在 C++ 中使用套接字进行快速 CAN 通信

Question

我正在尝试使用 C/C++ 与 CAN 总线通信。我正在使用套接字在总线上读写。我创建了一个写线程和一个读线程。读取线程不断尝试读取套接字，当写入请求到达时，写入线程使用互斥锁控制套接字并执行写入。

我在使用这种方法时遇到速度问题，因为写请求有时需要 500 毫秒才能完成（这对我的应用程序来说是完全不可行的）。我试图在读取命令上设置超时，以使其在总线上没有任何内容时不阻塞，但如果超时时间太短，读取就会出现可靠性问题。另一方面，如果我做的太长，提速就不够了。

这是我第一次使用CAN。您对在 C/C++ 中实现快速双向 CAN 通信节点有什么建议吗？我应该使用哪个库来连接总线本身？哪种架构会产生最低的读写延迟？

为应用程序提供一些指标，总线比特率为 1MBits/sec，我使用 CAN-Open 和 64 位数据包（每条消息包含 32 位索引和 32 位数据）。我想要一个从 300 到 500hz 的写入频率，读取频率也是如此。

非常感谢您的帮助！

编辑：

非常感谢您的所有评论。下面就我的申请和问题做一些说明。

我正在做一个移动机器人项目，我正在使用 CAN-Open 与电机驱动器和传感器进行通信。该代码将运行在 Raspberry Pi CM4 运行ning Raspbian OS 上安装在集成了 MCP2515 CAN 控制器的自定义 IO 板上。我想在 ROS 架构和 CAN 总线之间实现快速通信接口。使用的语言可以是 C 或 C++。

我目前使用的是基于标准C 套接字的自制接口，但速度很慢，是机器人性能的一大瓶颈。所以我正在寻找更好的解决方案：

为此目的构建的开源库
实施此类程序的架构建议
两者的结合

这是我使用的套接字创建、读取和写入函数。在不同线程的 while 循环中分别调用读取和写入（我正在使用 pthread）：

bool connectCanBus(int* socketIDOut, std::string canInterfaceName){
  // Socket and can variables
  struct sockaddr_can addr;
  struct ifreq ifr;

  // Openning the socket to send commands over the can bus
  if ((*socketIDOut = socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW)) < 0) {
    perror("[Can Controler] Unable to create socket.");
    return false;
  }

  strcpy(ifr.ifr_name, canInterfaceName.c_str());
  ioctl(*socketIDOut, SIOCGIFINDEX, &ifr);
  memset(&addr, 0, sizeof(addr));
  addr.can_family = AF_CAN;
  addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex;

  // Setting option to gte errors as frames
  can_err_mask_t err_mask = 0xFFFFFFFF;
  setsockopt(*socketIDOut, SOL_CAN_RAW, CAN_RAW_ERR_FILTER, &err_mask, sizeof(err_mask));

  struct timeval tv;
  tv.tv_sec = 0;
  tv.tv_usec = 10000;
  setsockopt(*socketIDOut, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, (const char*)&tv, sizeof tv);

  // Binding Socket
  if (bind(*socketIDOut, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) < 0)       
{
    perror("[Can Controler] Unable to bind socket.");
    close(*socketIDOut);
    return false;
  }

  ROS_INFO("CAN bus connected.");
  return true;
}

int sendCommand(const char* id, const char* message, int socket, std::mutex& mutex)
{
  struct canfd_frame frame;
  int err = parseFrame(id, message, &frame);
  if(err == 0){
    ROS_ERROR_STREAM("[Can Utils] Unable to parse frame : " << id << ", " <<  message);
        return 0;
  }

    mutex.lock();
    int res = write(socket, &frame, sizeof(struct can_frame));
    mutex.unlock();
  if (res != sizeof(struct can_frame)) {
    perror("[Can Utils] CAN bus Write error");
    return 0;
  }
  return 1;
}

int readBus(CanFrame *outFrame, int socketID, std::mutex& mutex)
{
    struct can_frame frame;

    // Reading on bus
    mutex.lock();
    int nbytes = read(socketID, &frame, sizeof(struct can_frame));
    mutex.unlock();
    if (nbytes < 0) {
        perror("[Can Utils] CAN bus Read error");
        return 0;
    }

  // Converting frame to strings
  sprint_canframe(outFrame, &frame);
  return nbytes;
}

我希望这能让问题更清楚、更有针对性。

Answer 1

感谢所有对问题的评论，我才得以解决速度问题。我不知道 SocketCan 支持同一总线上的多个套接字。能够为每个进程创建用于读写的套接字，以分布式方式减少与总线的通信，从而大大提高速度。

在 C++ 中使用套接字进行快速 CAN 通信

Fast CAN communication using sockets in C++

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