模块 1 实践项目

练习 1：虚拟 CAN 环境搭建

目标：独立创建和验证 vcan 设备。

难度：入门

步骤：

1. 加载 vcan 内核模块
2. 创建 vcan0 和 vcan1 两个虚拟总线
3. 验证两个总线互相独立（向 vcan1 发送，vcan0 不应收到）
4. 编写清理脚本 vcan-cleanup.sh，一键删除所有 vcan 设备

验证标准：

# 应该能看到两个独立的 vcan 设备
ip link show | grep vcan

# vcan0 和 vcan1 的帧互不干扰
candump vcan0 &        # 后台运行，只监听 vcan0
cansend vcan1 123#FF   # 发往 vcan1
# candump vcan0 不应收到此帧

提示：

• 使用 ip link del <name> 删除 vcan 设备
• 使用 ls /sys/class/net/ | grep vcan 列出所有 vcan 设备

练习 2：CAN 帧收发工具

目标：编写一个交互式的 CAN 收发工具。

难度：进阶

要求：

1. 命令行参数指定 CAN 设备（如 ./can_tool vcan0）
2. 提供交互模式：输入 ID:data1 data2 ... 即可发送
3. 同时接收并打印所有帧
4. 支持按 CAN ID 过滤（命令行参数 --filter 0x123）

示例用法：

./can_tool vcan0
> 0x123:11 22 33 44      # 发送帧
> 0x000:01 05            # 发送 NMT 启动命令
> quit                   # 退出

提示：

• 使用 select() 或 poll() 同时监听 stdin 和 CAN socket
• 或使用两个线程：一个发送，一个接收
• 解析用户输入时注意十六进制转换

验证标准：

# 终端 1
./can_tool vcan0

# 终端 2
cansend vcan0 123#112233
cansend vcan0 456#AABBCC

# 终端 1 应显示接收到的两帧

练习 3：NMT 命令工具

目标：编写一个完整的 NMT 命令行工具，支持所有 NMT 命令。

难度：进阶

要求：

1. 支持子命令：start / stop / preop / reset-node / reset-comm
2. 支持单播（指定节点 ID）和广播（节点 ID = 0）
3. 打印友好的提示信息

示例用法：

./nmt_tool vcan0 start 1       # 启动节点 1
./nmt_tool vcan0 stop 0        # 广播停止所有节点
./nmt_tool vcan0 preop 5       # 节点 5 进入 Pre-Operational
./nmt_tool vcan0 reset-comm 1  # 重置节点 1 的通信

NMT 命令码参考：

提示：

• 参考 examples/03-nmt-command/ 中的 nmt_start_node.c
• 将发送逻辑封装为函数，通过参数传递命令码和节点 ID

练习 4：CANOpen COB-ID 分析器

目标：编写一个 CAN 帧解析工具，自动识别 CANOpen COB-ID 类型。

难度：高级

要求：

1. 接收 CAN 帧并解析字段
2. 区分标准帧和扩展帧
3. 识别常见的 CANOpen COB-ID（NMT、SDO、PDO、Heartbeat、EMCY）
4. 显示人类可读的描述信息

示例输出：

[0x000] NMT Command: Start -> Node 1
[0x701] Heartbeat from Node 1 (State: Operational)
[0x601] SDO Request to Node 1
[0x581] SDO Response from Node 1
[0x181] PDO1 TX from Node 1
[0x081] EMCY from Node 1
[0x123] Unknown COB-ID (可能是自定义)

COB-ID 识别参考：

提示：

• 使用 switch 语句或查表法识别 COB-ID 范围
• 心跳状态解析：0x00 = Boot-up, 0x04 = Stopped, 0x05 = Operational, 0x7F = Pre-Operational

思考题

1. 物理层：为什么 CAN 使用差分信号而不是单端信号？在工业环境（电机、变频器附近）中的优势是什么？

2. 仲裁机制：如果两个节点同时发送，ID 分别为 0x100 和 0x200，哪个会赢得仲裁？如果 ID 相同会怎样？

3. 帧格式：CAN 数据帧最多只能携带 8 字节数据。如果需要通过 SDO 传输 100 字节的对象字典条目，该怎么处理？

4. COB-ID：为什么 NMT 命令的 COB-ID 固定为 0x000？这与 CAN 的仲裁机制有什么关系？

5. SocketCAN：struct can_frame 中的 can_id 字段如何区分标准帧和扩展帧？（提示：查看 CAN_EFF_FLAG 的定义）

6. 错误处理：如果 candump 没有收到 cansend 发送的帧，可能的原因有哪些？（至少列出 3 种）

练习提交与验证

每个练习完成后，确保：

• 代码可以编译通过（cmake + make 无错误无警告）
• 可以在 vcan 上正常运行
• 有基本的错误处理（参数校验、socket 错误检查）
• 代码注释清晰，变量命名合理