嵌入式 Linux 实战：i.MX6ULL 上的 CAN 通信与摄像头采集

CAN 通信与摄像头采集

在嵌入式 Linux 项目中，CAN 通信 和摄像头采集是两个非常典型的外设场景。CAN 常用于工业控制、车载通信和多节点数据上报；摄像头则常用于图像采集、视觉识别和人机交互。本文以 i.MX6ULL 为例，整理一套从硬件、设备树、驱动到应用测试的实战流程。

一、系统架构

整体系统可以简单理解为：

• 摄像头模块：负责采集图像数据，通常通过 I2C 配置寄存器，通过 CSI/MIPI 接口输出图像。
• i.MX6ULL 主控：运行嵌入式 Linux，负责摄像头驱动、V4L2 图像采集和 CAN 通信。
• CAN 总线：用于与其他 MCU 节点通信，例如 STM32、电机控制板、传感器采集板等。
• 应用层：通过 V4L2 获取图像，通过 SocketCAN 收发 CAN 报文。

Linux 内核中，这两类外设分别对应不同子系统：

外设	内核框架	用户空间接口
CAN	SocketCAN	can0、candump、cansend
摄像头	V4L2 / Media	/dev/videoX、v4l2-ctl

二、CAN 通信部分

2.1 CAN 总线简介

CAN 是一种差分串行总线，具有较好的抗干扰能力和多节点通信能力。常见特点包括：

• 支持多主通信；
• 具备错误检测与重传机制；
• 适合工业现场、车载、机器人等场景；
• Linux 下通过 SocketCAN 将 CAN 设备抽象为网络接口。

硬件上，CAN 控制器通常集成在 SoC 内部，外部通过 CAN 收发器连接到 CANH、CANL。总线两端一般需要接入 120Ω 终端电阻，否则容易出现通信不稳定。

2.2 设备树配置

以 i.MX6ULL 为例，CAN 节点通常需要在设备树中使能，并配置引脚和时钟。示例如下：

&can1 {
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&pinctrl_can1>;
    xceiver-supply = <&reg_can1_3v3>;
    status = "okay";
};

引脚配置示例：

pinctrl_can1: can1grp {
    fsl,pins = <
        MX6UL_PAD_GPIO1_IO08__FLEXCAN1_TX 0x1b0b0
        MX6UL_PAD_GPIO1_IO09__FLEXCAN1_RX 0x1b0b0
    >;
};

具体引脚需要根据原理图确认，不能直接照搬。

2.3 Linux 端 CAN 调试

启动系统后，可以先查看 CAN 接口：

ip link show can0

配置波特率并启动 CAN 接口：

sudo ip link set can0 type can bitrate 500000
sudo ip link set can0 up

监听 CAN 报文：

candump can0

发送 CAN 报文：

cansend can0 123#1122334455667788

其中：

• 123 是 CAN ID；
• 1122334455667788 是 8 字节数据。

如果 candump 没有输出，可以依次检查：

1. CAN 收发器供电是否正常；
2. CANH、CANL 是否接反；
3. 总线两端是否有 120Ω 终端电阻；
4. 波特率是否与对端一致；
5. 设备树中 CAN 节点是否真正使能；
6. dmesg | grep -i can 是否有报错。

三、摄像头部分

3.1 摄像头硬件连接

以 OV5640 为例，摄像头通常通过以下接口连接到 i.MX6ULL：

• I2C 接口：用于配置摄像头寄存器；
• CSI/MIPI 接口：用于输出图像数据；
• PWDN/RESET：用于电源控制和复位；
• MCLK：摄像头主时钟。

调试前建议先确认：

• I2C 地址是否正确，例如 OV5640 常见地址为 0x3c；
• 供电电压是否稳定；
• CSI 数据线和时钟线连接是否正确；
• PWDN、RESET 引脚极性是否符合模组要求。

可以使用 i2cdetect 初步确认摄像头是否出现在总线上：

i2cdetect -y 1

3.2 设备树配置

OV5640 的设备树节点一般放在对应的 I2C 控制器下，例如 &i2c1。示例如下：

&i2c1 {
    clock-frequency = <100000>;
    status = "okay";

    ov5640: camera@3c {
        compatible = "ovti,ov5640";
        reg = <0x3c>;
        pinctrl-names = "default";
        pinctrl-0 = <&pinctrl_csi1 &pinctrl_csi_pwn_rst>;
        clocks = <&clks IMX6UL_CLK_CSI>;
        clock-names = "csi_mclk";
        pwn-gpios = <&gpio1 4 GPIO_ACTIVE_LOW>;
        rst-gpios = <&gpio1 2 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
        csi_id = <0>;
        mclk = <24000000>;
        mclk_source = <0>;
        status = "okay";

        port {
            ov5640_ep: endpoint {
                remote-endpoint = <&csi1_ep>;
            };
        };
    };
};

CSI 节点也需要使能：

&csi {
    status = "okay";

    port {
        csi1_ep: endpoint {
            remote-endpoint = <&ov5640_ep>;
        };
    };
};

