Android_SocketCAN

在Android平板上使用SocketCAN

Android_SocketCAN

概要

5年前的配置了:

MSM8953(骁龙625, 14nm, 8*Coretex-A53, 64bit, ARMv8-A, 2016年), 2+16GB
Android 7.1.x, Linux内核是3.18.x
屏幕分辨率是常见的 1280*800
SOC没有CAN, 通过SPI外扩的两路CAN, MCP2515, 应用层上看还是SocketCAN. 这个Linux驱动其实挺不好整的, 特别是较老的内核和驱动, 连发丢帧的问题很明显

adb 连接

操作:

设置->关于手机->连点5下版本号->返回到开发者选项->开启USB调试. (可能不需要这个步骤)
设置->更多->USB Host开关两次, 最后的状态是关

插拔USB, 就可以在 Win 的设备管理里面看到

然后就可以在 wsl2 或者 powershell 中操作了

# 配置环境变量就直接adb, 不配置就切换到adb目录, ./adb.exe
adb version
adb devices
adb logcat
adb shell

# 如果出现 more than one device/emulator 错误
# 如果只有一个模拟器和一个手机连着电脑:
# 可以用adb -e 来指明是操作模拟器 Emulator
# 可以用adb -d 来指明是操作设备 Device
adb -d shell

参考:

消除ADB错误“more than one device and emulator”的方法_杭州山不高的博客-CSDN博客

adb 常用操作

# 似乎默认没有文本编辑, 在shell中编辑文件显得困难
# 可以先拷出来, 编辑好后, 再推回去
adb root
adb remount
adb pull <android文件> <pc>
编辑...
adb push <pc文件> <android>

# 很多Linux命令是可以直接用的, 命令大都在 `/system/bin` 里面
# 因为很多权限没有, 索性直接root后再进shell
adb root
adb shell

# 查看内存
free -m

# 查看分区
df -H

# 打印内核信息
dmesg

# 查看网络信息
ifconfig

ping www.baidu.com
route -n

# 很多应用可以交叉编译或使用aarch64的, 放到 /system/bin 里面

CAN配置脚本

注意用于Android平板时开头是 #!/system/bin/sh, 不是Ubuntu中的#!/bin/bash, 脚本开机启动

#!/system/bin/sh

sleep 10

ip link set down can0
ip link set can0 type can bitrate 500000 sample-point 0.875 restart-ms 100
ip link set up can0 mtu 16
ifconfig can0 txqueuelen 1000

ip link set down can1
ip link set can1 type can bitrate 500000 sample-point 0.875 restart-ms 100
ip link set up can1 mtu 16
ifconfig can1 txqueuelen 1000

这些命令固然可以在C中用system方式运行, 但不建议, 毕竟这个算是系统的, 类似于eth, 各个进程都能用, 也为了方便调试, 最好不让一个进程独占或者开关.

检验

adb shell
ip -d -s link show can0
ip -d -s link show can1

can-util 工具仍然可以正常使用, 交叉编译后可以用adb推过去. 因为Android系统System分区启动之后只读, 在 adb shell 中也操作不了, 得 remount 重新挂载, 让分区可以读写

adb root
adb remount
adb push ./can-utils/* /system/bin

# 能正常用 cansend candump 等
# 看一下文件属性, aarch64 的
$ file candump
candump: ELF 64-bit LSB shared object, ARM aarch64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /system/bin/linker64, BuildID[md5/uuid]=0d1aef349ebef83063daf944914887b4, stripped

SocketCAN

这个底层C和Linux没啥差别, 直接参考Linux内核文档即可

SocketCAN - Controller Area Network — The Linux Kernel documentation

socket - ioctl - bind - read - write, 不设置滤波器, 可以取消loopback, 设置读写的超时时间等.

正常 adb shell 中用 cansend candump 收发没问题, 那socketcan用起来就没问题, 如果发现有连发(收)丢帧(比如连发4帧丢1帧), 应用层也无能为力, 得去查Linux MCP2515的驱动.

JNI

底层SocketCAN是C, 所以需要JNI. 之前的Android开发用的Java(现在很多Kotlin了).

JNI, Java Native Interface, 是JDK在JVM中运行的字节码和本机代码（通常用C或C++编写）之间引入的一个桥梁. 简言之:

C/C++编写的代码包含 jni.h 头文件, 使用里面定义的一些元素(JNIEXPORT, JNICALL, JNIEnv, j开头的基本数据类型等)包裹C/C++代码
使用 gcc/g++/cmake 等把C/C++代码编译成库(如共享库.so文件)
Java使用 native关键字, System.loadLibrary(String libname)方法 加载库

当然很多时候是反着来的:

写一个java接口文件, 用 javac -h . xx.java 生成 xx.h头文件
实现 xx.c 文件, ~~俗称 Native 层~~
编译出 .so 文件
运行 java -Djava.library.path=. xx

JNI当然不止用在Android平台, 用Java开发程序的地方都可以用到. 如在通用的Linux开发中.

