Qt-CAN-Bus

Ein Controller Area Network (CAN) ist ein Fahrzeugbus-Standard, der es Mikrocontrollern und Geräten ermöglicht, in Anwendungen ohne Host-Computer miteinander zu kommunizieren.

Übersicht

Es handelt sich um ein nachrichtenbasiertes Protokoll, das ursprünglich für die Multiplex-Verkabelung in Kraftfahrzeugen entwickelt wurde, aber auch in vielen anderen Bereichen zum Einsatz kommt.

Die CAN-Bus-API stellt einige gängige Schnittstellen für den Zugriff auf CAN-Geräte bereit:

• QCanBus bietet eine API zum Erstellen eines „ QCanBusDevice “ aus einem ausgewählten Plugin.
• QCanBusDeviceInfo liefert Informationen zu verfügbaren CAN-Geräten.
• QCanBusDevice bietet eine API für den direkten Zugriff auf das CAN-Gerät.
• QCanBusFrame definiert einen CAN-Frame, der von einem „ QCanBusDevice “ geschrieben und gelesen werden kann.

Ab Qt 6.5 bietet das Modul APIs zum Dekodieren tatsächlicher Signalwerte aus rohen CAN-Frames sowie zum Kodieren von Benutzerdaten in CAN-Frames:

• QCanSignalDescription Stellt Regeln zur Verarbeitung von CAN-Signalen bereit.
• QCanMessageDescription stellt Regeln zur Verarbeitung von CAN-Nachrichten bereit. Eine Nachrichtenbeschreibung enthält in der Regel mehrere Signalbeschreibungen.
• QCanUniqueIdDescription stellt Regeln zur Verarbeitung einer eindeutigen Kennung innerhalb eines CAN-Frames bereit.
• QCanFrameProcessor verwendet Beschreibungen, die von den Klassen „ QCanMessageDescription “, „ QCanSignalDescription “ und „ QCanUniqueIdDescription “ bereitgestellt werden, um CAN-Frames zu codieren oder zu decodieren.
• QCanDbcFileParser Stellt eine API zum Extrahieren von Nachrichtenbeschreibungen aus DBC-Dateien bereit.

CAN-Bus-Plugins

Mehrere Anbieter stellen CAN-Geräte mit unterschiedlichen APIs für den Zugriff bereit. Das Modul „ QtSerialBus “ unterstützt die folgenden Gruppen von CAN-Bus-Plugins:

Implementierung eines benutzerdefinierten CAN-Plugins

Sollten die von Qt bereitgestellten Plugins für die gewünschte Zielplattform nicht geeignet sein, kann ein benutzerdefiniertes CAN-Bus-Plugin implementiert werden. Die Implementierung folgt dem Standardverfahren zur Implementierung von Qt-Plugins. Das benutzerdefinierte Plugin muss unter $QTDIR/plugins/canbus bereitgestellt werden.

Jedes Plugin muss einen Schlüssel definieren, der zum Laden des Plugins verwendet wird. Dies erfolgt über eine kleine JSON-Datei. Das „socketcan“-Plugin verwendet beispielsweise den folgenden „ plugin.json “:

{
    "Key": "socketcan"
}

Dieser Schlüssel muss zusammen mit dem Schnittstellennamen des CAN-Bus-Adapters an ` QCanBus::createDevice()` übergeben werden. ` QCanBus ` lädt und instanziiert das Plugin mithilfe der Schnittstelle `QCanBusFactoryV2`, die jedes Plugin als zentralen Einstiegspunkt implementieren muss. Die Schnittstelle fungiert als Factory und dient ausschließlich dazu, eine „ QCanBusDevice “-Instanz zurückzugeben. Der oben genannte Schnittstellenname wird über die Methode „ QCanBusFactory::createDevice()“ der Factory übergeben. Im Folgenden ist die Factory-Implementierung des „socketcan“-Plugins dargestellt:

class SocketCanBusPlugin : public QObject, public QCanBusFactory
{
    Q_OBJECT
    Q_PLUGIN_METADATA(IID "org.qt-project.Qt.QCanBusFactory" FILE "plugin.json")
    Q_INTERFACES(QCanBusFactory)

public:
    QList<QCanBusDeviceInfo> availableDevices(QString *errorMessage) const override
    {
        Q_UNUSED(errorMessage);
        return SocketCanBackend::interfaces();
    }

    QCanBusDevice *createDevice(const QString &interfaceName, QString *errorMessage) const override
    {
        Q_UNUSED(errorMessage);
        auto device = new SocketCanBackend(interfaceName);
        return device;
    }
};

Der nächste Schritt besteht darin, eine Implementierung von ` QCanBusDevice` bereitzustellen. Zumindest müssen die folgenden rein virtuellen Funktionen implementiert werden:

• QCanBusDevice::open()
• QCanBusDevice::close()
• QCanBusDevice::writeFrame()
• QCanBusDevice::interpretErrorFrame()

Die Methoden „ open “ () und „ close “ () werden jeweils in Verbindung mit „ QCanBusDevice::connectDevice “ () bzw. „ QCanBusDevice::disconnectDevice “ () verwendet. Einzelheiten zur Implementierung finden Sie in der Funktionsdokumentation.

QCanBusDevice::writeFrame() ist für Plausibilitätsprüfungen zuständig, wie z. B. die Gültigkeit von ` QCanBusFrame ` und die Überprüfung, ob das Gerät noch angeschlossen ist. Sofern die Prüfungen erfolgreich waren, schreibt es den Frame auf den CAN-Bus. Bei Erfolg gibt sie das Signal „ QCanBusDevice::framesWritten “ () aus; andernfalls wird „ QCanBusDevice::setError “ () mit einer entsprechenden Fehlermeldung aufgerufen. Diese Funktion kann auch zur Implementierung eines asynchronen Schreibvorgangs verwendet werden. Es liegt in der Verantwortung der Plugin-Implementierer, die entsprechenden Signale zum richtigen Zeitpunkt auszugeben.

Nicht zuletzt bietet „ QCanBusDevice::interpretErrorFrame “ eine bequeme Möglichkeit, den Inhalt eines CAN-Bus-Fehlerframes in eine für Menschen lesbare Fehlerzeichenfolge zu übersetzen.