src/can-utils.h

   1 /*
   2  * Copyright (C) 2015, 2016 "IoT.bzh"
   3  * Author "Romain Forlot" <romain.forlot@iot.bzh>
   4  *
   5  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
   6  * you may not use this file except in compliance with the License.
   7  * You may obtain a copy of the License at
   8  *
   9  *       http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
  10  *
  11  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  12  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  13  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  14  * See the License for the specific language governing permissions and
  15  * limitations under the License.
  16  */
  17
  18 #pragma once
  19
  20 #include <string>
  21 #include "timer.h"
  22 #include "openxc.pb.h"
  23
  24 // TODO actual max is 32 but dropped to 24 for memory considerations
  25 #define MAX_ACCEPTANCE_FILTERS 24
  26 // TODO this takes up a ton of memory
  27 #define MAX_DYNAMIC_MESSAGE_COUNT 12
  28
  29 #define CAN_MESSAGE_SIZE 8
  30
  31 #define CAN_ACTIVE_TIMEOUT_S 30
  32
  33 #define QUEUE_DECLARE(type, max_length) \
  34 static const int queue_##type##_max_length = max_length; \
  35 static const int queue_##type##_max_internal_length = max_length + 1; \
  36 typedef struct queue_##type##_s { \
  37         int head; \
  38         int tail; \
  39         type elements[max_length + 1]; \
  40 } queue_##type; \
  41 \
  42 bool queue_##type##_push(queue_##type* queue, type value); \
  43 \
  44 type queue_##type##_pop(queue_##type* queue); \
  45 \
  46 type queue_##type##_peek(queue_##type* queue); \
  47 void queue_##type##_init(queue_##type* queue); \
  48 int queue_##type##_length(queue_##type* queue); \
  49 int queue_##type##_available(queue_##type* queue); \
  50 bool queue_##type##_full(queue_##type* queue); \
  51 bool queue_##type##_empty(queue_##type* queue); \
  52 void queue_##type##_snapshot(queue_##type* queue, type* snapshot, int max);
  53
  54 /* Public: The type signature for a CAN signal decoder.
  55  *
  56  * A SignalDecoder transforms a raw floating point CAN signal into a number,
  57  * string or boolean.
  58  *
  59  * signal - The CAN signal that we are decoding.
  60  * signals - The list of all signals.
  61  * signalCount - The length of the signals array.
  62  * value - The CAN signal parsed from the message as a raw floating point
  63  *              value.
  64  * send - An output parameter. If the decoding failed or the CAN signal should
  65  *              not send for some other reason, this should be flipped to false.
  66  *
  67  * Returns a decoded value in an openxc_DynamicField struct.
  68  */
  69 typedef openxc_DynamicField (*SignalDecoder)(struct CanSignal* signal,
  70                 CanSignal* signals, int signalCount, float value, bool* send);
  71
  72 /* Public: The type signature for a CAN signal encoder.
  73  *
  74  * A SignalEncoder transforms a number, string or boolean into a raw floating
  75  * point value that fits in the CAN signal.
  76  *
  77  * signal - The CAN signal to encode.
  78  * value - The dynamic field to encode.
  79  * send - An output parameter. If the encoding failed or the CAN signal should
  80  * not be encoded for some other reason, this will be flipped to false.
  81  */
  82 typedef uint64_t (*SignalEncoder)(struct CanSignal* signal,
  83                 openxc_DynamicField* value, bool* send);
  84
  85 /*
  86  * CanBus represent a can device definition gotten from configuraiton file
  87  */
  88 class CanBus_c {
  89         private:
  90                 afb_binding_interface *interface;
  91
  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                 std::queue <CanMessage_c> can_message_q;
 104                 std::queue <openxc_VehicleMessage> vehicle_message_q;
 105
 106         public:
 107                 int open();
 108                 int close();
 109
 110                 void start_threads();
 111                 int send_can_message(CanMessage_c can_msg);
 112
 113                 CanMessage_c* next_can_message();
 114                 void insert_new_can_message(CanMessage_c *can_msg);
 115
 116                 openxc_VehicleMessage* next_vehicle_message();
 117                 void insert_new_vehicle_message(openxc_VehicleMessage *v_msg);
 118 };
 119
 120 /* A compact representation of a single CAN message, meant to be used in in/out
 121  * buffers.
 122  *
 123  * id - The ID of the message.
 124  * format - the format of the message's ID.
 125  * data  - The message's data field.
 126  * length - the length of the data array (max 8).
 127 struct CanMessage {
 128         uint32_t id;
 129         CanMessageFormat format;
 130         uint8_t data[CAN_MESSAGE_SIZE];
 131         uint8_t length;
 132 };
 133 typedef struct CanMessage CanMessage;
 134 */
 135 class CanMessage_c {
 136         private:
 137                 uint32_t id;
 138                 CanMessageFormat format;
 139                 uint8_t data[CAN_MESSAGE_SIZE];
 140                 uint8_t length;
 141
 142         public:
 143                 uint32_t get_id();
 144                 int get_format();
 145                 uint8_t get_data();
 146                 uint8_t get_lenght();
 147
 148                 void set_id(uint32_t id);
 149                 void set_format(CanMessageFormat format);
 150                 void set_data(uint8_t data);
 151                 void set_lenght(uint8_t length);
 152
 153                 void convert_from_canfd_frame(canfd_frame frame);
 154                 canfd_frame convert_to_canfd_frame();
 155 };
 156
 157 QUEUE_DECLARE(CanMessage_c, 8);
 158
 159 /* Public: The ID format for a CAN message.
