Can-Gateway

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Can-Gateway

Release status: stable [box doku]

CAN-GW-Roulette.jpg
Description CAN <-> RS232 Gateway
Author(s)  Tixiv
Platform  AVR (ATMega8)
License  Source: GPL
Download  c Code, trac




Wir haben in ein 19' Rack Gehäuse, das mal aus dem Schrott gezogen wurde, ein CAN-RS232-Gateway eingebaut. Empfangene CAN Pakete werden dabei über RS232 getunnelt, so das eine Software auf einem Client PC diese wieder entkapseln kann. In den Gehäuse gibt es ein Netzteil für die 13V Bus Spannung (Es wurde von 24V umgebaut), und eine Menge Leuchtdioden, um diverse Betriebszustände signalisieren zu können. Außerdem ist eine Hauptplatine vorhanden, auf der ein Atmega8 werkelt. Auf dieser Platine befinden sich auch die Bausteine für den CAN Bus, und ein Max232 für die serielle Seite. Weiterhin gibt es Schieberegister und 16 Treiberstufen für die LEDs im Rest des Rack Gehäuses (Die waren schon so...).

RS232-CAN-Gateway Protokoll

Das CAN-Gateway verwendet ein einfaches Protokoll, welches Steuerkommandos und CAN-Frames übertragen kann.

RS232-CAN-Gateway Paket
 +-------------+-------------+-------------------+----------------+
 | uint8_t cmd | uint8_t len | uint8_t[] payload | uint16_t crc16 |
 +-------------+-------------+-------------------+----------------+
Feld Bedeutung Datentyp Länge (Bytes)
cmd Kommando unsigned byte 1
len Payload-Länge unsigned byte 1
payload Daten unsigned byte array 0-20
crc16 CRC16 Checksumme unsigned word, MSB first 2
  • Maximale Gesamtlänge: 24 Bytes
  • Minimale Gesamtlänge: 4 Bytes

Kommunikation (Ablauf)

Zunächst muss zur korrekten Datenübertragung sichergestellt sein, dass Sender und Empfänger synchronisiert sind und sich im selben Zustand befinden. Wenn der Zustand des Empfängers unbekannt ist, muss ein Sender nach dem Einschalten eine Synchronisationssequenz senden. Diese Sequenz besteht aus einer Folge von Nullen die der maximalen Paketlänge entspricht (24 Bytes). Die State-Machine des Empfängers muss garantieren, dass eine Eingabe von 24 Nullbytes in Folge diese in ihren Ausgangszustand versetzt. Die Synchronisation kann auch durchgeführt werden, wenn der Byte-Offset von Sender und Empfänger im laufenden Betrieb nicht mehr synchron ist. Dies tritt z.B. auf, wenn Bytes auf der seriellen Leitung verloren oder Kaputt gehen. Insbesondere eine Fehlinterpretation des Längenbytes macht eine Resynchronisation nötig.

Befinden sich Sender und Empfänger im Ausgangszustand, kann eine Paketübertragung initiiert werden in dem ein Kommandobyte mit einem Wert größer 0 übertragen wird. Die Null ist somit ein reservierter Wert und darf nicht für Kommandos verwendet werden. Das nächste Byte gibt die Länge des Payload an. Ist das Längenbyte 0, wird kein Payload übertragen. Jedes Paket endet mit einer 2-Byte langen CRC16-Checksumme über das gesamte Paket.

Beachte, dass CAN-GW und Host gleichzeitig ein Sender und Empfänger sind. Es existieren also zwei unidirektionale Kommunikationskanäle, die auch unabhängig voneinander (De-)Synchronisiert sein können.

Achtung: Aktuell wird nur in Richtung cand eine Checksumme gesendet, und die auch nur über das Payload. This is subject to change after the Labortage2k11. -- Hansinator 05:04, 19. Okt. 2011 (CEST)

Kommandos

Das Kommando 0x11 kündigt einen CAN-Frame an.

Kommando Beschreibung Byte-Wert (hex) Richtung Payload
sync Synchronisationssequenz 0x00 beide -
setfilter (nicht implementiert) 0x10 GW -
packet Raw CAN-Frame im Payload 0x11 beide CAN-Frame
setmode Set CAN Bus Mode (Normal, Debug)
(nicht implementiert)
0x12 GW ?
error CAN-GW Errormeldung 0x13 Host -
notify reset CAN-GW hat gestartet 0x14 Host -
ping gateway CAN-GW Pinganforderung oder Antwort 0x15 GW -

Hinweis: Ein Ping darf zwar nur in Richtung Gateway gesendet werden, jedoch muss das Gateway auch mit einem Ping in Richtung Host antworten.

CRC16-Algorithmus

Zur Berechnung der Checksumme wird die CRC16 Routine der AVR-Libc verwendet. Das C-Äquivalent dieser Funktion ist wie folgt:

uint16_t crc16_update(uint16_t crc, uint8_t a)
{
    int i;

    crc ^= a;
    for (i = 0; i < 8; ++i)
    {
        if (crc & 1)
            crc = (crc >> 1) ^ 0xA001;
        else
            crc = (crc >> 1);
    }

    return crc;
}

Beispielcode

Folgende C-Struktur beschreibt ein RS232-CAN-Gateway Paket ohne Checksumme.

#define RS232CAN_MAXLENGTH 20
typedef struct {
	unsigned char cmd;
	unsigned char len;
	char data[RS232CAN_MAXLENGTH];
} rs232can_msg;


Folgender C-Code implementiert eine Reentrante Beispiel State-Machine zum Empfang von Paketen für dieses Protokoll:

typedef enum {STATE_START, STATE_LEN, STATE_PAYLOAD, STATE_CRC} canu_rcvstate_t;

rs232can_msg	 canu_rcvpkt;
canu_rcvstate_t  canu_rcvstate = STATE_START;
unsigned char 	 canu_rcvlen   = 0;
unsigned int	 crc;

//returns Message or 0 if there is no complete message.
rs232can_msg * canu_get_nb()
{
	static char *uartpkt_data;
	unsigned char c;

        //try to get the next char non-blocking from uart
	while (uart_getc_nb(&c))
	{
		switch (canu_rcvstate)
		{
		case STATE_START:
			if (c)
			{
				canu_rcvstate = STATE_LEN;
				canu_rcvpkt.cmd = c;
			}
			break;
		case STATE_LEN:
			canu_rcvlen       = (unsigned char)c;
			if(canu_rcvlen > RS232CAN_MAXLENGTH)
			{
				canu_rcvstate = STATE_START;
				break;
			}
			canu_rcvstate     = STATE_PAYLOAD;
			canu_rcvpkt.len   = (unsigned char)c;
			uartpkt_data      = &canu_rcvpkt.data[0];
			break;
		case STATE_PAYLOAD:
			if(canu_rcvlen--)
				*(uartpkt_data++) = c;
			else
			{
				canu_rcvstate = STATE_CRC;
				crc = c;
			}
			break;
		case STATE_CRC:
			canu_rcvstate = STATE_START;
			crc <<= 8;
			crc |= c;
			if(crc == crc16(&canu_rcvpkt.cmd, canu_rcvpkt.len + 2))
				return &canu_rcvpkt;
			break;
		}
	}

	return NULL;
}

Aktuelle Parameter

  • Atmega8
  • 18.432000 MHz
  • 115200 Baud Symbolrate auf der EIA-232 Schnittstelle
  • 100 kBit CAN Bus
  • 13V Busspannung
  • Strommessung vorhanden aber nicht implementiert
  • /dev/ttyS0 am Server
  • Debug LEDs