この記事は、Fujitsu Advent Calender ２枚目の 1 日目の記事です。
はじめに
組み込みLinux評価ボードでCAN(車載通信)を使用する方法について調べてみました。
CANには色々な規格がありますが、今回は一般的な500kビット/秒の標準フォーマット(11bit)を使用してみました(CANの詳細はwikipedia等を参照して下さい)。
1.ターゲットボードの用意
手頃な価格でCANを使用出来る組み込み評価ボードが無いか調べてみましたが、SoCがCANに対応していても評価ボードにCAN IFが搭載されていないボードが大半です。今回はAutomotiveGradeLinux の標準リファレンスボードに指定されているRenesas社のPorterボードを使用してみます。
ボードのCAN IFについては下記に詳しく説明が記載されていました。
http://elinux.org/R-Car/Boards/Porter:Hardware
CANの通信を確認するのには対向機が必要なので、今回はPorterを2台使用してそれぞれのCAN IFにCAN HとCAN Lを直接接続します。
2.CANドライバについて
Linux CANを調査してみると、CANドライバがmainlineでサポートされている事が分かりました。
https://www.kernel.org/doc/Documentation/networking/can.txt
PorterボードのCANドライバを有効にするため、
CONFIG_CAN=y
CONFIG_CAN_RAW=y
CONFIG_CAN_BCM=y
CONFIG_CAN_GW=y
CONFIG_CAN_RCAR=y
を有効にしてkernelをビルドします。
PorterボードはYocto環境で提供されており、eLinux Wikiのページに従うと簡単にビルドが出来ます。
http://elinux.org/R-Car/Boards/Yocto
3.CAN送受信の確認ツールについて
socketを利用してCANにアクセス可能なのですが、簡単に送受信出来るツールが無いか調査するとOSSのcan utilsを使用出来る事が分かりました。
Porterボードのビルド環境はyoctoを使用しているので、
local.confに
IMAGE_INSTALL_append = " can-utils iproute2"
を追加して、bitbake(ビルド)します
4.CAN送受信テスト
上記でビルドしたイメージをSDカードにコピーして、ボードを起動させCANを設定します。
CANの設定にはipコマンド使用します。
ip link set can0 type can bitrate 500000
ip link set can0 up
root@porter:~# ip link set can0 type can bitrate 500000
root@porter:~# ip link set can0 up
root@porter:~# ifconfig
can0 Link encap:UNSPEC HWaddr 00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00
UP RUNNING NOARP MTU:16 Metric:1
RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 txqueuelen:10
RX bytes:0 (0.0 B) TX bytes:0 (0.0 B)
Interrupt:218
RX bytes:1045366 (1020.8 KiB) TX bytes:1045366 (1020.8 KiB)
<snip>
もう一台のボードも同じようにCANを設定します。
CAN送受信の確認にはcan utilsのcansendとcandumpを使用します。
-受信側のPorterボード
candump デバイス名
root@porter:~# candump can0
-送信側のPorterボード(CAN ID123、CANデータ45を送信する例)
cansend デバイス名 CAN ID#送信データ
root@porter:~# cansend can0 123#45
すると受信側のPoterボードで
root@porter:~# candump can0
can0 123 [1] 45
が表示され、PorterボードでCANデータ受信が確認出来ます。
candumpは他にも色々機能が用意されており、特にフィルタリング機能等はデバッグ時に有効だと思います。
root@porter:~# candump
Usage: candump [options] <CAN interface>+
(use CTRL-C to terminate candump)
Options: -t <type> (timestamp: (a)bsolute/(d)elta/(z)ero/(A)bsolute w date)
-c (increment color mode level)
-i (binary output - may exceed 80 chars/line)
-a (enable additional ASCII output)
-S (swap byte order in printed CAN data[] - marked with '`' )
-s <level> (silent mode - 0: off (default) 1: animation 2: silent)
-b <can> (bridge mode - send received frames to <can>)
-B <can> (bridge mode - like '-b' with disabled loopback)
-u <usecs> (delay bridge forwarding by <usecs> microseconds)
-l (log CAN-frames into file. Sets '-s 2' by default)
-L (use log file format on stdout)
-n <count> (terminate after receiption of <count> CAN frames)
-r <size> (set socket receive buffer to <size>)
-d (monitor dropped CAN frames)
-e (dump CAN error frames in human-readable format)
-x (print extra message infos, rx/tx brs esi)
-T <msecs> (terminate after <msecs> without any reception)
Up to 16 CAN interfaces with optional filter sets can be specified
on the commandline in the form: <ifname>[,filter]*
Comma separated filters can be specified for each given CAN interface:
<can_id>:<can_mask> (matches when <received_can_id> & mask == can_id & mask)
<can_id>~<can_mask> (matches when <received_can_id> & mask != can_id & mask)
#<error_mask> (set error frame filter, see include/linux/can/error.h)
CAN IDs, masks and data content are given and expected in hexadecimal values.
