */
/* 查找 CAN 设备 */
can_dev = rt_device_find(CAN_DEV_NAME);
/* 以中断接收及发送方式打开 CAN 设备 */
res = rt_device_open(can_dev, RT_DEVICE_FLAG_INT_TX | RT_DEVICE_FLAG_INT_RX);
/* 获取 CAN 总线设备的状态 */
res = rt_device_control(can_dev, RT_CAN_CMD_GET_STATUS, &status);
过滤表控制块各成员描述如下所示：
struct rt_can_filter_item
{
rt_uint32_t id : 29; /* 报文 ID */
rt_uint32_t ide : 1; /* 扩展帧标识位 */
rt_uint32_t rtr : 1; /* 远程帧标识位 */
rt_uint32_t mode : 1; /* 过滤表模式，0 表示标识符列表模式，1 表示标识符屏蔽位模式 */
rt_uint32_t mask; /* ID 掩码，0 表示对应的位不关心，1 表示对应的位必须匹配 */
rt_int32_t hdr; /* -1 表示不指定过滤表号，对应的过滤表控制块也不会被初始化，正数为过滤表号，对应的过滤表控制块会被初始化 */
#ifdef RT_CAN_USING_HDR
/* 过滤表回调函数 */
rt_err_t (*ind)(rt_device_t dev, void *args , rt_int32_t hdr, rt_size_t size);
/* 回调函数参数 */
void *args;
#endif /*RT_CAN_USING_HDR*/
};
如果需要过滤的报文 ID 为 0x01 的标准数据帧，使用默认过滤表，则过滤表各个成员设置如下：
struct rt_can_filter_item filter;
/* 报文 ID */
filter.id = 0x01;
/* 标准格式 */
filter.ide = 0x00;
/* 数据帧 */
filter.rtr = 0x00;
/* 过滤表模式 */
filter.mode = 0x01;
/* 匹配 ID */
filter.mask = 0x01;
/* 使用默认过滤表 */
filter.hdr = -1;
为了方便表示过滤表的各个成员变量的值， RT-Thread 系统提供了匹配过滤表的宏
#define RT_CAN_FILTER_ITEM_INIT(id,ide,rtr,mode,mask,ind,args) \
{(id), (ide), (rtr), (mode), (mask), -1, (ind), (args)}
过滤表宏中各个位分别和过滤表结构体成员变量一一对应，只是使用的过滤表是默认的过滤表。
则上述过滤信息使用过滤表的宏可以表示为
RT_CAN_FILTER_ITEM_INIT(0x01, 0, 0, 1, 0x01, RT_NULL, RT_NULL);
当需要使用过滤表时还需要指定过滤表配置控制块的成员变量，过滤表的配置控制块成员变量的组成如下所示：
struct rt_can_filter_config
{
rt_uint32_t count; /* 过滤表数量 */
rt_uint32_t actived; /* 过滤表激活选项，1 表示初始化过滤表控制块，0 表示去初始化过滤表控制块 */
struct rt_can_filter_item *items; /* 过滤表指针，可指向一个过滤表数组 */
};
设置硬件过滤表示例代码如下所示：
#define CAN_DEV_NAME "can1" /* CAN 设备名称 */
static rt_device_t can_dev; /* CAN 设备句柄 */
can_dev = rt_device_find(CAN_DEV_NAME);
/* 以中断接收及发送模式打开 CAN 设备 */
rt_device_open(can_dev, RT_DEVICE_FLAG_INT_TX | RT_DEVICE_FLAG_INT_RX);
struct rt_can_filter_item items[1] =
{
RT_CAN_FILTER_ITEM_INIT(0x01, 0, 0, 1, 0x01, RT_NULL, RT_NULL),
/* 过滤 ID 为 0x01,match ID:0x100~0x1ff，hdr 为 - 1，设置默认过滤表 */
};
struct rt_can_filter_config cfg = {1, 1, items}; /* 一共有 1 个过滤表 */
/* 设置硬件过滤表 */
res = rt_device_control(can_dev, RT_CAN_CMD_SET_FILTER, &cfg);
使用 CAN 设备发送数据，可以通过如下函数完成：
rt_size_t rt_device_write(rt_device_t dev, rt_off_t pos, const void* buffer, rt_size_t size);
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| dev | 设备句柄 |
