串行總線的分析功能詳解

隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展，串行總線技術(shù)也被越來越多的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。比如CAN 是Controller Area Network 的縮寫（以下稱為CAN），是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。在當(dāng)前的汽車產(chǎn)業(yè)中，出于對安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)了出來。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對可靠性的要求不盡相同，由多條總線構(gòu)成的情況很多，線束的數(shù)量也隨之增加。為適應(yīng)“減少線束的數(shù)量”、“通過多個(gè)LAN，進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的高速通信”的需要，1986 年德國電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的CAN 通信協(xié)議。此后，CAN 通過ISO11898 及ISO11519 進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，現(xiàn)在在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

為滿足用戶對特殊串行總線調(diào)試的需求，一些測試儀器廠商推出了具備自定義串行總線觸發(fā)和分析功能的示波器產(chǎn)品，用戶可根據(jù)自己的需要進(jìn)行簡單的設(shè)定就能實(shí)現(xiàn)非通用串行總線的調(diào)試。下文以橫河電機(jī)公司新推出的DLM2000示波器為例，詳細(xì)說明一下此種功能。

總線，英文叫作“BUS”，即我們中文的“公共車”，這是非常形象的比如，公共車走的路線是一定的，我們?nèi)魏稳硕伎梢宰曹嚾ピ摋l公共車路線的任意一個(gè)站點(diǎn)。如果把我們?nèi)吮茸魇请娮?a target="_blank">信號，這就是為什么英文叫它為“BUS”而不是“CAR”的真正用意。當(dāng)然，從專業(yè)上來說，總線是一種描述電子信號傳輸線路的結(jié)構(gòu)形式，是一類信號線的集合，是子系統(tǒng)間傳輸信息的公共通道。通過總線能使整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)各部件之間的信息進(jìn)行傳輸、交換、共享和邏輯控制等功能。如在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，它是CPU、內(nèi)存、輸入、輸出設(shè)備傳遞信息的公用通道，主機(jī)的各個(gè)部件通過主機(jī)相連接，外部設(shè)備通過相應(yīng)的接口電路再于總線相連接。

自定義串行總線的觸發(fā)：

圖表1 自定義串行總線觸發(fā)設(shè)定菜單

DLM2000支持標(biāo)準(zhǔn)的CAN/LIN/I2C/SPI/UART總線觸發(fā)，在串行總線觸發(fā)菜單中有一項(xiàng)是<用戶定義>（User Define）。進(jìn)入這一項(xiàng)就可以進(jìn)行自定義總線的觸發(fā)設(shè)置。在此菜單中可以進(jìn)行如下設(shè)置：

數(shù)據(jù)源（DATA）：指定通道作為數(shù)據(jù)信號源。

激活電平（Active）：指定將高電平或者低電平設(shè)為邏輯1。

時(shí)鐘（Clock）：對于通過時(shí)鐘同步的總線，可以進(jìn)行時(shí)鐘的相關(guān)設(shè)置，選擇時(shí)鐘源以及設(shè)定在時(shí)鐘信號的上升沿或下降沿進(jìn)行采樣。

片選（CS）：當(dāng)使用時(shí)鐘同步信號時(shí)，通過片選信號來控制數(shù)據(jù)的有效性。可以設(shè)置片選源，以及高電平有效或者低電平有效。

鎖存（Latch）：可以指定時(shí)鐘同步采樣的數(shù)據(jù)源碼型與指定碼型進(jìn)行比較的時(shí)間?？梢允嵌ㄦi存源，以及在鎖存源的上升沿或是下降沿進(jìn)行比較。

觸發(fā)條件：可以將數(shù)據(jù)碼型作為觸發(fā)條件使用。當(dāng)采樣得到的數(shù)據(jù)源的碼型與指定碼型一致時(shí)，數(shù)據(jù)碼型觸發(fā)條件成立。

圖表2 自定義串行總線觸發(fā)條件設(shè)定

數(shù)據(jù)碼型的長度可以設(shè)為1~128位，并制定按照二進(jìn)制或是十六進(jìn)制來設(shè)定碼型。

比特率：當(dāng)沒有同步時(shí)鐘源時(shí)，可以對信號的比特率進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定范圍從1kbps至50Mbps，步進(jìn)值為1kbps。

