使用 C++ 中的套接字进行快速 CAN 通信

Question

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

我在使用这种方法时遇到了速度方面的大问题，因为写入请求有时可能需要 500 毫秒才能完成（这对于我的应用程序来说是完全不可行的）。我尝试对读取命令设置超时，以使其在总线上没有任何内容时不会阻塞，但如果超时太短，则会出现读取的可靠性问题。另一方面，如果我让它太长，速度提升就不够了。

这是我第一次使用CAN。您对用 C/C++ 实现快速双向 CAN 通信节点有何建议？我应该使用哪个库来与总线本身连接？哪种架构会产生最低的读写延迟？

为了给出应用程序的一些指标，总线比特率为 1MBits/sec，我使用 CAN-Open 和 64 位数据包（每个消息包含 32 位索引和 32 位数据）。我想要 300 到 500hz 的写入频率，读取频率相同。

非常感谢您的帮助！

编辑：

非常感谢您的所有评论。以下是我的申请和问题的一些澄清。

我正在开发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。该代码将在运行 Raspbian OS 的 Raspberry Pi CM4 上运行，该操作系统安装在集成 MCP2515 CAN 控制器的定制 IO 板上。我想实现ROS架构和CAN总线之间的快速通信接口。使用的语言可以是 C 或 C++。

我目前正在使用围绕标准 C 套接字构建的自制接口，但速度非常低，并且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
• 实现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。读取和写入分别在不同线程的 while 循环中调用（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晰、更有针对性。

Answer 1

感谢对该问题的所有评论，我能够解决速度问题。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，可以减少以分布式方式与总线的通信，从而大大提高速度。

Answer 2

你能分享你的工作代码吗？