 160  *
 161  * STANDARD - standard 11-bit CAN arbitration ID.
 162  * EXTENDED - an extended frame, with a 29-bit arbitration ID.
 163  */
 164 enum CanMessageFormat {
 165         STANDARD,
 166         EXTENDED,
 167 };
 168 typedef enum CanMessageFormat CanMessageFormat;
 169
 170 /* Public: A state encoded (SED) signal's mapping from numerical values to
 171  * OpenXC state names.
 172  *
 173  * value - The integer value of the state on the CAN bus.
 174  * name  - The corresponding string name for the state in OpenXC.
 175  */
 176 struct CanSignalState {
 177         const int value;
 178         const char* name;
 179 };
 180 typedef struct CanSignalState CanSignalState;
 181
 182 /* Public: A CAN signal to decode from the bus and output over USB.
 183  *
 184  * message         - The message this signal is a part of.
 185  * genericName - The name of the signal to be output over USB.
 186  * bitPosition - The starting bit of the signal in its CAN message (assuming
 187  *                               non-inverted bit numbering, i.e. the most significant bit of
 188  *                               each byte is 0)
 189  * bitSize         - The width of the bit field in the CAN message.
 190  * factor          - The final value will be multiplied by this factor. Use 1 if you
 191  *                               don't need a factor.
 192  * offset          - The final value will be added to this offset. Use 0 if you
 193  *                               don't need an offset.
 194  * minValue    - The minimum value for the processed signal.
 195  * maxValue    - The maximum value for the processed signal.
 196  * frequencyClock - A FrequencyClock struct to control the maximum frequency to
 197  *                              process and send this signal. To process every value, set the
 198  *                              clock's frequency to 0.
 199  * sendSame    - If true, will re-send even if the value hasn't changed.
 200  * forceSendChanged - If true, regardless of the frequency, it will send the
 201  *                              value if it has changed.
 202  * states          - An array of CanSignalState describing the mapping
 203  *                               between numerical and string values for valid states.
 204  * stateCount  - The length of the states array.
 205  * writable    - True if the signal is allowed to be written from the USB host
 206  *                               back to CAN. Defaults to false.
 207  * decoder         - An optional function to decode a signal from the bus to a human
 208  *              readable value. If NULL, the default numerical decoder is used.
 209  * encoder         - An optional function to encode a signal value to be written to
 210  *                                CAN into a byte array. If NULL, the default numerical encoder
 211  *                                is used.
 212  * received    - True if this signal has ever been received.
 213  * lastValue   - The last received value of the signal. If 'received' is false,
 214  *              this value is undefined.
 215  */
 216 struct CanSignal {
 217         struct CanMessageDefinition* message;
 218         const char* genericName;
 219         uint8_t bitPosition;
 220         uint8_t bitSize;
 221         float factor;
 222         float offset;
 223         float minValue;
 224         float maxValue;
 225         FrequencyClock frequencyClock;
 226         bool sendSame;
 227         bool forceSendChanged;
 228         const CanSignalState* states;
 229         uint8_t stateCount;
 230         bool writable;
 231         SignalDecoder decoder;
 232         SignalEncoder encoder;
 233         bool received;
 234         float lastValue;
 235
 236         struct afb_event event;
 237 };
 238 typedef struct CanSignal CanSignal;
 239
 240 /* Public: The definition of a CAN message. This includes a lot of metadata, so
 241  * to save memory this struct should not be used for storing incoming and
 242  * outgoing CAN messages.
 243  *
 244  * bus - A pointer to the bus this message is on.
 245  * id - The ID of the message.
 246  * format - the format of the message's ID.
 247  * clock - an optional frequency clock to control the output of this
 248  *              message, if sent raw, or simply to mark the max frequency for custom
 249  *              handlers to retrieve.
 250  * forceSendChanged - If true, regardless of the frequency, it will send CAN
 251  *              message if it has changed when using raw passthrough.
 252  * lastValue - The last received value of the message. Defaults to undefined.
 253  *              This is required for the forceSendChanged functionality, as the stack
 254  *              needs to compare an incoming CAN message with the previous frame.
 255  */
 256 struct CanMessageDefinition {
 257         struct CanBus* bus;
 258         uint32_t id;
 259         CanMessageFormat format;
 260         FrequencyClock frequencyClock;
 261         bool forceSendChanged;
 262         uint8_t lastValue[CAN_MESSAGE_SIZE];
 263 };
 264 typedef struct CanMessageDefinition CanMessageDefinition;
 265
 266 /* Private: An entry in the list of acceptance filters for each CanBus.
 267  *
 268  * This struct is meant to be used with a LIST type from <sys/queue.h>.
