上节课我们学习了Linux C++ TCP socket 编程，这节课学习 CAN 通信编程。为什么把 CAN 通信安排在紧挨着 TCP socket 后呢，因为在Linux C++ CAN 通信开发过程中，使用的技术的思路和 TCP socket是一脉相承的。在开始CAN通信开发之前我们先学习一下CAN 通信的相关理论，CAN通信的相关理论在大学里一般是没有讲的，这里我讲的也不是很详尽，想深入学习的人员可以在网上搜索资料。但是我不建议使用AI，在理论学习阶段，自己到网站上学习可以保证准确率，换句话说，现在的AI工具有很大成分在不懂装懂，很可能给你提供错误的信息。CAN（Controller Area Network，控制器局域网）是一种多主、广播、差分串行总线，核心优势是非破坏性仲裁、高抗干扰、自动错误处理，广泛用于汽车、工业、BMS、机器人等实时控制场景。
CAN 网络拓扑与硬件组成
CAN 是线性总线拓扑，所有节点并联在一对双绞线上（CAN_H、CAN_L），总线两端必须接 120Ω 终端电阻（阻抗匹配、防信号反射）。
单节点硬件结构：
MCU/CPU/DSP：应用层处理、数据收发指令
CAN 控制器：帧封装 / 解包、仲裁、CRC、时序同步
CAN 收发器：电平转换（TTL 差分信号）
总线：CAN_H、CAN_L 双绞线
（前两个在CPU内部，CAN收发器在开发板上的模块）
CAN总线：以“压差大小”区分逻辑
CAN总线通过CAN_H和CAN_L两根线之间的电压差值（Vdiff） 大小来区分逻辑0和逻辑1。
逻辑0（显性电平 Dominant）：当CAN_H为3.5V，CAN_L为1.5V时，差分电压约为2V。标准规定，差分电压高于0.9V即被认为是显性电平。
逻辑1（隐性电平 Recessive）：当CAN_H和CAN_L均为2.5V时，差分电压约为0V。标准规定，差分电压低于0.5V即被认为是隐性电平。
看到CAN的信号电平是不是感觉跟RS485很像？在此扩展总结一下。
CAN和RS485都是通过差分信号（两根线之间的电压差）来传输数据的，但两者在具体的逻辑电平定义上存在重要差异。
RS485总线：以“电压极性”区分逻辑
RS485通过A和B两根线之间的电压极性（电压差的正负）来判断逻辑0和逻辑1
RS485标准中，发送器（Driver） 和接收器（Receiver） 对同一电压差（如A>B）的逻辑判定是相反的。这在实际工程应用中容易混淆，需要特别注意。
角色 发送器 (Driver)
判断依据 A与B的电压差 (V_AB)
逻辑1 A > B 电压差：+2V ~ +6V
逻辑0 A < B 电压差：-2V ~ -6V
角色 接收器 (Receiver)
判断依据 A与B的电压差 (V_AB)
逻辑1 A > B 电压差：> +200mV
逻辑0 A < B 电压差：< -200mV
TTL和RS232则属于单端信号（Single-ended Signal）。
这两种信号的根本区别在于参考地：
单端信号的电压是相对于公共地（GND） 测量的，而差分信号是相对于另一根信号线测量的。
*各种通信信号电压不一样，接线接错了直接烧模块，如果是TTL接错了，直接烧CPU！
CAN相关的理论只介绍这么多，这也只是入门，用来开发个程序通过CAN读取传感器数据，控制电机，板间通信够了，如果想深入研究CAN协议，那够你研究个2,3年。嗯...，研究生2年里研究这个课题够了。我的这个课程主要目标是培训开发能力，3-6个月研究哪个协议都不够。
在Linux开发板上进行CAN通信分两步，第一步硬件接线，第二步使用libsocketcan库编程。
CAN在接线上跟RS485也很像，RS485里用A/B区分两根线，CAN用L/H区分，接线也是L对L，H对H。
编程中使用libsocketcan这个动态库，跟modbus的库也很像，稍有区别。
板子线接好后，我们来写两个程序通信，像RS485的实验一样，一个发数据，一个收数据，收数据使用epoll。
在开始编程前我们需要确认开发板的CAN设备，使用 ifconfig -a 命令列出所有网络设备。
awlink0 和 awlink1 就是我们开发版上的两个CAN设备，这是全志在CAN驱动中生成的设备名，多数芯片厂通常都是 can0、can1，这里注意下就行，名字别用错了就可以。
使能CAN 的命令可以在命令行中输入，也可以在代码中使用 systemd 函数，命令如下：
ip link set awlink0 type can bitrate 500000
ip link set awlink0 up
注意⚠️：两个CAN 的波特率必须一致才能通信
我们创建一个C++工程，命名 cpp_cansend,添加一个类用于控制CAN通信：Class_CAN
这个工程实现CAN发送数据，让AI 帮我们写个框架代码，然后修正，提示词：
Linux C++ 使用 libsocketcan库编程实现数据收发，包括初始化CAN和过滤，代码简洁，不要用lamda，for循环用展开的方式，通俗易懂。
整理代码：
class_can.h
#ifndef CLASS_CAN_H#define CLASS_CAN_H#include<string>#include<cstring>#include<unistd.h>#include<sys/socket.h>#include<net/if.h>#include<sys/ioctl.h>#include<linux/can.h>#include<linux/can/raw.h>using namespace std;class Class_CAN{public: Class_CAN(); /* * 初始化CAN socket * @param ifname 设备名，如 "can0" * @return socket文件描述符，失败返回-1 */ intcan_init(const std::string& ifname); /* * 设置CAN接收过滤器（只接收指定ID的帧） * @param sock socket文件描述符 * @param can_id 要接收的CAN ID * @param can_mask ID掩码（0x7FF表示标准帧，0x1FFFFFFF表示扩展帧） * @return 成功返回0，失败返回-1 */ intcan_set_filter(uint32_t can_id, uint32_t can_mask); /* * 发送CAN帧 * @param sock socket文件描述符 * @param id CAN ID * @param data 数据指针 * @param len 数据长度（最大8字节） * @return 成功返回发送字节数，失败返回-1 */ intcan_send(uint32_t id, constuint8_t* data, uint8_t len); voidstopcan();};#endif// CLASS_CAN_H
