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Raspberry Pi 에서 CAN 통신 사용하기 (MCP2515)

의식의 흐름따라 삽질한 순서 기억 나는대로…

1. 목표

Zynq-7000 SoC 사용 장비에서 CAN BUS 를 통해 다른 장비와 통신 가능한 환경 구성

2. 환경

• Processor : Xilinx Zynq xc7z010 SoC
• BSP : PetaLinux v2016.2
  • https://www.xilinx.com/support/documentation/sw_manuals/xilinx2016_2/ug1144-petalinux-tools-reference-guide.pdf
  • Kernel : Linux 4.4.0
  • RootFS : Debian 7 Jessie

3. 기본 정보

CAN 이란?

• https://www.ni.com/ko-kr/innovations/white-papers/06/controller-area-network–can–overview.html
• https://ko.wikipedia.org/wiki/CAN_버스
• https://www.fescaro.com/ko/archives/249
• 1 pair 케이블 사용(CAN_H / CAN_L), 차동신호 (differential Signal)
• BUS 시작과 끝 장치에 종단 저항(120 옴) 부착 필요
• 식별을 위한 ID 가 포함된 메세지를 전체 장치에 Broadcasting
  • ID : 식별 및 우선순위 (클수록 높음)
    11 bit (0x0-0x7FF) 또는
    29 bit (0x0-0x1FFFFFFFFFF)
  • Data Length Code (DLC) : 4 bit
  • Data : 최대 8 Byte
• CAN Controller 와 CAN Transceiver (Phy) 필요
  • MCP2515 많이 사용함 (Linux Kernel 에 Driver 포함)

Linux 에서 CAN

• Character Device Driver : 비 표준
• SocketCAN : CAN Protocol 을 Network Interface 로 구현
  • 기존 네트워크 프로그래밍과 비슷하게 사용
    • https://landlock.io/linux-doc/landlock-v8/networking/can.html
    • https://blog.naver.com/sonyi/221084250471 – 예제 코드(수신)
    • https://en.wikipedia.org/wiki/SocketCAN – 예제 코드(송신)
  • ifconfig / ip 명령으로 Controller 관리

$ ## CAN Interface 인식 확인
$ ls -al /sys/class/net
$ ifconfig can0

$ ## bitrate 설정 및 활성화 : can0, 250000 bps
$ ip link set can0 up type can bitrate 250000
$ ## or
$  ip link set can0 type can bitrate 250000
$ ifconfig can0 up

• can-utils Package 를 통해 송수신 테스트 가능
• https://www.fescaro.com/ko/archives/642
• 수신
  • http://manpages.ubuntu.com/manpages/bionic/man1/candump.1.html

## 모든 Interface 의 모든 데이터 출력

$ candump any,0:0,#FFFFFFFF

## can0 / can1 로 수신된 모든 데이터 출력
$ candump can0,0:0,#FFFFFFFF
$ candump can1,0:0,#FFFFFFFF

모든 Interface 의 모든 데이터 출력

$ candump any,0:0,#FFFFFFFF

can0 / can1 로 수신된 모든 데이터 출력
$ candump can0,0:0,#FFFFFFFF
$ candump can1,0:0,#FFFFFFFF

• 송신 ( 16진수, 8 Byte 까지)
  • http://manpages.ubuntu.com/manpages/bionic/en/man1/cansend.1.html

## ID : 545, Message : 02 00 00 00 00 00 00 00
$ cansend can0 545#0200000000000000

## ID : 001, Message : AaBbCcDd (Ascii)
$ cansend can0 001#4161426243634464

• Loopback
• https://stackoverrun.com/ko/q/11012385

$ ifconfig can0 down
$ ip link set can0 type can loopback on
$ inconfig can0 up
$ candump can0 | grep C0FFEE
$ cansend can0 00C0FFEE#00112233445566