 269  *
 270  * filter - the value for the CAN acceptance filter.
 271  * activeUserCount - The number of active consumers of this filter's messages.
 272  *              When 0, this filter can be removed.
 273  * format - the format of the ID for the filter.
 274 struct AcceptanceFilterListEntry {
 275         uint32_t filter;
 276         uint8_t activeUserCount;
 277         CanMessageFormat format;
 278         LIST_ENTRY(AcceptanceFilterListEntry) entries;
 279 };
 280  */
 281
 282 /* Private: A type of list containing CAN acceptance filters.
 283 LIST_HEAD(AcceptanceFilterList, AcceptanceFilterListEntry);
 284
 285 struct CanMessageDefinitionListEntry {
 286         CanMessageDefinition definition;
 287         LIST_ENTRY(CanMessageDefinitionListEntry) entries;
 288 };
 289 LIST_HEAD(CanMessageDefinitionList, CanMessageDefinitionListEntry);
 290  */
 291
 292 /** Public: A parent wrapper for a particular set of CAN messages and associated
 293  *      CAN buses(e.g. a vehicle or program).
 294  *
 295  *      index - A numerical ID for the message set, ideally the index in an array
 296  *              for fast lookup
 297  *      name - The name of the message set.
 298  *      busCount - The number of CAN buses defined for this message set.
 299  *      messageCount - The number of CAN messages (across all buses) defined for
 300  *              this message set.
 301  *      signalCount - The number of CAN signals (across all messages) defined for
 302  *              this message set.
 303  *      commandCount - The number of CanCommmands defined for this message set.
 304  */
 305  typedef struct {
 306         uint8_t index;
 307         const char* name;
 308         uint8_t busCount;
 309         unsigned short messageCount;
 310         unsigned short signalCount;
 311         unsigned short commandCount;
 312 } CanMessageSet;
 313
 314 /* Public: The type signature for a function to handle a custom OpenXC command.
 315  *
 316  * name - the name of the received command.
 317  * value - the value of the received command, in a DynamicField. The actual type
 318  *              may be a number, string or bool.
 319  * event - an optional event from the received command, in a DynamicField. The
 320  *              actual type may be a number, string or bool.
 321  * signals - The list of all signals.
 322  * signalCount - The length of the signals array.
 323  */
 324 typedef void (*CommandHandler)(const char* name, openxc_DynamicField* value,
 325                 openxc_DynamicField* event, CanSignal* signals, int signalCount);
 326
 327 /* Public: The structure to represent a supported custom OpenXC command.
 328  *
 329  * For completely customized CAN commands without a 1-1 mapping between an
 330  * OpenXC message from the host and a CAN signal, you can define the name of the
 331  * command and a custom function to handle it in the VI. An example is
 332  * the "turn_signal_status" command in OpenXC, which has a value of "left" or
 333  * "right". The vehicle may have separate CAN signals for the left and right
 334  * turn signals, so you will need to implement a custom command handler to send
 335  * the correct signals.
 336  *
 337  * Command handlers are also useful if you want to trigger multiple CAN messages
 338  * or signals from a signal OpenXC message.
 339  *
 340  * genericName - The name of the command.
 341  * handler - An function to process the received command's data and perform some
 342  *              action.
 343 typedef struct {
 344         const char* genericName;
 345         CommandHandler handler;
 346 } CanCommand;
 347  */
 348
 349 class CanCommand_c {
 350         private:
 351                 const char* genericName;
 352                 CommandHandler handler;
 353 };
 354
 355 /* Pre initialize actions made before CAN bus initialization
 356  *
 357  * bus - A CanBus struct defining the bus's metadata
 358  * writable - configure the controller in a writable mode. If false, it will be
 359  *              configured as "listen only" and will not allow writes or even CAN ACKs.
 360  * buses - An array of all CAN buses.
 361  * busCount - The length of the buses array.
 362  */
 363 void pre_initialize(CanBus* bus, bool writable, CanBus* buses, const int busCount);
 364
 365 /* Post-initialize actions made after CAN bus initialization and before the
 366  * event loop connection.
 367  *
 368  * bus - A CanBus struct defining the bus's metadata
 369  * writable - configure the controller in a writable mode. If false, it will be
 370  *              configured as "listen only" and will not allow writes or even CAN ACKs.
 371  * buses - An array of all CAN buses.
 372  * busCount - The length of the buses array.
 373  */
 374 void post_initialize(CanBus* bus, bool writable, CanBus* buses, const int busCount);
 375
 376 /* Public: Check if the device is connected to an active CAN bus, i.e. it's
 377  * received a message in the recent past.
 378  *
 379  * Returns true if a message was received on the CAN bus within
 380  * CAN_ACTIVE_TIMEOUT_S seconds.
 381  */
 382 bool isBusActive(CanBus* bus);
 383
 384 /* Public: Log transfer statistics about all active CAN buses to the debug log.
 385  *
 386  * buses - an array of active CAN buses.
 387  * busCount - the length of the buses array.
 388  */
 389 void logBusStatistics(CanBus* buses, const int busCount);