下面是一個(gè)帶時(shí)鐘同步信號的自定義總線觸發(fā)示例。

首先正確設(shè)置時(shí)鐘源、數(shù)據(jù)源、片選信號和鎖存信號，再設(shè)置好相應(yīng)的觸發(fā)條件，就可以像通用串行總線一樣進(jìn)行觸發(fā)，捕獲所需要的信號波形。

圖表3 時(shí)鐘同步串行總線觸發(fā)示例

自定義串行總線的分析：

解碼設(shè)置

進(jìn)行自定義總線的觸發(fā)之后，就可以進(jìn)行解碼分析了。同樣要進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。與觸發(fā)的設(shè)置類似，要指定數(shù)據(jù)源、時(shí)鐘源、片選源和鎖存源，并進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)定；對于沒有時(shí)鐘同步的總線，還要指定比特率，可設(shè)置范圍也是1kbps~50Mbps。之所以要設(shè)置解碼起始點(diǎn)，是因?yàn)槭静ㄆ鳑]有內(nèi)置自定義總線的協(xié)議，無法判斷總線的幀結(jié)構(gòu)，所以需要手動指定解碼的起始點(diǎn)。

圖表4 自定義串行總線分析設(shè)定

解碼顯示

打開解碼顯示功能，就可以在數(shù)據(jù)波形的下方看到解碼的結(jié)果了。由于沒有內(nèi)置協(xié)議，所以無法以幀結(jié)構(gòu)方式進(jìn)行顯示。

圖表5 自定義串行總線解碼顯示格式設(shè)定

數(shù)據(jù)搜索

如果想在大量的數(shù)據(jù)中找到自己想要的數(shù)據(jù)，可以使用搜索功能，指定搜索的數(shù)據(jù)位數(shù)以及數(shù)據(jù)碼型，執(zhí)行搜索后很快就會將搜索到的結(jié)果標(biāo)記出來并顯示在縮放窗口中。搜索設(shè)定與觸發(fā)條件設(shè)定類似。

下面以列車上常用的MVB串行總線為例，介紹自定義串行總線功能的使用方法。

多功能車廂總線MVB（Multifunction Vehicle Bus）是列車通信網(wǎng)絡(luò)TCN（Train Communication Network）為實(shí)現(xiàn)位于同一車輛或固定重聯(lián)的不同車輛中的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信而定義的總線標(biāo)準(zhǔn)。

MVB總線上的串行數(shù)據(jù)采用異步差分傳輸?shù)穆鼜厮固卮a，曼徹斯特編碼中的每個(gè)數(shù)據(jù)位應(yīng)用以下規(guī)范編碼：

a）一個(gè)“1”的編碼在位元的前半部分為“高”，后半部分為“低”；

b）一個(gè)“0”的編碼在位元的前半部分為“低”，后半部分為“高”；

如果曼徹斯特碼中出現(xiàn)整個(gè)位元的高電平（NH）或整個(gè)位元的低電平（NL），則被認(rèn)為非數(shù)據(jù)符，用于特殊場合，如：幀頭，幀尾標(biāo)識。

MVB總線屬于異步傳輸總線，所以在進(jìn)行觸發(fā)和分析時(shí)不需要設(shè)置時(shí)鐘源、片選和鎖存等信號，只需要設(shè)定正確的比特率與合適的開始點(diǎn)。MVB總線的比特率一般為1.5Mbps，正確設(shè)置就可以了。

需要注意的是開始點(diǎn)的指定。因?yàn)镸VB總線采用曼徹斯特編碼，不同于常用的高低電平來確定邏輯“0”和“1”的方式，所以只有開始點(diǎn)的位置很合適才能正確解碼。

設(shè)置好之后，解碼結(jié)果會顯示在波形下方，通過人工對比可以簡單判斷解碼是否正確。通過顯示設(shè)置可以將解碼結(jié)果顯示為二進(jìn)制、十六進(jìn)制或者ASCII形式，便于讀取。

圖表6 MVB串行總線觸發(fā)分析

如上面示例那樣，如果所調(diào)試的總線不是CAN，LIN，I2C，SPI以及UART這些通用串行總線，DLM2000的自定義串行總線分析功能可在一定程度上為用戶的分析工作提供便利，而且不用付出高昂的費(fèi)用。這也是當(dāng)初開發(fā)這個(gè)功能的初衷。