Howto

CAN 通信する方法(Armadillo-IoTゲートウェイ G4/X2)

2022年8月24日
2023年2月21日
対象製品
Armadillo-IoT G4
Armadillo-X2
カテゴリ
CAN

Howtoは、Armadilloシリーズを有効に活用するための参考資料です。使用ソフトウェアのバージョンなど諸条件の差異によって、記載内容と実際の動作が異なる場合があります。また、すべての機能検証や長期の動作試験を行ったものではありませんので、必ずご使用目的に適合した検証・試験を行ってください。

Armadillo-IoTゲートウェイ G4とArmadillo-X2はCANコントローラを内蔵しており、CANトランシーバを追加することで、CAN通信することができます。

本Howtoでは、Armadillo-IoTゲートウェイ G4においてCAN通信する方法を紹介します。

Armadillo-IoT ゲートウェイ G4をベースにした内容になっていますが、Armadillo-X2でも動作確認しています。 Armadillo-X2はArmadillo-IoTゲートウェイ G4の機能を一部減らして小型にした製品で、基本的には同じソフトウェアで動作します。 また、拡張インターフェース(CON11)の仕様も同じですので、CON11用に作った拡張ボードは両方の製品で動作します。

必要なもの

本Howtoでは以下のものが必要となります。

機材 説明
Armadillo-IoTゲートウェイ G4一式 Armadillo-IoTゲートウェイ G4本体、ACアダプタ、USBケーブル、LANケーブルが必要です。
CANボード 本Howtoに掲載している回路図を参考に作成する必要があります。
作業用PC VMwareが動作可能なスペックのPCが必要です。
ネットワーク環境 Armadillo-IoTゲートウェイ G4と作業用PCはネットワーク通信ができるようにしてください。
CAN対向機 本HowtoではArmadillo-IoTゲートウェイ G4 にCANボードを接続したものを、もう一式用意して対向機としました。
CAN通信ケーブル 本HowtoではD-Sub9ピンコネクタ(オスーオス、ストレート結線)を用意しました。

使用するCANトランシーバ

CANトランシーバは以下を使用します。

NCV7357/ON Semiconductor

デバイスの詳しい情報については、メーカーのホームページを参照してください。

CANトランシーバの採用ポイント

下記観点で本HowtoではNCV7357を採用しました。

  • CAN FD 対応 (通信速度 : 最大5Mbps)
  • 2022年8月現在入手可能(EOLでない)

Armadillo-IoTゲートウェイ G4のCANモジュールはCAN FDおよびCAN2.0Bプロトコルに対応しているため、CAN FDまで対応可能なデバイスを採用しました。

NCV7357は、Armadillo-IoTゲートウェイ G4のIO電圧 1.8Vに対応しておらず、レベル変換が必要となります。Texas InstrumentsやMicrochip等にはVIO電圧が1.8Vに対応可能なデバイスもラインアップされており、入手できるのであれば、そちらのほうが使い勝手が良いかと思います。

ハードウェア

参考回路図

本Howtoで作成したCANボードの回路図は以下からダウンロードすることができます。

項目 ファイル
参考回路図 armadillo-iot-g4_can-demo_schematic.pdf

参考回路は動作を保証するものではありません。回路設計の際にはデバイスのデータシートやアプリケーションノートをご確認の上、十分な評価をお願いいたします。

ピンアサイン

CANボードはArmadillo-IoT ゲートウェイ G4のCON11に接続します。 Armadillo-IoT ゲートウェイG4のCON11にはCANが2ポートありますが、 今回はCAN2側を使用します。CAN1、CAN2のどちらを選択しても、特に仕様に違いはありません。

CON11ピン番号 i.MX8MP 信号名
25 FLEXCAN2_TX
27 FLEXCAN2_RX
30 VDD_1V8
31 VDD_5V
33 GND

ソフトウェア

使用ソフトウェア

本Howtoで使用したソフトウェアは次のとおりです。

項目 ファイル
開発環境 ATDE9 (v20220624)
Linuxカーネル linux-at-5.10.126-r0.tar
at-dtweb バージョン 2.6.2

