【瑞芯微平台实时Linux方案系列】第十三篇 - 瑞芯微平台CAN总线实时通信方案-开发者社区

一、简介：为什么要在瑞芯微上“硬实时”驱动 CAN？

国产芯趋势：瑞芯微 RK3568/RK3588 四核 A55+A76，自带 PCIe 2.1、USB3.0，价格≅同行 1/2，已被大量工业网关、机械臂控制器采用。
实时痛点：原生 Linux CAN 驱动默认threaded interrupt+ksoftirqd调度，中断延迟 80-120 μs，无法满足 ≤50 μs 轮询周期。
本文目标：基于 PREEMPT_RT 5.15 + 瑞芯微 BSP，把 CAN 中断响应降到 ≤30 μs，增加“总线故障快照”与“自动重同步”机制，一套方案同时搞定实时性+可靠性。

二、核心概念：5 个关键词先搞懂

关键词	一句话	瑞芯微对应
CAN Controller	实现 CAN 2.0B/CAN-FD 协议逻辑	RK3568 内置 2×M_CAN IP
Message RAM	M_CAN 内部 FIFO，减少 DMA 搬运	每条 CAN 64 kB
Interrupt Latency	中断触发→ISR 第一条指令时间	目标 ≤30 μs
SocketCAN	Linux 标准 CAN 框架，用户空间`socket(AF_CAN,...)`	统一接口
Fault Confinement	错误计数器 >96 警告，>255 总线关闭	驱动自动快照

三、环境准备：10 分钟搭好开发机

1. 硬件

RK3568 工业核心板（友善、-firefly、自画均可）
2×CAN-FD 收发器 TJA1057（支持 5 Mbps）
USB-CAN 卡（PC 端做对比测试）

2. 软件

组件	版本	获取
瑞芯微官方 SDK	v1.2.1	GitHub 开源
实时内核	linux-5.15-rt47	见下文一键脚本
交叉工具链	gcc-linaro-11.3	官方预编译
测试工具	can-utils 2021.12.0	`apt install can-utils`

3. 一键打 RT 补丁（可复制）

#!/bin/bash # rt_patch.sh VER=5.15 RT_PATCH=patch-5.15-rt47.patch.xz wget https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/projects/rt/${VER}/${RT_PATCH} tar -xf linux-${VER}.tar.xz cd linux-${VER} xzcat ../${RT_PATCH} | patch -p1 make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- rockchip_linux_defconfig ./scripts/config -e CONFIG_PREEMPT_RT make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- -j$(nproc) Image dtbs

四、应用场景：边缘视觉+运动控制一体机

背景：3C 装配线要在 500 mm/s 速度下对手机中框拍照+打螺丝，拍摄窗口仅 10 mm → 允许延迟 ≤20 ms。
系统拓扑：

RK3568 ├─ PCIe ×1 ← 2 MP 工业相机 (MJPEG 1 Gbps) ├─ CAN0 ← 伺服驱动器 (周期 1 ms，同步 6 轴) ├─ CAN1 ← 传感器握手机制 └─ GPIO ← 触发拍照

实时需求：

CAN 周期帧抖动 ≤50 μs
相机触发→GPIO 输出 ≤100 μs
总线错误恢复 ≤100 ms

本文聚焦CAN 硬实时 + 故障自恢复，视觉触发部分后续篇章展开。

五、实际案例与步骤：从设备树到用户空间

5.1 硬件连接 & 管脚复用

RK3568 CAN0 引脚：

TX: GPIO3_B5
RX: GPIO3_B6

设备树片段（rk3568.dtsi已含 M_CAN，只需使能）：

&can0 { status = "okay"; pinctrl-names = "default"; pinctrl-0 = <&can0m0_pins>; assigned-clocks = <&cru CLK_CAN0>; assigned-clock-rates = <200000000>; /* 200 MHz */ /* * Message RAM 偏移，避免与 GPU 冲突 * 偏移 0x100000，长度 64 KB */ m_can,msg-ram = <0x100000 0x10000>; /* 中断 affinity → CPU0 (RT 核) */ interrupt-affinity = <&cpu0>; };

5.2 驱动修改：中断线程化→hardirq

默认驱动drivers/net/can/m_can/m_can.c使用threaded_irq，延迟大。
改动点（diff 节选）：

// 原: devm_request_threaded_irq() // 新: devm_request_irq(..., IRQF_NO_THREAD, ...)

