一 文檔介紹

本文將一步步介紹如何使用DSLogic邏輯分析儀采集并分析 CAN/CAN-FD 信號(hào)，因?yàn)?CAN 信號(hào)的測(cè)量和 CAN-FD 的大致一樣，所以下文以 CAN-FD 舉例，在有區(qū)別之處，將會(huì)做特別說(shuō)明。

此次演示的案例特征為：

• 仲裁域波特率 500Kbps
• 數(shù)據(jù)域波特率 1Mbps
• 發(fā)送 “01 23 45 67 89 AB CD EF ….(其余數(shù)據(jù)位補(bǔ)0)” 共 64 位數(shù)據(jù)到 ID 地址”0x100″。

二 需要測(cè)量哪幾個(gè)信號(hào)

CAN-FD 協(xié)議是半雙工的，在 MCU 端使用 TX/RX 進(jìn)行收發(fā)信號(hào)，發(fā)送端并不是通過 TX/RX 直接接到別的節(jié)點(diǎn)的 MCU ，而是先將 TX/RX 接入到 CAN-FD 收發(fā)器，將 TTL 電平轉(zhuǎn)換為差分信號(hào) CAN-FD_H和 CAN-FD_L，測(cè)量信號(hào)時(shí)需要注意接的是 TTL 邏輯端，還是 CAN-FD 總線端。

圖1 MCU與收發(fā)器結(jié)構(gòu)

所以，如果你要測(cè)量 TTL 信號(hào)，則將探頭接入到 TX 引腳，如果要測(cè)量總線端信號(hào)，則接入到 CAN-FD_L ，你可能要問，可以接入到 CAN-FD_H ？單獨(dú)觀察波形的話，是可以的，但因?yàn)槲覀兪鞘褂眠壿嫹治鰞x對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼，而 CAN-FD_L 的電平變化和 TTL 端的電平變化是一致的，CAN-FD_H 和 TTL 端是反相的，所以為了方便對(duì)比觀察解碼結(jié)果，要接入 CAN-FD_L。

三 信號(hào)的實(shí)際模樣

邏輯分析儀分析的是數(shù)字信號(hào)，在采集分析之前，我們推薦先用示波器觀察下信號(hào)實(shí)際是什么樣子的，對(duì)真實(shí)波形有一個(gè)基本的認(rèn)知。

下面我們使用璞石示波器來(lái)完成捕獲模擬波形的演示。

3.1 MCU 側(cè) TTL 信號(hào)

測(cè) TTL 時(shí)探頭接 TTL 信號(hào)，探頭使用 X1 擋位，探頭接地夾接邏輯端的參考地，一般是 MCU 的 GND 引腳，此處是使用接地彈簧接 GND。

圖2 探頭測(cè)試 TX 信號(hào)

示波器 0 通道探頭放在靠近 MCU 的 TX 引腳處，夾子接邏輯側(cè)參考地，啟動(dòng) CAN-FD 發(fā)送數(shù)據(jù)，按下 AUTO，捕獲波形，如下圖所示。

圖3 示波器顯示 TX 信號(hào)

可以看到這是一個(gè)符合 TTL 標(biāo)準(zhǔn)，幅度為 3.4V 的波形。

3.3 收發(fā)器側(cè)差分信號(hào)

因?yàn)樵陔娐吩O(shè)計(jì)中一般都會(huì)對(duì)總線端的電源做隔離，所以在測(cè) CAN-FD 時(shí)，兩個(gè)探頭分別接 CAN-FD_H 和 CAN-FD_L 信號(hào)，但是探頭接地夾需要接總線端的參考地，一般是 CAN-FD 收發(fā)器芯片的 GND 引腳，不要接到 MCU 的 GND 上去了。

圖4 探頭測(cè)試差分信號(hào)

圖 4 左邊三個(gè)座子依次為 CAN-FD_H，GND，CAN-FD_L。

示波器 0 通道探頭放在 CAN-FD_H，接地彈簧接總線側(cè)參考地 。示波器 1 通道探頭放在 CAN-FD_L，接地彈簧接總線側(cè)參考地，啟動(dòng) CAN-FD 發(fā)送數(shù)據(jù)，按下 AUTO，捕獲波形，將波形光標(biāo)重合在一起，如下圖所示。