注意：引脚、GPIO 编号、I2C 总线号必须和实际硬件一致。不同开发板的 OV5640 引脚可能完全不同，不能盲目复制。

3.3 内核配置

摄像头驱动通常依赖 V4L2 和 CSI 采集接口。内核中需要确认以下配置已开启：

Device Drivers --->
    Multimedia support --->
        [*] V4L platform devices
        [*] MXC Video For Linux Video Capture
        [*] OV5640 camera support

如果使用正点原子等第三方 BSP，建议优先参考其提供的 OV5640 驱动和设备树配置，因为原厂内核驱动可能缺少部分板级适配。

3.4 摄像头调试

系统启动后，可以先查看视频设备：

ls /dev/video*

查看摄像头支持格式：

v4l2-ctl -d /dev/video0 --list-formats-ext

查看完整信息：

v4l2-ctl -d /dev/video0 --all

简单采集测试：

v4l2-ctl -d /dev/video0 --stream-mmap=4 --stream-count=120 --stream-to=test.yuv

如果采集失败，可以查看内核日志：

dmesg | grep -i ov5640
dmesg | grep -i csi

常见问题包括：

• I2C 通信失败，检查地址和上拉电阻；
• 无图像，检查 MCLK、PWDN、RESET；
• 图像花屏，检查 CSI 数据线和时钟；
• 节点未出现，检查设备树和内核驱动是否匹配。

四、CAN 与摄像头联动示例

一个比较典型的联动场景是：

1. 摄像头采集图像；
2. 应用层对图像做简单处理或特征提取；
3. 通过 CAN 总线将结果发送给 MCU；
4. MCU 根据结果控制电机、指示灯或其他执行机构。

例如，Linux 端可以通过 SocketCAN 发送一帧检测结果：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <net/if.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/socket.h>
#include <linux/can.h>
#include <linux/can/raw.h>

int main(void)
{
    int s;
    struct sockaddr_can addr;
    struct ifreq ifr;
    struct can_frame frame;

    s = socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW);
    if (s < 0) {
        perror("socket");
        return -1;
    }

    strcpy(ifr.ifr_name, "can0");
    ioctl(s, SIOCGIFINDEX, &ifr);

    memset(&addr, 0, sizeof(addr));
    addr.can_family = AF_CAN;
    addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex;

    if (bind(s, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) < 0) {
        perror("bind");
        close(s);
        return -1;
    }

    frame.can_id = 0x200;
    frame.can_dlc = 8;
    memset(frame.data, 0, sizeof(frame.data));
    frame.data[0] = 0x01;  // 示例：检测结果
    frame.data[1] = 0x02;  // 示例：目标数量

    if (write(s, &frame, sizeof(frame)) != sizeof(frame)) {
        perror("write");
        close(s);
        return -1;
    }

    printf("CAN frame sent, id=0x%03X\n", frame.can_id);
    close(s);
    return 0;
}

交叉编译后放到开发板运行：

arm-linux-gnueabihf-gcc can_send.c -o can_send

运行前确保 CAN 接口已经启动：

sudo ip link set can0 type can bitrate 500000
sudo ip link set can0 up
./can_send

对端 MCU 如果正常接收，就能看到对应 CAN 报文。

五、调试顺序建议

实际开发中，建议按下面顺序推进：

1. 先调通 CAN 物理层

   用示波器或逻辑分析仪确认 CANH、CANL 波形，确认终端电阻和波特率。

2. 再调通 Linux CAN 接口

   使用 candump、cansend 验证收发是否正常。

3. 再调通摄像头 I2C

   使用 i2cdetect 确认摄像头地址。

4. 再调通摄像头驱动

   确认 /dev/videoX 出现，并能采集图像。

5. 最后做联动应用

   把图像结果通过 CAN 发送出去，或者根据 CAN 指令控制摄像头工作模式。

六、踩坑总结

• CAN 不通：优先检查 120Ω 终端电阻、波特率、CANH/CANL 是否接反。
• 摄像头 I2C 扫描不到：检查供电、上拉电阻、I2C 地址和引脚复用。
• 设备树节点不生效：确认修改的 dts 是否真正被编译，U-Boot 加载的 dtb 是否与编译结果一致。
• 摄像头有节点但无图像：检查 MCLK、PWDN、RESET、CSI 数据线和驱动匹配。
• CAN 能发不能收：检查对端是否也在发送，ID 过滤是否开启，总线是否只接了一个节点。

七、小结

CAN 通信和摄像头采集看似属于两个方向，但在嵌入式项目中经常需要协同工作。CAN 负责可靠、实时的控制与数据交互，摄像头负责环境感知和图像处理。把两者结合起来，可以做出智能小车、工业视觉终端、机器人感知节点等完整项目。

后续可以继续扩展到 Qt 界面显示、OpenCV 图像处理、ROS2 通信，或者将摄像头结果通过 CAN 发送给 STM32 执行运动控制。

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