can-utils.h

   1
   2 /*
   3  * Copyright (C) 2015, 2016 "IoT.bzh"
   4  * Author "Romain Forlot" <romain.forlot@iot.bzh>
   5  *
   6  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
   7  * you may not use this file except in compliance with the License.
   8  * You may obtain a copy of the License at
   9  *
  10  *   http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
  11  *
  12  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  13  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  14  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  15  * See the License for the specific language governing permissions and
  16  * limitations under the License.
  17  */
  18
  19 #pragma once
  20
  21 #include <string>
  22 #include "timer.h"
  23 #include "openxc.pb.h"
  24
  25 // TODO actual max is 32 but dropped to 24 for memory considerations
  26 #define MAX_ACCEPTANCE_FILTERS 24
  27 // TODO this takes up a ton of memory
  28 #define MAX_DYNAMIC_MESSAGE_COUNT 12
  29
  30 #define CAN_MESSAGE_SIZE 8
  31
  32 #define CAN_ACTIVE_TIMEOUT_S 30
  33
  34 #define QUEUE_DECLARE(type, max_length) \
  35 static const int queue_##type##_max_length = max_length; \
  36 static const int queue_##type##_max_internal_length = max_length + 1; \
  37 typedef struct queue_##type##_s { \
  38     int head; \
  39     int tail; \
  40     type elements[max_length + 1]; \
  41 } queue_##type; \
  42 \
  43 bool queue_##type##_push(queue_##type* queue, type value); \
  44 \
  45 type queue_##type##_pop(queue_##type* queue); \
  46 \
  47 type queue_##type##_peek(queue_##type* queue); \
  48 void queue_##type##_init(queue_##type* queue); \
  49 int queue_##type##_length(queue_##type* queue); \
  50 int queue_##type##_available(queue_##type* queue); \
  51 bool queue_##type##_full(queue_##type* queue); \
  52 bool queue_##type##_empty(queue_##type* queue); \
  53 void queue_##type##_snapshot(queue_##type* queue, type* snapshot, int max);
  54
  55 /* Public: The type signature for a CAN signal decoder.
  56  *
  57  * A SignalDecoder transforms a raw floating point CAN signal into a number,
  58  * string or boolean.
  59  *
  60  * signal - The CAN signal that we are decoding.
  61  * signals - The list of all signals.
  62  * signalCount - The length of the signals array.
  63  * pipeline -  you may want to generate arbitrary additional messages for
  64  *      publishing.
  65  * value - The CAN signal parsed from the message as a raw floating point
  66  *      value.
  67  * send - An output parameter. If the decoding failed or the CAN signal should
  68  *      not send for some other reason, this should be flipped to false.
  69  *
  70  * Returns a decoded value in an openxc_DynamicField struct.
  71  */
  72 typedef openxc_DynamicField (*SignalDecoder)(struct CanSignal* signal,
  73         CanSignal* signals, int signalCount,
  74         openxc::pipeline::Pipeline* pipeline, float value, bool* send);
  75
  76 /* Public: The type signature for a CAN signal encoder.
  77  *
  78  * A SignalEncoder transforms a number, string or boolean into a raw floating
  79  * point value that fits in the CAN signal.
  80  *
  81  * signal - The CAN signal to encode.
  82  * value - The dynamic field to encode.
  83  * send - An output parameter. If the encoding failed or the CAN signal should
  84  * not be encoded for some other reason, this will be flipped to false.
  85  */
  86 typedef uint64_t (*SignalEncoder)(struct CanSignal* signal,
  87         openxc_DynamicField* value, bool* send);
  88
  89 /* CanBus represent a can device definition get from configuraiton file */
  90 class CanBus {
  91         private:
  92                 /* Got from conf file */
  93                 std::string deviceName;
  94
  95                 int socket;
  96                 bool is_fdmode_on;
  97                 struct sockaddr_can txAddress;
  98
  99         std::thread th_reading;
 100         std::thread th_decoding;
 101         std::thread th_pushing;
 102
 103         public:
 104                 int open();
 105                 int close();
 106
 107         void start_threads();
 108 };
 109
 110 /* Public: The ID format for a CAN message.
 111  *
 112  * STANDARD - standard 11-bit CAN arbitration ID.
 113  * EXTENDED - an extended frame, with a 29-bit arbitration ID.
 114  */
 115 enum CanMessageFormat {
 116     STANDARD,
 117     EXTENDED,
 118 };
 119 typedef enum CanMessageFormat CanMessageFormat;
 120
 121 /* Public: A state encoded (SED) signal's mapping from numerical values to
 122  * OpenXC state names.
 123  *
 124  * value - The integer value of the state on the CAN bus.
 125  * name  - The corresponding string name for the state in OpenXC.