When can_id and can_mask are both 8 digits, they are assumed to be 29 bit EFF.
Without any given filter all data frames are received ('0:0' default filter).
Use interface name 'any' to receive from all CAN interfaces.
Examples:
candump -c -c -ta can0,123:7FF,400:700,#000000FF can2,400~7F0 can3 can8
candump -l any,0~0,#FFFFFFFF (log only error frames but no(!) data frames)
candump -l any,0:0,#FFFFFFFF (log error frames and also all data frames)
candump vcan2,92345678:DFFFFFFF (match only for extended CAN ID 12345678)
candump vcan2,123:7FF (matches CAN ID 123 - including EFF and RTR frames)
candump vcan2,123:C00007FF (matches CAN ID 123 - only SFF and non-RTR frames)
おまけ
今回はPorterボードを2枚使用してCANを接続しましたが、CANが無い組み込みボードでもCANを使用したく調査するとCAN USBという治具がありました。
FTDIのチップが使用されておりKernelのソースを確認すると、
/drivers/usb/serial/ftdi_sio.c
static struct usb_serial_driver ftdi_sio_device = {
.driver = {
.owner = THIS_MODULE,
.name = "ftdi_sio",
},
.description = "FTDI USB Serial Device",
.id_table = id_table_combined,
.num_ports = 1,
.bulk_in_size = 512,
.bulk_out_size = 256,
.probe = ftdi_sio_probe,
.port_probe = ftdi_sio_port_probe,
.port_remove = ftdi_sio_port_remove,
.open = ftdi_open,
.dtr_rts = ftdi_dtr_rts,
.throttle = usb_serial_generic_throttle,
.unthrottle = usb_serial_generic_unthrottle,
.process_read_urb = ftdi_process_read_urb,
.prepare_write_buffer = ftdi_prepare_write_buffer,
.tiocmget = ftdi_tiocmget,
.tiocmset = ftdi_tiocmset,
.tiocmiwait = usb_serial_generic_tiocmiwait,
.get_icount = usb_serial_generic_get_icount,
.ioctl = ftdi_ioctl,
.set_termios = ftdi_set_termios,
.break_ctl = ftdi_break_ctl,
.tx_empty = ftdi_tx_empty,
};
/drivers/usb/serial/usb-serial.c
static int __init usb_serial_init(void)
{
int i;
int result;
usb_serial_tty_driver = alloc_tty_driver(SERIAL_TTY_MINORS);
if (!usb_serial_tty_driver)
return -ENOMEM;
/* Initialize our global data */
for (i = 0; i < SERIAL_TTY_MINORS; ++i)
serial_table[i] = NULL;
result = bus_register(&usb_serial_bus_type);
if (result) {
pr_err("%s - registering bus driver failed\n", __func__);
goto exit_bus;
}
usb_serial_tty_driver->driver_name = "usbserial";
usb_serial_tty_driver->name = "ttyUSB";
usb_serial_tty_driver->major = SERIAL_TTY_MAJOR;
usb_serial_tty_driver->minor_start = 0;
usb_serial_tty_driver->type = TTY_DRIVER_TYPE_SERIAL;
usb_serial_tty_driver->subtype = SERIAL_TYPE_NORMAL;
usb_serial_tty_driver->flags = TTY_DRIVER_REAL_RAW |
TTY_DRIVER_DYNAMIC_DEV;
usb_serial_tty_driver->init_termios = tty_std_termios;
usb_serial_tty_driver->init_termios.c_cflag = B9600 | CS8 | CREAD
| HUPCL | CLOCAL;
usb_serial_tty_driver->init_termios.c_ispeed = 9600;
usb_serial_tty_driver->init_termios.c_ospeed = 9600;
tty_set_operations(usb_serial_tty_driver, &serial_ops);
result = tty_register_driver(usb_serial_tty_driver);
if (result) {
pr_err("%s - tty_register_driver failed\n", __func__);
goto exit_reg_driver;
}
/* register the USB driver */
result = usb_register(&usb_serial_driver);
if (result < 0) {