| pos | 写入数据偏移量，此参数 CAN 设备未使用 |
| buffer | CAN 消息指针 |
| size | CAN 消息大小 |
| 返回 | —— |
| 不为 0 | 实际发送的 CAN 消息大小 |
| 0 | 发送失败 |
CAN 消息原型如下所示：
struct rt_can_msg
{
rt_uint32_t id : 29; /* CAN ID, 标志格式 11 位，扩展格式 29 位 */
rt_uint32_t ide : 1; /* 扩展帧标识位 */
rt_uint32_t rtr : 1; /* 远程帧标识位 */
rt_uint32_t rsv : 1; /* 保留位 */
rt_uint32_t len : 8; /* 数据段长度 */
rt_uint32_t priv : 8; /* 报文发送优先级 */
rt_uint32_t hdr : 8; /* 硬件过滤表号 */
rt_uint32_t reserved : 8;
rt_uint8_t data[8]; /* 数据段 */
};
使用 CAN 设备发送数据示例程序如下所示：
#define CAN_DEV_NAME "can1" /* CAN 设备名称 */
static rt_device_t can_dev; /* CAN 设备句柄 */
struct rt_can_msg msg = {0}; /* CAN 消息 */
can_dev = rt_device_find(CAN_DEV_NAME);
/* 以中断接收及发送模式打开 CAN 设备 */
rt_device_open(can_dev, RT_DEVICE_FLAG_INT_TX | RT_DEVICE_FLAG_INT_RX);
msg.id = 0x78; /* ID 为 0x78 */
msg.ide = RT_CAN_STDID; /* 标准格式 */
msg.rtr = RT_CAN_DTR; /* 数据帧 */
msg.len = 8; /* 数据长度为 8 */
/* 待发送的 8 字节数据 */
msg.data[0] = 0x00;
msg.data[1] = 0x11;
msg.data[2] = 0x22;
msg.data[3] = 0x33;
msg.data[4] = 0x44;
msg.data[5] = 0x55;
msg.data[6] = 0x66;
msg.data[7] = 0x77;
/* 发送一帧 CAN 数据 */
size = rt_device_write(can_dev, 0, &msg, sizeof(msg));
可以通过如下函数来设置数据接收指示，当 CAN 收到数据时，通知上层应用线程有数据到达 ：
rt_err_t rt_device_set_rx_indicate(rt_device_t dev, rt_err_t (*rx_ind)(rt_device_t dev,rt_size_t size));
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| dev | 设备句柄 |
| rx_ind | 回调函数指针 |
| dev | 设备句柄（回调函数参数） |
| size | 缓冲区数据大小（回调函数参数） |
| 返回 | —— |
| RT_EOK | 设置成功 |
该函数的回调函数由调用者提供。CAN 设备在中断接收模式下，当 CAN 接收到一帧数据产生中断时，就会调用回调函数，并且会把此时缓冲区的数据大小放在 size 参数里，把 CAN 设备句柄放在 dev 参数里供调用者获取。
一般情况下接收回调函数可以发送一个信号量或者事件通知 CAN 数据处理线程有数据到达。使用示例如下所示：
#define CAN_DEV_NAME "can1" /* CAN 设备名称 */
static rt_device_t can_dev; /* CAN 设备句柄 */
struct rt_can_msg msg = {0}; /* CAN 消息 */
/* 接收数据回调函数 */
static rt_err_t can_rx_call(rt_device_t dev, rt_size_t size)
{
/* CAN 接收到数据后产生中断，调用此回调函数，然后发送接收信号量 */
rt_sem_release(&rx_sem);
return RT_EOK;
}
/* 设置接收回调函数 */
rt_device_set_rx_indicate(can_dev, can_rx_call);
可调用如下函数读取 CAN 设备接收到的数据：
rt_size_t rt_device_read(rt_device_t dev, rt_off_t pos, void* buffer, rt_size_t size);
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| dev | 设备句柄 |
| pos | 读取数据偏移量，此参数 CAN 设备未使用 |
| buffer | CAN 消息指针，读取的数据将会被保存在缓冲区中 |
| size | CAN 消息大小 |
| 返回 | —— |
| 不为 0 | CAN 消息大小 |
| 0 | 失败 |