Armadillo-X2は下記ソフトウェアで動作確認しています。

項目 ファイル
Linuxカーネル linux-at-x2-5.10.161-r0.tar
at-dtweb バージョン 2.8.0

Device Treeのカスタマイズ

Device TreeをDTS overlayでカスタマイズします。

作業用PC上でATDEを立ち上げ、Linuxカーネルのソースアーカイブを展開し、デフォルトカーネルコンフィギュレーションを適用します。

[ATDE ~]$ ls
linux-at-5.10.126-r0.tar
[ATDE ~]$ tar xf linux-at-5.10.126-r0.tar
[ATDE ~]$ tar xf linux-at-5.10.126-r0/linux-5.10-5.10.126-r0.tar.gz
[ATDE ~]$ cd linux-5.10-5.10.126-r0/
[ATDE ~/linux-5.10-5.10.126-r0]$ make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- x2_defconfig
  HOSTCC  scripts/basic/fixdep
  HOSTCC  scripts/kconfig/conf.o
  HOSTCC  scripts/kconfig/confdata.o
  HOSTCC  scripts/kconfig/expr.o
  LEX     scripts/kconfig/lexer.lex.c
  YACC    scripts/kconfig/parser.tab.[ch]
  HOSTCC  scripts/kconfig/lexer.lex.o
  HOSTCC  scripts/kconfig/parser.tab.o
  HOSTCC  scripts/kconfig/preprocess.o
  HOSTCC  scripts/kconfig/symbol.o
  HOSTCC  scripts/kconfig/util.o
  HOSTLD  scripts/kconfig/conf
#
# configuration written to .config
#
[ATDE ~/linux-5.10-5.10.126-r0]$ cd ../
[ATDE ~]$

at-dtwebを起動します。

[ATDE ~]$ at-dtweb

Armadillo-IoT_G4を選択して[OK]をクリックします。

Linuxカーネルディレクトリを選択して[OK]をクリックします。

CON11の25、27ピンをCAN2に設定して[Save]をクリックします。

at-dtwebを終了し、DTS overlay(dtbo)ファイルを確認します。

[ATDE ~]$ ls ~/mkswu/at-dtweb
armadillo_iotg_g4-at-dtweb.dtbo  update_overlays.sh
at-dtweb.desc                    update_preserve_files.sh

動作確認

動作確認環境

Armadillo-IoTゲートウェイ G4の動作確認環境は次のとおりです。

項目 ファイル
Armadillo Base OS Armadillo-Base OS(3.16.0-at.1)

Armadillo-X2は下記で動作確認しています。

項目 ファイル
Armadillo Base OS Armadillo-Base OS(v3.17.1-at.2)

Armadillo-IoT ゲートウェイG4は2台共、同じ動作環境、設定にします。

DTS overlayによるカスタマイズ

Device TreeをDTS overlays によるカスタマイズの手順で変更します。

/boot/overlays.txt ファイルに armadillo_iotg_g4-at-dtweb.dtbo を追加します。ファイルが存在しない場合は新規に作成します。

作業後、overlayの実行のため、再起動をしてください。

[armadillo ~/]# ls 
armadillo_iotg_g4-at-dtweb.dtbo
[armadillo ~/]# cp armadillo_iotg_g4-at-dtweb.dtbo /boot/
[armadillo ~/]# vi /boot/overlays.txt
fdt_overlays=armadillo_iotg_g4-at-dtweb.dtbo
[armadillo ~/]# persist_file -vp overlays.txt armadillo_iotg_g4-at-dtweb.dtbo
'/boot/overlays.txt' -> '/mnt/boot/overlays.txt'
'/boot/armadillo_iotg_g4-at-dtweb.dtbo' -> '/mnt/boot/armadillo_iotg_g4-at-dtweb.dtbo'
Added "/boot/armadillo_iotg_g4-at-dtweb.dtbo" to /etc/swupdate_preserve_files
[armadillo ~/]# reboot
: (省略)
Applying fdt overlay: armadillo_iotg_g4-at-dtweb.dtbo

コンテナの作成

Armadillo Base OSでは基本的にユーザーアプリケーションをpodmanコンテナ上で実行します。

コンテナ内で動作するアプリケーションから CAN 通信するためには、コンテナを作成する際に、コンテナを実行するネットワークとしてhost、権限としてNET_ADMINを指定します。

alpineイメージからcan_exampleという名前でコンテナを作成し、起動します。 (インターネットに繋がっている必要があります。)