pr_err("%s - usb_register failed\n", __func__);
goto exit_tty;
}
/* register the generic driver, if we should */
result = usb_serial_generic_register();
if (result < 0) {
pr_err("%s - registering generic driver failed\n", __func__);
goto exit_generic;
}
return result;
exit_generic:
usb_deregister(&usb_serial_driver);
exit_tty:
tty_unregister_driver(usb_serial_tty_driver);
exit_reg_driver:
bus_unregister(&usb_serial_bus_type);
exit_bus:
pr_err("%s - returning with error %d\n", __func__, result);
put_tty_driver(usb_serial_tty_driver);
return result;
}
USB-Serialとしてアクセスしている事が分かりました。CAN USBであればUSBのIFが
ある色々な組み込みボードでCANの使用が可能です。早速購入して動作させてみます。
CAN USB(serial)を使用する為に、kernelのconfigに下記を追加します。
CONFIG_USB_SERIAL=y
CONFIG_USB_SERIAL_FTDI_SIO=y
次にCAN USBの設定について調査するとeLinux Wikiに詳しい説明がありました。
(初めからこのページを見ればよかった・・・)
CAN USBの設定はcan-utilsで提供されているslcandを使用します。
今回は500kbpsで使用するので
slcand -o -s 6 -t hw /dev/ttyUSB0
ip link set slcan0 up
になります。
ここでCAN USBはslipと同じ仕組みを使用すると気付き、
/drivers/net/can/slcan.cを有効にするkernel config
CONFIG_CAN_SLCAN=y
を追加しました。
ビルドしたイメージに差し替えて、CAN USBを設定すると無事にslcan0が使用出来るようになりました
root@porter:~# slcand -o -s 6 -t hw /dev/ttyUSB0
root@porter:~# ip link set slcan0 up
root@porter:~# ifconfig -a
can0 Link encap:UNSPEC HWaddr 00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00
UP RUNNING NOARP MTU:16 Metric:1
RX packets:77778 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 txqueuelen:10
RX bytes:588446 (574.6 KiB) TX bytes:0 (0.0 B)
Interrupt:218
<snip>
slcan0 Link encap:UNSPEC HWaddr 00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00
UP RUNNING NOARP MTU:16 Metric:1
RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 txqueuelen:10
RX bytes:0 (0.0 B) TX bytes:0 (0.0 B)
これでCAN USBが使用出来るようなりましたが、CAN USBとPorterを接続するにはハーネスを自作する必要があります。
How to connect:
に記載があるようにD-SUBコネクタに120Ωの抵抗を接続し、ハーネスはツイストさせます。
このハーネスをPorterボードのCAN IFに接続する事で
Porter CAN IF <- CAN -> Porter CAN USB のCAN通信が可能になります。
-送信側はPorterボード CAN IFを使用(CAN ID123、CANデータ45を送信する例)
root@porter:~# cansend can0 123#45
-受信側はCAN USB(slcan)を使用
root@porter:~# candump slcan0
slcan0 123 [1] 45
まとめ
今までCANを使用する時は高価な専用機が必要だったのですが、今回試した
組み込みボード、CAN USB、can utils
を使用すればCANの一通りのデバッグが出来る事が分かりました。今後はOpenXCなど誰でもアクセス可能なCAN情報を使用してCANシミュレータなど全てOSSで何処まで実現可能なのか、トライしてみたいと思います。
【今回使用した環境について】
使用HW：Renesas Porterボード (http://elinux.org/R-Car/Boards/Porter)
AWICEL CAN USB (http://www.can232.com/?page_id=16)
自作ハーネス
Kernel: LTSI 3.10.31 (http://elinux.org/R-Car/Boards/Yocto)
yocto : 1.6.1 (http://elinux.org/R-Car/Boards/Yocto)
Porter CAN IF、CAN USBを有効にするkernel configを追加
CONFIG_CAN=y
CONFIG_CAN_RAW=y
CONFIG_CAN_BCM=y
CONFIG_CAN_GW=y
CONFIG_CAN_RCAR=y
CONFIG_CAN_SLCAN=y
CONFIG_USB_SERIAL=y
CONFIG_USB_SERIAL_FTDI_SIO=y
Porterに提供されているyoctoの環境にcan-utils iproute2を追加
local.confに下記を追加
IMAGE_INSTALL_append = " can-utils iproute2"
Porter CAN IF有効化
ip link set can0 type can bitrate 500000
ip link set can0 up
USB CAN有効化
slcand -o -s 6 -t hw /dev/ttyUSB0
ip link set slcan0 up
(注意）この記事は個人の見解であり、所属する会社、組織を代表するものではありません。