在 probe 里设置IRQF_NO_THREAD标志，让 M_CAN 中断直接进入 hardirq，RT 内核下可绑定到隔离核。

5.3 中断 affinity & CPU 隔离

启动参数：

isolcpus=1 nohz_full=1 rcu_nocbs=1 quiet splash

把 CAN0 中断绑到 CPU0（非隔离核，保证 hardirq）：

echo 1 > /proc/irq/32/smp_affinity_list # 32 为 CAN0 中断号

5.4 波特率 & CAN-FD 数据段配置

# 设置 1 Mbps / 5 Mbps FD sudo ip link set can0 type can bitrate 1000000 dbitrate 5000000 fd on sudo ip link set up can0

5.5 实时发送测试（C 代码）

/* rt_send.c */ #include <linux/can.h> #include <linux/can/raw.h> #include <net/if.h> #include <sys/socket.h> #include <unistd.h> #include <time.h> int main() { int s = socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW); struct sockaddr_can addr = { .can_family = AF_CAN }; struct ifreq ifr = { .ifr_name = "can0" }; ioctl(s, SIOCGIFINDEX, &ifr); addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex; bind(s, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)); struct canfd_frame frame = { .can_id = 0x123, .len = 64, .flags = CANFD_FDF, }; /* 填充 64 byte 数据 */ for (int i = 0; i < 64; i++) frame.data[i] = i; /* 周期 1 ms，硬实时循环 */ struct timespec ts = {0, 1000*1000}; /* 1 ms */ while (1) { clock_nanosleep(CLOCK_MONOTONIC, 0, &ts, NULL); send(s, &frame, sizeof(frame), MSG_DONTWAIT); } return 0; }

编译：

aarch64-linux-gnu-gcc rt_send.c -o rt_send -pthread -O2

运行后，PC 端 USB-CAN 卡可测得周期抖动≤30 μs（示波器抓帧起始）。

5.6 故障诊断与自恢复

总线错误中断：

ERR Passive → 错误计数器 > 96 Bus Off → 错误计数器 > 255

驱动层处理

if (irq_status & M_CAN_IR_BO) { /* Bus Off */ stats->bus_off++; can_bus_off(ndev); /* 通知 SocketCAN 框架 */ schedule_work(&priv->bus_off_work); /* 延后复位，避免 ISR 阻塞 */ }

工作函数：

static void bus_off_work(struct work_struct *work) { struct m_can *priv = container_of(work, struct m_can, bus_off_work); msleep(100); /* 等待总线安静 */ m_can_reset(priv); /* 软件复位 M_CAN */ m_can_start(priv); netif_wake_queue(priv->ndev); }

用户空间感知：

ip -details link show can0 # 状态切换: UP → BUS-OFF → UP

恢复时间≈110 ms，满足产线“暂停-重启”窗口。

六、常见问题与解答（FAQ）

问题	现象	解决
设置 5 Mbps FD 失败	`Bitrate not supported`	确认收发器 TJA1057 支持 5 Mbps，dts 里 dbitrate 与采样点正确
中断延迟 > 80 μs	未关 threaded_irq	驱动里改用`devm_request_irq`+`IRQF_NO_THREAD`
can0 up 后无数据	终端电阻 120 Ω 未接	CAN_H-CAN_L 间量电阻，缺则并 120 Ω
大量丢帧	dmesg 报`Rx FIFO overrun`	增大 Message RAM 长度，或提高工作队列优先级
热插拔节点后错误帧暴增	线缆反射	使用双绞屏蔽线，屏蔽层单端接地

七、实践建议与最佳实践

中断隔离
相机 DMA、网络 NIC 中断绑到非 RT 核，避免抢占 CAN hardirq。
提前计算采样点
推荐数据段采样点 75%，可用cancalc工具一键生成 dts 时序值。
日志分级
生产环境关闭can.debug，打开can.err级别，减少上下文切换。
双 CAN 冗余
高安全场景使能can0+can1bond（SocketCAN redundancy 模块），单总线 Bus-Off 自动切换。
产线老化测试
48 h 连续 FD 帧 5 Mbps 打流，错误帧 <0.001% 视为通过。
文档化
把中断号、CPU 亲和、dbc 文件、终端电阻图纳入 Git，新人 10 分钟上手。

八、总结：一张脑图带走全部要点

瑞芯微 CAN 实时通信 ├─ 硬件：RK3568 M_CAN + TJA1057 ├─ 内核：PREEMPT_RT + hardirq + CPU 亲和 ├─ 配置：dts msg-ram + ip link fd on ├─ 测试：rt_send + cyclictest 抖动≤30 μs ├─ 容错：Bus-Off 自恢复≤110 ms └─ 文档：Git 管理 dbc + 电阻图 + 测试报告

实时性 + 国产化 + 工业级容错，一套方案同时搞定。
立刻拉出你的 RK3568 板子，复制本文设备树片段，重新编译烧录，用示波器抓一帧 CAN-FD 信号——你会亲眼看到：
国产芯 + 实时 Linux，一样能把时序做到微秒级！祝你调试顺利，产线永不掉帧。