 126  */
 127 struct CanSignalState {
 128     const int value;
 129     const char* name;
 130 };
 131 typedef struct CanSignalState CanSignalState;
 132
 133 /* Public: A CAN signal to decode from the bus and output over USB.
 134  *
 135  * message     - The message this signal is a part of.
 136  * genericName - The name of the signal to be output over USB.
 137  * bitPosition - The starting bit of the signal in its CAN message (assuming
 138  *               non-inverted bit numbering, i.e. the most significant bit of
 139  *               each byte is 0)
 140  * bitSize     - The width of the bit field in the CAN message.
 141  * factor      - The final value will be multiplied by this factor. Use 1 if you
 142  *               don't need a factor.
 143  * offset      - The final value will be added to this offset. Use 0 if you
 144  *               don't need an offset.
 145  * minValue    - The minimum value for the processed signal.
 146  * maxValue    - The maximum value for the processed signal.
 147  * frequencyClock - A FrequencyClock struct to control the maximum frequency to
 148  *              process and send this signal. To process every value, set the
 149  *              clock's frequency to 0.
 150  * sendSame    - If true, will re-send even if the value hasn't changed.
 151  * forceSendChanged - If true, regardless of the frequency, it will send the
 152  *              value if it has changed.
 153  * states      - An array of CanSignalState describing the mapping
 154  *               between numerical and string values for valid states.
 155  * stateCount  - The length of the states array.
 156  * writable    - True if the signal is allowed to be written from the USB host
 157  *               back to CAN. Defaults to false.
 158  * decoder     - An optional function to decode a signal from the bus to a human
 159  *      readable value. If NULL, the default numerical decoder is used.
 160  * encoder     - An optional function to encode a signal value to be written to
 161  *                CAN into a byte array. If NULL, the default numerical encoder
 162  *                is used.
 163  * received    - True if this signal has ever been received.
 164  * lastValue   - The last received value of the signal. If 'received' is false,
 165  *      this value is undefined.
 166  */
 167 struct CanSignal {
 168     struct CanMessageDefinition* message;
 169     const char* genericName;
 170     uint8_t bitPosition;
 171     uint8_t bitSize;
 172     float factor;
 173     float offset;
 174     float minValue;
 175     float maxValue;
 176     FrequencyClock frequencyClock;
 177     bool sendSame;
 178     bool forceSendChanged;
 179     const CanSignalState* states;
 180     uint8_t stateCount;
 181     bool writable;
 182     SignalDecoder decoder;
 183     SignalEncoder encoder;
 184     bool received;
 185     float lastValue;
 186 };
 187 typedef struct CanSignal CanSignal;
 188
 189 /* Public: The definition of a CAN message. This includes a lot of metadata, so
 190  * to save memory this struct should not be used for storing incoming and
 191  * outgoing CAN messages.
 192  *
 193  * bus - A pointer to the bus this message is on.
 194  * id - The ID of the message.
 195  * format - the format of the message's ID.
 196  * frequencyClock - an optional frequency clock to control the output of this
 197  *      message, if sent raw, or simply to mark the max frequency for custom
 198  *      handlers to retrieve.
 199  * forceSendChanged - If true, regardless of the frequency, it will send CAN
 200  *      message if it has changed when using raw passthrough.
 201  * lastValue - The last received value of the message. Defaults to undefined.
 202  *      This is required for the forceSendChanged functionality, as the stack
 203  *      needs to compare an incoming CAN message with the previous frame.
 204  */
 205 struct CanMessageDefinition {
 206     struct CanBus* bus;
 207     uint32_t id;
 208     CanMessageFormat format;
 209     FrequencyClock frequencyClock;
 210     bool forceSendChanged;
 211     uint8_t lastValue[CAN_MESSAGE_SIZE];
 212 };
 213 typedef struct CanMessageDefinition CanMessageDefinition;
 214
 215 /* A compact representation of a single CAN message, meant to be used in in/out
 216  * buffers.
 217  *
 218  * id - The ID of the message.
 219  * format - the format of the message's ID.
 220  * data  - The message's data field.
 221  * length - the length of the data array (max 8).
 222  */
 223 struct CanMessage {
 224     uint32_t id;
 225     CanMessageFormat format;
 226     uint8_t data[CAN_MESSAGE_SIZE];
 227     uint8_t length;
 228 };
 229 typedef struct CanMessage CanMessage;
 230
 231 QUEUE_DECLARE(CanMessage, 8);
 232
 233 /* Private: An entry in the list of acceptance filters for each CanBus.
 234  *
 235  * This struct is meant to be used with a LIST type from <sys/queue.h>.
 236  *
 237  * filter - the value for the CAN acceptance filter.
 238  * activeUserCount - The number of active consumers of this filter's messages.
 239  *      When 0, this filter can be removed.