单纯在Linux中测试JNI的时候, 可能找不到JAVA_HOME应该指定的路径(也就是jni.h所在的位置), 参考链接给出一种方法

$ which java
/usr/bin/java
$ ls -lrt /usr/bin/java
lrwxrwxrwx 1 root root 22 Jun 21 17:47 /usr/bin/java -> /etc/alternatives/java
$ ls -lrt /etc/alternatives/java
lrwxrwxrwx 1 root root 43 Jun 21 17:47 /etc/alternatives/java -> /usr/lib/jvm/java-11-openjdk-amd64/bin/java
# 然后就可以
$ export JAVA_HOME=/usr/lib/jvm/java-11-openjdk-amd64

# 参考链接中的例子
# 编写一个使用 C 代码的 Java 类 HelloJNI.java
vi HelloJNI.java
# 编译Java程序HelloJNI.java并生成C / C++头文件HelloJNI.h
javac -h . HelloJNI.java
# 实现 C 程序 HelloJNI.c
vi HelloJNI.c
# 编译 C 程序 HelloJNI.c 生成 .so 文件
export JAVA_HOME=/usr/lib/jvm/java-11-openjdk-amd64
gcc -fPIC -I"$JAVA_HOME/include" -I"$JAVA_HOME/include/linux" -shared -o libhello.so HelloJNI.c
# 运行Java程序
java -Djava.library.path=. HelloJNI

参考:

JNI与SocketCAN

在Ubuntu下的框架演示, Android下的使用参考最后面的 Android_SocketCAN 工程

Makefile

header:
	javac -h . jnican.java

so:
	export JAVA_HOME=/usr/lib/jvm/java-11-openjdk-amd64;
	gcc -fPIC -I"${JAVA_HOME}/include" -I"${JAVA_HOME}/include/linux" -shared -o libjnican.so jnican.c

run:
	java -Djava.library.path=. jnican

jnican.java

public class jnican {
   static {
      System.loadLibrary("jnican");
   }
 
   public native int socketcan_open(int channel); //return handle
   public native int socketcan_write(int handle, long canid, int dlc, byte[] buf, int ext, int rtr);
   public native byte[] socketcan_read(int handle);    //obtain id.eff.rtr.dlc.data in byte[]
   public native int socketcan_close(int channel);
 
   // 测试代码
   public static void main(String[] args) {
        jnican can0 = new jnican();
        int s0 = can0.socketcan_open(0);

        byte[] buf = new byte[8];
        buf[0] = (byte)0xAF;
        can0.socketcan_write(s0, 0x123, 8, buf, 0, 0);
		
        //接收测试, 阻塞式的, 可以单开线程
        byte[] rbuf = new byte[13];
        rbuf = can0.socketcan_read(s0);
        long rid = rbuf[0] | 
                   (rbuf[1] << 8) |
                   (rbuf[2] << 16) |
                   ((rbuf[3] & 0x1F) << 24);
        int rdlc = rbuf[4];
        String ext  = ((rbuf[3] & 0x80) == 0x80)?"E":"S";
        System.out.println("read: "+ 
                            Long.toHexString(rid) + " " + 
                            rdlc + " " +
                            ext);
       
        can0.socketcan_close(s0);
   }
}

生成.h文件

make header
# javac -h . jnican.java
# 生成 jnican.h jnican.class

生成的 jnican..h

/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include <jni.h>
/* Header for class jnican */

#ifndef _Included_jnican
#define _Included_jnican
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
 * Class:     jnican
 * Method:    socketcan_open
 * Signature: (I)I
 */
JNIEXPORT jint JNICALL Java_jnican_socketcan_1open
  (JNIEnv *, jobject, jint);

/*
 * Class:     jnican
 * Method:    socketcan_write
 * Signature: (IJI[BII)I
 */
JNIEXPORT jint JNICALL Java_jnican_socketcan_1write
  (JNIEnv *, jobject, jint, jlong, jint, jbyteArray, jint, jint);

/*
 * Class:     jnican
 * Method:    socketcan_read
 * Signature: (I)[B
 */
JNIEXPORT jbyteArray JNICALL Java_jnican_socketcan_1read
  (JNIEnv *, jobject, jint);