圖5 差分信號(hào)

可以看到 CAN-FD 中空閑時(shí)差分電平壓差為 0，當(dāng) CAN-FD_L 出現(xiàn)低電平時(shí)開始數(shù)據(jù)的傳輸。可以看到CAN-FD_L的波形和TTL端的信號(hào)是同向的，而CAN-FD_H的波形和TTL端的信號(hào)是反向的。

同時(shí)，也可以觀察到CAN-FD信號(hào)高低電平的特殊之處，以CAN-FD_L為例，它的低電平并不是0V。通常標(biāo)準(zhǔn)CAN/CAN-FD總線信號(hào)的L端低電平為1.5V，高電平為2.5V。

也有一些CAN系統(tǒng)，總線信號(hào)的電平和標(biāo)準(zhǔn)不太一致，這也是為什么我們推薦先用示波器觀察實(shí)際波形的原因。因?yàn)樵谑褂眠壿嫹治鰞x分析波形時(shí)，需要設(shè)置正確的“閾值”電壓，邏輯分析儀才能采集到正確的信號(hào)。

四 信號(hào)的采樣與解碼

在示波器上可以觀察到信號(hào)的波形質(zhì)量，但是示波器不擅長(zhǎng)長(zhǎng)時(shí)間抓取波形，同時(shí)進(jìn)行解碼分析。所以當(dāng)想要分析協(xié)議通訊的內(nèi)容時(shí)，使用DSLogic邏輯分析儀是最合適的工具。

4.1 信號(hào)的連接

在DSLogic Plus中，可以選擇任意通道對(duì)波形進(jìn)行采集。我們使用 1 通道來(lái)采集 CAN-FD_L 信號(hào)。

連接排線至邏輯分析儀的采樣端口，圖 6 顯示了排線和通道的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖6 排線與邏輯分析儀的連接

連接 1 通道至 CAN-FD_L，黑色信號(hào)線為接地信號(hào)線,連接 CAN-FD 收發(fā)器的 GND。連接效果如圖。

圖7 連接信號(hào)

4.2 采樣設(shè)置

打開 DSView，在左上角點(diǎn)擊“選項(xiàng)”，按照?qǐng)D4 參數(shù)設(shè)置，其中關(guān)于閾值電壓，在圖5 中，我們可以看到通訊波形中 CAN-FD_L 的電壓范圍大致在 1.5V – 2.5V 之間，所以閾值可以設(shè)置為 2V 左右。

采樣率一般推薦設(shè)置為波形最大速率的 10 倍。例如此處選擇 10MHz采樣率進(jìn)行采集分析。

通道選項(xiàng)的所有選項(xiàng)都符合我們的要求，我們選擇就選第一個(gè)。其他選項(xiàng)保持默認(rèn)，點(diǎn)擊確定。

圖8 選項(xiàng)設(shè)置

設(shè)備選項(xiàng)設(shè)置完成后，采樣時(shí)間這里設(shè)置為 5ms，在”模式“中，我們選擇“單次”。關(guān)鍵的閾值、采樣時(shí)間和采樣率設(shè)置完成后，我們接下來(lái)設(shè)置觸發(fā)方式。

從圖5 可以看到 CAN-FD_L 出現(xiàn)下降沿開始通訊，所以我們?cè)O(shè)置觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā)，點(diǎn)擊1 通道左側(cè)的下降沿標(biāo)識(shí)，顯示為藍(lán)色則為下降沿觸發(fā)。

圖9 觸發(fā)設(shè)置

完成以上接線和設(shè)置后，其他設(shè)置保持默認(rèn)，點(diǎn)擊 DSView 菜單欄的“開始”，此時(shí)邏輯分析儀正在等待觸發(fā)波形的出現(xiàn)，然后啟動(dòng) CAN-FD 傳輸，觸發(fā)后等待波形采集完成。

以上是對(duì) CAN-FD 的采樣設(shè)置，對(duì)于 CAN 波形的測(cè)試，可以和 CAN-FD 的一致。

4.3 解碼設(shè)置

波形采集完成后會(huì)在軟件界面顯示，此時(shí)可以對(duì)波形進(jìn)行解碼操作，具體操作是點(diǎn)擊菜單欄的“解碼”按鈕，在協(xié)議框中輸入“CAN”，點(diǎn)選在下方出現(xiàn)的”CAN-FD“，在彈出的解碼設(shè)置中進(jìn)行解碼設(shè)置。