 240  * format - the format of the ID for the filter.
 241 struct AcceptanceFilterListEntry {
 242     uint32_t filter;
 243     uint8_t activeUserCount;
 244     CanMessageFormat format;
 245     LIST_ENTRY(AcceptanceFilterListEntry) entries;
 246 };
 247  */
 248
 249 /* Private: A type of list containing CAN acceptance filters.
 250 LIST_HEAD(AcceptanceFilterList, AcceptanceFilterListEntry);
 251
 252 struct CanMessageDefinitionListEntry {
 253     CanMessageDefinition definition;
 254     LIST_ENTRY(CanMessageDefinitionListEntry) entries;
 255 };
 256 LIST_HEAD(CanMessageDefinitionList, CanMessageDefinitionListEntry);
 257  */
 258
 259 /** Public: A parent wrapper for a particular set of CAN messages and associated
 260  *  CAN buses(e.g. a vehicle or program).
 261  *
 262  *  index - A numerical ID for the message set, ideally the index in an array
 263  *      for fast lookup
 264  *  name - The name of the message set.
 265  *  busCount - The number of CAN buses defined for this message set.
 266  *  messageCount - The number of CAN messages (across all buses) defined for
 267  *      this message set.
 268  *  signalCount - The number of CAN signals (across all messages) defined for
 269  *      this message set.
 270  *  commandCount - The number of CanCommmands defined for this message set.
 271  */
 272 typedef struct {
 273     uint8_t index;
 274     const char* name;
 275     uint8_t busCount;
 276     unsigned short messageCount;
 277     unsigned short signalCount;
 278     unsigned short commandCount;
 279 } CanMessageSet;
 280
 281 /* Public: The type signature for a function to handle a custom OpenXC command.
 282  *
 283  * name - the name of the received command.
 284  * value - the value of the received command, in a DynamicField. The actual type
 285  *      may be a number, string or bool.
 286  * event - an optional event from the received command, in a DynamicField. The
 287  *      actual type may be a number, string or bool.
 288  * signals - The list of all signals.
 289  * signalCount - The length of the signals array.
 290  */
 291 typedef void (*CommandHandler)(const char* name, openxc_DynamicField* value,
 292         openxc_DynamicField* event, CanSignal* signals, int signalCount);
 293
 294 /* Public: The structure to represent a supported custom OpenXC command.
 295  *
 296  * For completely customized CAN commands without a 1-1 mapping between an
 297  * OpenXC message from the host and a CAN signal, you can define the name of the
 298  * command and a custom function to handle it in the VI. An example is
 299  * the "turn_signal_status" command in OpenXC, which has a value of "left" or
 300  * "right". The vehicle may have separate CAN signals for the left and right
 301  * turn signals, so you will need to implement a custom command handler to send
 302  * the correct signals.
 303  *
 304  * Command handlers are also useful if you want to trigger multiple CAN messages
 305  * or signals from a signal OpenXC message.
 306  *
 307  * genericName - The name of the command.
 308  * handler - An function to process the received command's data and perform some
 309  *      action.
 310  */
 311 typedef struct {
 312     const char* genericName;
 313     CommandHandler handler;
 314 } CanCommand;
 315
 316 /* Pre initialize actions made before CAN bus initialization
 317  *
 318  * bus - A CanBus struct defining the bus's metadata
 319  * writable - configure the controller in a writable mode. If false, it will be
 320  *      configured as "listen only" and will not allow writes or even CAN ACKs.
 321  * buses - An array of all CAN buses.
 322  * busCount - The length of the buses array.
 323  */
 324 void pre_initialize(CanBus* bus, bool writable, CanBus* buses, const int busCount);
 325
 326 /* Post-initialize actions made after CAN bus initialization and before the
 327  * event loop connection.
 328  *
 329  * bus - A CanBus struct defining the bus's metadata
 330  * writable - configure the controller in a writable mode. If false, it will be
 331  *      configured as "listen only" and will not allow writes or even CAN ACKs.
 332  * buses - An array of all CAN buses.
 333  * busCount - The length of the buses array.
 334  */
 335 void post_initialize(CanBus* bus, bool writable, CanBus* buses, const int busCount);
 336
 337 /* Public: Check if the device is connected to an active CAN bus, i.e. it's
 338  * received a message in the recent past.
 339  *
 340  * Returns true if a message was received on the CAN bus within
 341  * CAN_ACTIVE_TIMEOUT_S seconds.
 342  */
 343 bool isBusActive(CanBus* bus);
 344
 345 /* Public: Log transfer statistics about all active CAN buses to the debug log.
 346  *
 347  * buses - an array of active CAN buses.
 348  * busCount - the length of the buses array.
 349  */
 350 void logBusStatistics(CanBus* buses, const int busCount);