[armadillo ~]# podman run -it --name=can_example --net=host --cap-add=NET_ADMIN docker.io/alpine /bin/sh

CAN通信準備

CAN通信設定のためにiproute2、送受信確認のためにcan-utilsをインストールします。

[container /]# apk update && apk upgrade
fetch https://dl-cdn.alpinelinux.org/alpine/v3.16/main/aarch64/APKINDEX.tar.gz
fetch https://dl-cdn.alpinelinux.org/alpine/v3.16/community/aarch64/APKINDEX.tar.gz
v3.16.1-5-ge692d8f074 [https://dl-cdn.alpinelinux.org/alpine/v3.16/main]
v3.16.1-30-ge814620a52 [https://dl-cdn.alpinelinux.org/alpine/v3.16/community]
OK: 16880 distinct packages available
OK: 5 MiB in 14 packages
[container /]# apk add iproute2
(1/12) Installing libcap (2.64-r0)
(2/12) Installing libbz2 (1.0.8-r1)
(3/12) Installing fts (1.2.7-r1)
(4/12) Installing xz-libs (5.2.5-r1)
(5/12) Installing libelf (0.186-r0)
(6/12) Installing libmnl (1.0.5-r0)
(7/12) Installing iproute2-minimal (5.17.0-r0)
(8/12) Installing libnftnl (1.2.1-r0)
(9/12) Installing iptables (1.8.8-r1)
(10/12) Installing iproute2-tc (5.17.0-r0)
(11/12) Installing iproute2-ss (5.17.0-r0)
(12/12) Installing iproute2 (5.17.0-r0)
Executing iproute2-5.17.0-r0.post-install
Executing busybox-1.35.0-r15.trigger
OK: 10 MiB in 26 packages
[container /]# apk add can-utils
(1/1) Installing can-utils (2021.08.0-r0)
Executing busybox-1.35.0-r15.trigger
OK: 11 MiB in 27 packages
[container /]#

CAN通信設定

CANの通信設定をします。

以下は、CAN FD、転送速度 500kbps、データ転送速度1Mbpsに設定する例です。

設定ができたら、can0インターフェースを起動します。

[container /]# ip link set can0 type can bitrate 500000 dbitrate 1000000 fd on
[container /]# ip link set can0 up
[container /]# ip -details link show can0
2: can0: <NOARP,UP,LOWER_UP,ECHO> mtu 72 qdisc pfifo_fast state UP mode DEFAULT group default qlen 10
    link/can  promiscuity 0 minmtu 0 maxmtu 0
    can <FD> state ERROR-ACTIVE (berr-counter tx 0 rx 0) restart-ms 0
          bitrate 500000 sample-point 0.875
          tq 25 prop-seg 37 phase-seg1 32 phase-seg2 10 sjw 1 brp 1
          flexcan: tseg1 2..96 tseg2 2..32 sjw 1..16 brp 1..1024 brp_inc 1
          dbitrate 1000000 dsample-point 0.750
          dtq 50 dprop-seg 7 dphase-seg1 7 dphase-seg2 5 dsjw 1 dbrp 2
          flexcan: dtseg1 2..39 dtseg2 2..8 dsjw 1..4 dbrp 1..1024 dbrp_inc 1
          clock 40000000 numtxqueues 1 numrxqueues 1 gso_max_size 65536 gso_max_segs 65535

CAN送受信

受信側のArmadillo-IoTゲートウェイ G4はcandumpを実行して、メッセージが受信できる状態にします。

[container /]# candump can0

送信側のArmadillo-IoTゲートウェイG4はcansendを実行して、メッセージを送信します。

CAN FDの例

CAN FDでID=123、データ=55を送信する例です。

[container /]# cansend can0 123##155

受信側は以下のような受信結果が得られます。

[container /]#   can0  123  [01]  55

以下は、CAN FD通信時のオシロスコープとロジックアナライザの測定波形です。

データ部分が1Mbps、それ以外が500kbpsとなっているのが確認できます。

CANの例

CANでID=123、データ=55を送信する例です。

[container /]# cansend can0 123#55

受信側は以下のような受信結果が得られます。

[container /]#   can0  123  [1]  55

以下は、CAN通信時のオシロスコープとロジックアナライザの測定波形です。

データ部分、それ以外もすべて500kbpsとなっているのが確認できます。