/*
 * Class:     jnican
 * Method:    socketcan_close
 * Signature: (I)I
 */
JNIEXPORT jint JNICALL Java_jnican_socketcan_1close
  (JNIEnv *, jobject, jint);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

jnican.c

socketcan的代码这里就不填充了, 只做演示

#include "jnican.h"
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>

JNIEXPORT jint JNICALL Java_jnican_socketcan_1open
  (JNIEnv *env, jobject obj, jint channel)
{
    printf("socketcan open code put here...\n");
    return 0;
}

JNIEXPORT jint JNICALL Java_jnican_socketcan_1write
  (JNIEnv *env, jobject obj, jint handle, jlong canid, jint dlc, jbyteArray buf, jint ext, jint rtr)
{
    printf("socketcan write code put here...\n");
    uint8_t *data = (uint8_t *)((*env)->GetByteArrayElements(env, buf, 0));
    printf("socketcan write: %X, %d, %c, %02X\n", (uint32_t)canid, dlc, (ext==1)?'E':'S', data[0]);
    (*env)->ReleaseByteArrayElements(env, buf, (jbyte *)data, 0);
    return 0;
}
  
JNIEXPORT jbyteArray JNICALL Java_jnican_socketcan_1read
  (JNIEnv *env, jobject obj, jint handle)
{
    // read, recvfrom, epoll 等方式
    printf("socketcan read code put here...\n");
    jbyteArray ret;
    ret = (*env)->NewIntArray(env, 13);
    uint8_t data[13] = {0x78, 0x56, 0x34, 0x92, 8, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08};
    (*env)->SetIntArrayRegion(env, ret, 0, 13, (jint *)data);
    return ret;
}

JNIEXPORT jint JNICALL Java_jnican_socketcan_1close
  (JNIEnv *env, jobject obj, jint handle)
{
    printf("socketcan close code put here...\n");
    return 0;
}

编译成.so共享库

make so
# 生成 libjnican.so
# 默认 .so 使用去掉前缀lib
# java 中 System.loadLibrary("jnican");

注意代码中 C 和 C++ 的实现是不一样的

//c
uint8_t *data = (uint8_t *)((*env)->GetByteArrayElements(env, buf, 0));

//cpp
uint8_t *data = (uint8_t *)(env->GetByteArrayElements(buf, 0));

参考: Android Studio下JNI开发的基本步骤 - 掘金 (juejin.cn), 引用:

在C语言中，JNIEnv是指向JNINativeInterface结构的指针，使用它必须要解引用。而第一个参数还是env，学过C和C++语言都知道，C语言是面向过程语言，NewStringUTF只是一个函数指针，调用该方法还不清楚调用者，所以要传递env，而C++就不用，因为C++是面向对象语言，这个就不解释咯

运行

$ make run
java -Djava.library.path=. jnican
socketcan open code put here
socketcan write code put here...
socketcan write: 123, 8, S, AF
socketcan read code put here...
read: 12345678 8 E
socketcan close code put here

github jni can

自己写问题不大, 去github扒参考也不错:

linux-can/can-utils: Linux-CAN / SocketCAN user space applications (github.com), cansend, candump等的实现都在这里, 没有什么比参考标准实现更快的了
MaskingM/SocketCan, 这个是Github一个开源的实现, 可以参考. 里面的CANFrame.java中CAN数据接收的注释: 数据会反射到此处，在此处添加程序数据处理功能
pschichtel/JavaCAN: A simple JNI wrapper for the socketcan API provided by the Linux kernel. As it is wrapping a Linux Kernel API, it is intended for use on Linux only. (github.com), 仅用于Linux, 不过支持的很好, can, canfd, CAN_RAW, CAN_BCM, CAN_ISOTP, 平台也挺多的 arm, x86, riscv等, 较新的平台或内核可以参考这个
ZengjfOS/SocketCanJNI: 尝试将libsocket-can-java移植到Android上的，里面对libsocket-can-java添加了注释，发现该库还需要加强。 (github.com)

NDK

NDK: Native Development Kit, 原生开发套件. 简言之, 在 Android 应用中使用 C 和 C++ 代码, 想把JNI用起来, 就需要NDK.

可以在 Android Studio 2.2 或更高版本中使用 NDK 将 C 和 C++ 代码编译到原生库中，然后使用 Android Studio 的集成构建系统 Gradle 将原生库打包到 APK 中.

Android Studio 编译原生库的默认构建工具是 CMake。由于很多现有项目都使用 ndk-build 构建工具包，因此 Android Studio 也支持 ndk-build。不过，如果您要创建新的原生库，则应使用 CMake。

Android Studio 中可以直接安装 NDK 和 CMake, 下面会有介绍.

参考

Android Studio

虽然是google的, 国内不翻也能正常用:

探索 Android Studio | Android 开发者 | Android Developers (google.cn)

装的这个版本 android-studio-2021.2.1.15-windows.exe