vcan配置与使用

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vcan

什么是vcan？

vcan（Virtual CAN）是一种虚拟CAN接口，它是Linux内核中的一个虚拟网络接口驱动程序。vcan接口模拟了CAN总线的行为，但没有实际的硬件依赖。这使得它非常适用于开发、测试和调试CAN网络协议和应用程序，而不需要实际的CAN硬件。

vcan的特点

1. 虚拟化：vcan接口在内核中实现，不需要任何物理CAN硬件。
2. 模拟真实CAN总线行为：vcan接口能够模拟CAN总线的数据帧传输、接受等基本功能。
3. 方便测试和调试：开发人员可以在没有CAN硬件的环境中测试和调试CAN相关的软件。
4. 独立于物理硬件：由于vcan接口完全虚拟化，它可以在任何支持Linux的硬件平台上使用。

vcan的使用场景

1. 开发和调试：开发人员可以使用vcan接口在没有物理CAN硬件的情况下开发和调试CAN网络应用程序。这可以大大简化开发过程，并且减少了对物理设备的依赖。
2. 自动化测试：在自动化测试环境中，vcan接口可以用于模拟CAN总线，以便进行单元测试、集成测试和回归测试。这种方法可以确保代码的质量和稳定性。
3. 教育和培训：vcan接口是教学和培训的理想工具。学生和培训人员可以学习和实验CAN总线协议和应用程序，而不需要昂贵的硬件设备。
4. 原型设计：在原型设计阶段，使用vcan接口可以快速验证概念和设计，而不需要等待物理硬件的可用性。
5. 系统仿真：在某些情况下，系统仿真需要模拟完整的网络环境，包括CAN总线。vcan接口可以用于创建虚拟CAN网络，以进行系统级仿真和测试。

如何使用vcan接口

配置vcan接口

1. 加载vcan模块

   sudo modprobe vcan 

2. 创建虚拟CAN接口

   sudo ip link add dev vcan0 type vcan 

3. 启动虚拟CAN接口

   sudo ip link set up vcan0 

发送和接收CAN消息

使用can-utils工具包可以方便地发送和接收CAN消息。

1. 发送CAN消息

   cansend vcan0 123#67788 

   这里，123是CAN ID，#后面是数据字段。

2. 接收CAN消息
   打开一个新的终端窗口，然后运行：
   

   candump vcan0 

环境

测试是否安装can-utils

cangen -v 

测试系统平台是否使能vcan

lsmod | grep vcan 

内核使能vcan

Device Drivers ---> Network device support ---> CAN bus subsystem support ---> CAN Device Drivers ---> [*] Virtual CAN interface (vcan) 

前置条件

1. 安装必要的软件：

   sudo apt-get update sudo apt-get install can-utils 

2. 配置虚拟CAN接口：

   sudo modprobe vcan sudo ip link add dev vcan0 type vcan sudo ip link set up vcan0 

发送CAN消息的C程序

创建一个名为sender.c的C程序，内容如下：

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #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; struct sockaddr_can addr; struct ifreq ifr; struct can_frame frame; // 创建socket s = socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW); if (s < 0) { 
    perror("socket"); return 1; } // 指定CAN接口 strcpy(ifr.ifr_name, "vcan0"); ioctl(s, SIOCGIFINDEX, &ifr); // 绑定socket到CAN接口 addr.can_family = AF_CAN; addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex; if (bind(s, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) < 0) { 
    perror("bind"); return 1; } // 构造CAN帧 frame.can_id = 0x123; frame.can_dlc = 8; frame.data[0] = 0x11; frame.data[1] = 0x22; frame.data[2] = 0x33; frame.data[3] = 0x44; frame.data[4] = 0x55; frame.data[5] = 0x66; frame.data[6] = 0x77; frame.data[7] = 0x88; // 发送CAN帧 while (1) { 
    if (write(s, &frame, sizeof(struct can_frame)) != sizeof(struct can_frame)) { 
    perror("write"); return 1; } printf("Sent CAN frame\n"); sleep(1); // 1 second interval } close(s); return 0; } 

接收CAN消息的C程序

创建一个名为receiver.c的C程序，内容如下：

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #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; struct sockaddr_can addr; struct ifreq ifr; struct can_frame frame; // 创建socket s = socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW); if (s < 0) { 
    perror("socket"); return 1; } // 指定CAN接口 strcpy(ifr.ifr_name, "vcan0"); ioctl(s, SIOCGIFINDEX, &ifr); // 绑定socket到CAN接口 addr.can_family = AF_CAN; addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex; if (bind(s, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) < 0) { 
    perror("bind"); return 1; } // 接收CAN帧 while (1) { 
    if (read(s, &frame, sizeof(struct can_frame)) < 0) { 
    perror("read"); return 1; } printf("Received CAN frame: ID=0x%X DLC=%d data[0]=0x%X data[1]=0x%X data[2]=0x%X data[3]=0x%X data[4]=0x%X data[5]=0x%X data[6]=0x%X data[7]=0x%X\n", frame.can_id, frame.can_dlc, frame.data[0], frame.data[1], frame.data[2], frame.data[3], frame.data[4], frame.data[5], frame.data[6], frame.data[7]); } close(s); return 0; } 