Zynq 에서 CAN

1) Zynq 내장 CAN Controller

https://www.xilinx.com/support/documentation/user_guides/ug585-Zynq-7000-TRM.pdf

$ cat ./PetaLinuxProject/subsystems/linux/configs/device-tree/zynq-7000.dtsi
can0: can@e0008000 {
	compatible = "xlnx,zynq-can-1.0";
	status = "disabled";
	clocks = <&clkc 19>, <&clkc 36>;
	clock-names = "can_clk", "pclk";
	reg = <0xe0008000 0x1000>;
	interrupts = <0 28 4>;
	interrupt-parent = <&intc>;
	tx-fifo-depth = <0x40>;
	rx-fifo-depth = <0x40>;
};

can1: can@e0009000 {
	compatible = "xlnx,zynq-can-1.0";
	status = "disabled";
	clocks = <&clkc 20>, <&clkc 37>;
	clock-names = "can_clk", "pclk";
	reg = <0xe0009000 0x1000>;
	interrupts = <0 51 4>;
	interrupt-parent = <&intc>;
	tx-fifo-depth = <0x40>;
	rx-fifo-depth = <0x40>;
};

$ cat ./PetaLinuxProject/subsystems/linux/configs/device-tree/pcw.dtsi
can0 {
	status = "okay";
};
can1 {
	status = "okay";
};

But, CAN Interface 가 정상적으로 활성화 되지 않음!!!

$ ip link set can0 up type can bitrate 250000
xilinx_can e0008000.can can0: bitrate error 0.0%
A link change request failed with some changes committed already. Interface can0 may have been left with an inconsistent configuration, please check.
RTNETLINK answers: No such device

2) 외부 CAN Controller (MCP2515)

http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/MCP2515-Stand-Alone-CAN-Controller-with-SPI-20001801J.pdf

$ cat ./PetaLinuxProject/subsystems/linux/configs/device-tree/system-top.dts
spi0 {
/*
	SPI Clock : 10 MHz
	SPI modes : 0,0 and 1,1
	Operates from 2.7V-5.5V
*/

	clocks{
		clk8m: can_oscillator {
			#clock-cells = <0>;
			compatible = "fixed-clock";
			clock-frequency = <8000000>;	//8MHz
		};
	};

	can2: can@0 {
		compatible = "microchip,mcp2515";
		reg = <0>;	//Chip select 0
		clocks = <clk8m>;
		interrupt-parent = <gpio0>;
		interrupts = &lt;70 0x2&gt;;			// EMIO:16, Bare:70, Linux:976 : IRQ_TYPE_EDGE_FALLING
		spi-max-frequency = <10000000>;	// 10MHz
		status = "okay";
	};

	can3: can@1 {
		compatible = "microchip,mcp2515";
		reg = <1>;	//Chip select 1
		clocks = <amp;clk8m>;
		interrupt-parent = <gpio0>;
		interrupts = <71 0x2>;			// EMIO:17, Bare:71, Linux:977 : IRQ_TYPE_EDGE_FALLING
		spi-max-frequency = <10000000>;	// 10MHz
		status = "okay";
	};
};

4. 정리 및 테스트

1. Zynq 내장 CAN Controller 는 알수없는 이유로 Interface 가 활성화 되지 않는다.
2. MCP2515 의 Interrupt Pin 을 Zynq 의 Interrupt-Controller (IRQ_F2P) 에 연결시,
   Zynq SPI (Shared Peripheral Interrupts) 의 Edge Type 설정 제약으로 사용 불가
   MCP2515 는 Falling Edge 만 지원
3. Interrupt Pin 을 Zynq 의 EMIO(GPIO) 로 연결 후 에러없이 CAN Interface 가 활성화 됨
   $ ip link set can0 up type can bitrate 250000
4. 테스트용 ZIG 와는 통신이 되지 않음
   메세지를 한번 보냈으나 SPI 신호는 꽤 오랜시간동안 반복(Retry) 후 멈춘다.
   추가로 메세지를 보낼 경우 송신 버퍼 에러가 발생 한다.
   임시로 송신 버퍼 크기 늘리면 에러는 사라진지만,
   송신이 안되고 있는 근본 문제는 여전 하다.
   $ sudo ifconfig can0 txqueuelen 1000
5. Raspberry Pi 에 MCP2515 Module 을 적용한 장치와는 통신이 잘 된다.
6. 테스트용 JIG 에 종단저항 (120 옴) 추가 후 통신이 잘 된다.
7. 회선이 불안정 하여 Retry 하다 멈춘 경우,
   CAN Interface 를 재설정 (down / up) 해주어야 복구가 된다.