[!NOTE] 注：接收数据时 CAN 消息的 hdr 参数必须要指定值，默认指定为 -1 就可以，表示从接收数据的 uselist 链表读取数据。也可以指定为硬件过滤表号的值，表示此次读取数据从哪一个硬件过滤表对应的消息链接读取数据，此时需要设置硬件过滤表的时候 hdr 有指定正确的过滤表号。如果设置硬件过滤表的时候 hdr 都为 -1，则读取数据的时候也要赋值为-1。
CAN 使用中断接收模式并配合接收回调函数的使用示例如下所示：
#define CAN_DEV_NAME "can1" /* CAN 设备名称 */
static rt_device_t can_dev; /* CAN 设备句柄 */
struct rt_can_msg rxmsg = {0}; /* CAN 接收消息缓冲区 */
/* hdr 值为 - 1，表示直接从 uselist 链表读取数据 */
rxmsg.hdr = -1;
/* 阻塞等待接收信号量 */
rt_sem_take(&rx_sem, RT_WAITING_FOREVER);
/* 从 CAN 读取一帧数据 */
rt_device_read(can_dev, 0, &rxmsg, sizeof(rxmsg));
当应用程序完成 CAN 操作后，可以关闭 CAN 设备，通过如下函数完成:
rt_err_t rt_device_close(rt_device_t dev);
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| dev | 设备句柄 |
| 返回 | —— |
| RT_EOK | 关闭设备成功 |
| -RT_ERROR | 设备已经完全关闭，不能重复关闭设备 |
| 其他错误码 | 关闭设备失败 |
关闭设备接口和打开设备接口需配对使用，打开一次设备对应要关闭一次设备，这样设备才会被完全关闭，否则设备仍处于未关闭状态。
示例代码的主要步骤如下所示：
首先查找 CAN 设备获取设备句柄。
初始化信号量，然后以中断接收及中断发送方式打开 CAN 设备。
创建读取数据线程。
发送一帧 CAN 数据。
读取数据线程首先会设置接收回调函数，然后设置硬件过滤表，之后会等待信号量。当 CAN 设备接收到一帧数据时会触发中断并调用接收回调函数，此函数会发送信号量唤醒线程，此时线程会马上读取接收到的数据。
此示例代码不局限于特定的 BSP，根据 BSP 注册的 CAN 设备，修改示例代码宏定义 CAN_DEV_NAME 对应的 CAN 设备名称即可运行。
运行序列图如下图所示：
程序运行起来后在命令行输入 can_sample 即可运行示例代码，后面数据为 CAN 设备接收到的数据：
\ | /
- RT - Thread Operating System
/ | \ 4.0.1 build Jun 24 2019
2006 - 2019 Copyright by rt-thread team
msh >can_sample
ID:486 0 11 22 33 0 23 4 86
ID:111 0 11 22 33 0 23 1 11
ID:555 0 11 22 33 0 23 5 55
ID:211 0 11 22 33 0 23 2 11
ID:344 0 11 22 33 0 23 3 44
可以使用 CAN 分析工具连接对应 CAN 设备收发数据，第一帧数据为 CAN 示例代码发送的 ID 为 0X78的数据， 效果如下图所示：
/*
* 程序清单：这是一个 CAN 设备使用例程
* 例程导出了 can_sample 命令到控制终端
* 命令调用格式：can_sample can1
* 命令解释：命令第二个参数是要使用的 CAN 设备名称，为空则使用默认的 CAN 设备
* 程序功能：通过 CAN 设备发送一帧，并创建一个线程接收数据然后打印输出。
*/
#include <rtthread.h>
#include "rtdevice.h"
#define CAN_DEV_NAME "can1" /* CAN 设备名称 */
static struct rt_semaphore rx_sem; /* 用于接收消息的信号量 */
static rt_device_t can_dev; /* CAN 设备句柄 */
/* 接收数据回调函数 */
static rt_err_t can_rx_call(rt_device_t dev, rt_size_t size)
{
/* CAN 接收到数据后产生中断，调用此回调函数，然后发送接收信号量 */
rt_sem_release(&rx_sem);
return RT_EOK;
}
static void can_rx_thread(void *parameter)
{
int i;
rt_err_t res;
struct rt_can_msg rxmsg = {0};
/* 设置接收回调函数 */
rt_device_set_rx_indicate(can_dev, can_rx_call);
#ifdef RT_CAN_USING_HDR
struct rt_can_filter_item items[5] =
{
RT_CAN_FILTER_ITEM_INIT(0x100, 0, 0, 0, 0x700, RT_NULL, RT_NULL), /* std,match ID:0x100~0x1ff，hdr 为 - 1，设置默认过滤表 */