class_can.cpp
#include"class_can.h"#include<iostream>using namespace std;static int sock = -1;Class_CAN::Class_CAN() {}intClass_CAN::can_init(const std::string& ifname){ // 1. 创建原始CAN socket sock = socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW); if (sock < 0) { perror("socket"); return -1; } // 2. 绑定到指定CAN设备 struct sockaddr_can addr; struct ifreq ifr; strncpy(ifr.ifr_name, ifname.c_str(),ifname.length ()); if (ioctl(sock, SIOCGIFINDEX, &ifr) < 0) { perror("ioctl"); close(sock); return -1; } // addr.can_id = 0x55; addr.can_family = AF_CAN; addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex; if (bind(sock, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) < 0) { perror("bind"); close(sock); return -1; } else{ cout<<"init "<< ifname <<" OK " <<endl; } return sock;}intClass_CAN::can_set_filter(uint32_t can_id, uint32_t can_mask){ struct can_filter filter; filter.can_id = can_id; filter.can_mask = can_mask; if (setsockopt(sock, SOL_CAN_RAW, CAN_RAW_FILTER, &filter, sizeof(filter)) < 0) { perror("setsockopt filter"); return -1; } return 1;}intClass_CAN::can_send(uint32_t id, constuint8_t* data, uint8_t len){ struct can_frame frame; frame.can_id = id; frame.can_dlc = len; std::memset(frame.data, 0, sizeof(frame.data)); std::memcpy(frame.data, data, len); ssize_t nbytes = write(sock, &frame, sizeof(frame)); if (nbytes != sizeof(frame)) { perror("write"); return -1; } else { cout<<"send num:"<< len <<": "<<endl; for (int i = 0; i < frame.can_dlc; ++i) { printf("%02X ", frame.data[i]); } printf("\n"); } return nbytes;}voidClass_CAN::stopcan(){ close (sock);}
然后新建一个文件夹 cpp_canread,拷贝文件
然后使用QT creator 打开这个项目，修改代码：
cmakelists中的项目名改一下，都得改！改成 cpp_canread
保存修改，工程名自己就变了。
整理代码：
class_can.h
#ifndef CLASS_CAN_H#define CLASS_CAN_H#include<string>#include<cstring>#include<unistd.h>#include<sys/socket.h>#include<net/if.h>#include<sys/ioctl.h>#include<linux/can.h>#include<linux/can/raw.h>using namespace std;class Class_CAN{public: Class_CAN(); /* * 初始化CAN socket * @param ifname 设备名，如 "can0" * @return socket文件描述符，失败返回-1 */ intcan_init(const std::string& ifname); /* * 设置CAN接收过滤器（只接收指定ID的帧） * @param sock socket文件描述符 * @param can_id 要接收的CAN ID * @param can_mask ID掩码（0x7FF表示标准帧，0x1FFFFFFF表示扩展帧） * @return 成功返回0，失败返回-1 */ intcan_set_filter(uint32_t can_id, uint32_t can_mask); /* * 发送CAN帧 * @param sock socket文件描述符 * @param id CAN ID * @param data 数据指针 * @param len 数据长度（最大8字节） * @return 成功返回发送字节数，失败返回-1 */ intcan_send(uint32_t id, constuint8_t* data, uint8_t len); voidstopcan(); voidcan_read();};#endif// CLASS_CAN_H
class_can.cpp