编译和运行程序

1. 编译发送程序和接收程序：

   gcc -o sender sender.c gcc -o receiver receiver.c 

2. 在两个不同的终端窗口中运行这两个程序：
   • 运行发送程序：

     ./sender 

   • 运行接收程序：

     ./receiver 

使用candump查看数据

在第三个终端窗口中运行candump工具来查看vcan0接口上的CAN数据：

candump vcan0 

这个命令将输出vcan0接口上的所有CAN消息，如下所示：

vcan0 123 [8] 11 22 33 44 55 66 77 88 

总结

1. 配置vcan接口。
2. 编写发送CAN消息的C程序sender.c。
3. 编写接收CAN消息的C程序receiver.c。
4. 编译并运行两个程序。
5. 使用candump工具实时查看传输的CAN消息。

通过这种方式，你可以在Linux平台上测试两个进程之间使用vcan接口进行通信，并使用candump工具来查看和验证传输的数据。

可以使用C语言测试vcan的负载率。下面是一个示例，展示了如何使用C语言读取vcan接口上的CAN帧，并计算总线的负载率。

步骤概述

1. 初始化vcan接口
2. 接收CAN帧
3. 计算负载率

示例代码

初始化vcan接口

首先，确保已经加载了vcan模块并创建了vcan接口：

sudo modprobe vcan sudo ip link add dev vcan0 type vcan sudo ip link set up vcan0 

接收CAN帧并计算负载率

以下是一个使用C语言的完整示例程序：

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <net/if.h> #include <sys/ioctl.h> #include <sys/socket.h> #include <linux/can.h> #include <linux/can/raw.h> #include <time.h> // 计算单个CAN帧的传输时间 double calculate_can_frame_time(int dlc, int bitrate) { 
    int total_bits = 47 + (dlc * 8); // 47个固定开销位，加上DLC的数据位 return (double)total_bits / bitrate; } // 监控vcan接口负载率 void monitor_can_load(const char *interface, int duration, int bitrate) { 
    int s; struct sockaddr_can addr; struct ifreq ifr; struct can_frame frame; struct timeval start, end; // 创建socket s = socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW); if (s < 0) { 
    perror("socket"); exit(1); } // 指定CAN接口 strcpy(ifr.ifr_name, interface); ioctl(s, SIOCGIFINDEX, &ifr); // 绑定socket到CAN接口 addr.can_family = AF_CAN; addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex; if (bind(s, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) < 0) { 
    perror("bind"); exit(1); } // 记录开始时间 gettimeofday(&start, NULL); int frame_count = 0; double total_frame_time = 0; // 接收CAN帧并计算负载率 while (1) { 
    // 记录当前时间 gettimeofday(&end, NULL); // 计算经过的时间 double elapsed_time = (end.tv_sec - start.tv_sec) + (end.tv_usec - start.tv_usec) / 1e6; if (elapsed_time > duration) { 
    break; } int nbytes = read(s, &frame, sizeof(struct can_frame)); if (nbytes < 0) { 
    perror("read"); exit(1); } frame_count++; total_frame_time += calculate_can_frame_time(frame.can_dlc, bitrate); printf("Received frame: ID=0x%X DLC=%d Data=", frame.can_id, frame.can_dlc); for (int i = 0; i < frame.can_dlc; i++) { 
    printf("%02X ", frame.data[i]); } printf("\n"); } double bus_load = (total_frame_time / duration) * 100; printf("\nMonitoring Duration: %d seconds\n", duration); printf("Total Frames Received: %d\n", frame_count); printf("Total Frame Time: %.6f seconds\n", total_frame_time); printf("Bus Load: %.2f%%\n", bus_load); close(s); } int main(int argc, char **argv) { 
    if (argc != 3) { 
    fprintf(stderr, "Usage: %s <duration> <bitrate>\n", argv[0]); exit(1); } int duration = atoi(argv[1]); int bitrate = atoi(argv[2]); monitor_can_load("vcan0", duration, bitrate); return 0; } 

编译和运行

1. 将代码保存为can_load_monitor.c。
2. 编译代码：

   gcc -o can_load_monitor can_load_monitor.c 

3. 运行程序：

   ./can_load_monitor <duration> <bitrate> 

   例如，监控10秒，假设比特率为1 Mbps：

   ./can_load_monitor 10  

解释

• calculate_can_frame_time：计算单个CAN帧的传输时间。
• monitor_can_load：接收CAN帧并计算总线负载率。它计算每个CAN帧的传输时间并累计，然后根据传输的总时间计算总线负载率。
• main：程序入口，接受命令行参数来设置监控持续时间和比特率。

通过这种方式，你可以使用C语言在Linux平台上测试vcan接口的负载率。这种方法不仅适用于虚拟CAN接口，也适用于实际的CAN硬件接口，只需要更改接口名称即可。