RT_CAN_FILTER_ITEM_INIT(0x300, 0, 0, 0, 0x700, RT_NULL, RT_NULL), /* std,match ID:0x300~0x3ff，hdr 为 - 1 */
RT_CAN_FILTER_ITEM_INIT(0x211, 0, 0, 0, 0x7ff, RT_NULL, RT_NULL), /* std,match ID:0x211，hdr 为 - 1 */
RT_CAN_FILTER_STD_INIT(0x486, RT_NULL, RT_NULL), /* std,match ID:0x486，hdr 为 - 1 */
{0x555, 0, 0, 0, 0x7ff, 7,} /* std,match ID:0x555，hdr 为 7，指定设置 7 号过滤表 */
};
struct rt_can_filter_config cfg = {5, 1, items}; /* 一共有 5 个过滤表 */
/* 设置硬件过滤表 */
res = rt_device_control(can_dev, RT_CAN_CMD_SET_FILTER, &cfg);
RT_ASSERT(res == RT_EOK);
#endif
while (1)
{
/* hdr 值为 - 1，表示直接从 uselist 链表读取数据 */
rxmsg.hdr = -1;
/* 阻塞等待接收信号量 */
rt_sem_take(&rx_sem, RT_WAITING_FOREVER);
/* 从 CAN 读取一帧数据 */
rt_device_read(can_dev, 0, &rxmsg, sizeof(rxmsg));
/* 打印数据 ID 及内容 */
rt_kprintf("ID:%x", rxmsg.id);
for (i = 0; i < 8; i++)
{
rt_kprintf("%2x", rxmsg.data[i]);
}
rt_kprintf("\n");
}
}
int can_sample(int argc, char *argv[])
{
struct rt_can_msg msg = {0};
rt_err_t res;
rt_size_t size;
rt_thread_t thread;
char can_name[RT_NAME_MAX];
if (argc == 2)
{
rt_strncpy(can_name, argv[1], RT_NAME_MAX);
}
else
{
rt_strncpy(can_name, CAN_DEV_NAME, RT_NAME_MAX);
}
/* 查找 CAN 设备 */
can_dev = rt_device_find(can_name);
if (!can_dev)
{
rt_kprintf("find %s failed!\n", can_name);
return RT_ERROR;
}
/* 初始化 CAN 接收信号量 */
rt_sem_init(&rx_sem, "rx_sem", 0, RT_IPC_FLAG_FIFO);
/* 以中断接收及发送方式打开 CAN 设备 */
res = rt_device_open(can_dev, RT_DEVICE_FLAG_INT_TX | RT_DEVICE_FLAG_INT_RX);
RT_ASSERT(res == RT_EOK);
/* 创建数据接收线程 */
thread = rt_thread_create("can_rx", can_rx_thread, RT_NULL, 1024, 25, 10);
if (thread != RT_NULL)
{
rt_thread_startup(thread);
}
else
{
rt_kprintf("create can_rx thread failed!\n");
}
msg.id = 0x78; /* ID 为 0x78 */
msg.ide = RT_CAN_STDID; /* 标准格式 */
msg.rtr = RT_CAN_DTR; /* 数据帧 */
msg.len = 8; /* 数据长度为 8 */
/* 待发送的 8 字节数据 */
msg.data[0] = 0x00;
msg.data[1] = 0x11;
msg.data[2] = 0x22;
msg.data[3] = 0x33;
msg.data[4] = 0x44;
msg.data[5] = 0x55;
msg.data[6] = 0x66;
msg.data[7] = 0x77;
/* 发送一帧 CAN 数据 */
size = rt_device_write(can_dev, 0, &msg, sizeof(msg));
if (size == 0)
{
rt_kprintf("can dev write data failed!\n");
}
return res;
}
/* 导出到 msh 命令列表中 */
MSH_CMD_EXPORT(can_sample, can device sample);
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