#include"class_can.h"#include<iostream>#include<sys/epoll.h>#include<fcntl.h>using namespace std;static int sock = -1;static int running = 1;Class_CAN::Class_CAN() {}intClass_CAN::can_init(const std::string& ifname){ // 1. 创建原始CAN socket sock = socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW); if (sock < 0) { perror("socket"); return -1; } // 2. 绑定到指定CAN设备 struct sockaddr_can addr; struct ifreq ifr; strncpy(ifr.ifr_name, ifname.c_str(),ifname.length ()); if (ioctl(sock, SIOCGIFINDEX, &ifr) < 0) { perror("ioctl"); close(sock); return -1; } // addr.can_id = 0x55; addr.can_family = AF_CAN; addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex; if (bind(sock, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) < 0) { perror("bind"); close(sock); return -1; } else{ cout<<"init "<< ifname <<" OK " <<endl; } // 4. 设置为非阻塞（epoll 需要） int flags = fcntl(sock, F_GETFL, 0); if (flags < 0) { perror("fcntl F_GETFL"); close(sock); return -1; } if (fcntl(sock, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK) < 0) { perror("fcntl F_SETFL"); close(sock); return -1; } return sock;}intClass_CAN::can_set_filter(uint32_t can_id, uint32_t can_mask){ struct can_filter filter; filter.can_id = can_id; filter.can_mask = can_mask; if (setsockopt(sock, SOL_CAN_RAW, CAN_RAW_FILTER, &filter, sizeof(filter)) < 0) { perror("setsockopt filter"); return -1; } return 1;}intClass_CAN::can_send(uint32_t id, constuint8_t* data, uint8_t len){ struct can_frame frame; frame.can_id = id; frame.can_dlc = len; std::memset(frame.data, 0, sizeof(frame.data)); std::memcpy(frame.data, data, len); ssize_t nbytes = write(sock, &frame, sizeof(frame)); if (nbytes != sizeof(frame)) { perror("write"); return -1; } else { cout<<"send num:"<< nbytes <<": "<<data <<endl; } return nbytes;}voidClass_CAN::stopcan(){ running = -1;}voidClass_CAN::can_read(){ // 创建 epoll 实例并添加 socket int epfd = epoll_create1(0); if (epfd < 0) { perror("epoll_create1"); close(sock); return ; } struct epoll_event ev; ev.events = EPOLLIN; // 监听可读事件 ev.data.fd = sock; if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, sock, &ev) < 0) { perror("epoll_ctl"); close(epfd); close(sock); return; } struct epoll_event events[1]; // 只关注一个 fd int timeout_ms = 5; while (running > 0) { int nfds = epoll_wait(epfd, events, 1, timeout_ms); if(nfds < 0) break; else if(nfds == 0) continue; else{ if (events[0].events & EPOLLIN) { struct can_frame frame; ssize_t nbytes = read(sock, &frame, sizeof(frame)); if (nbytes == sizeof(frame)) { std::cout << "Received: ID=0x" << std::hex << frame.can_id << std::dec << ", len=" << (int)frame.can_dlc << ", data="; for (int i = 0; i < frame.can_dlc; ++i) { printf("%02X ", frame.data[i]); } printf("\n"); } else if (nbytes < 0) { perror("read"); } else { std::cerr << "Incomplete frame" << std::endl; } } } } close(epfd); close(sock);}
上传程序到开发板，运行效果：
10个月宝宝每天需要喝多少奶粉？