圖10 解碼設(shè)置

• 右側(cè)帶有眼睛圖標(biāo)的選項(xiàng)表示是否要在解碼中查看這些內(nèi)容，默認(rèn)是要查看，如果不想看到相關(guān)內(nèi)容，將其勾選掉即可。
• 在”CAN“選項(xiàng)中選擇連接 CAN-FD_L 信號(hào)的通道，我們的通道是 1 通道，所以選擇 1。
• “Nominal bitrate” 表示仲裁段波特率，我們的信號(hào)是 500Kbps，所以輸入 500000。
• “Fast bitrate” 表示數(shù)據(jù)段波特率，我們的信號(hào)是 1Mbps，所以輸入 1000000。
• “Sample point” 表示采樣點(diǎn)位置，在 MCU 對(duì) CAN/CAN-FD 協(xié)議進(jìn)行配置時(shí)，不同的廠家采樣點(diǎn)設(shè)置不一樣，一般采樣點(diǎn)設(shè)置在 70% ，請(qǐng)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置。
• 如果在波形中插入了光標(biāo)，可以使用光標(biāo)來(lái)限制解碼的范圍，默認(rèn)是對(duì)所有波形進(jìn)行解碼。

圖11 解碼器選項(xiàng)

解碼成功后對(duì)波形展開，配合協(xié)議列表顯示，可以知道我們對(duì)地址為”0x100″的設(shè)備發(fā)送了“01 23 45 67 89 AB CD EF”等數(shù)據(jù)。

圖12 解碼結(jié)果

對(duì)于 CAN 波形的測(cè)試， 只需要設(shè)置一個(gè)”bitrate” 即可，其他操作和設(shè)置與 CAN-FD 的一致。

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一 文檔介紹

二 需要測(cè)量哪幾個(gè)信號(hào)

• 電壓從 5V 上升到某個(gè)電壓如 9V，并保持穩(wěn)定，那么這根線是 VBUS
• 表現(xiàn)為短路，則這根線是 GND
• 電壓時(shí)不時(shí)在 2V 以下變化，則這根線為 CC1
• 表現(xiàn)為開路，則為其他信號(hào)線

三 信號(hào)的實(shí)際模樣

3.1 設(shè)置示波器

3.1.1 時(shí)基

3.1.2 垂直分辨率

3.1.3 觸發(fā)電平

3.2 在璞石示波器上顯示

四 信號(hào)的采樣與解碼

4.1 信號(hào)的連接

4.2 采樣設(shè)置

4.3 解碼設(shè)置

• 右側(cè)帶有眼睛圖標(biāo)的選項(xiàng)表示是否要在解碼中查看這些內(nèi)容，默認(rèn)是要查看，如果不想看到相關(guān)內(nèi)容，將其勾選掉即可。
• 在”CC1“選項(xiàng)中選擇連接 CC1 信號(hào)的通道，我們的通道是 0 通道，所以選擇 0。
• 由于我們不檢測(cè) CC2 電源連接，故此項(xiàng)不填。
• “Full text decoding of packets” 表示是否需要對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行全文解碼。
• 如果在波形中插入了光標(biāo)，可以使用光標(biāo)來(lái)限制解碼的范圍，默認(rèn)是對(duì)所有波形進(jìn)行解碼。

附件

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版本: 1.0.2

一、 前言

　　在DSView安裝目錄下，有一個(gè)decoders文件夾，里面有許多目錄是以各種協(xié)議名稱命名的。每個(gè)目錄下有至少2個(gè)擴(kuò)展名為.py的文件，這些都是python代碼文件。在linux系統(tǒng)下，decoders目錄位于”/usr/local/share/libsigrokdecode4DSL”下。
DSView通過底層python解釋器執(zhí)行python代碼，對(duì)邏輯分析儀的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，按各種算法得出需要的結(jié)果。每個(gè)協(xié)議目錄下必須存在兩個(gè)文件：

1. _init_.py，用于發(fā)現(xiàn)模塊，這個(gè)文件名左右兩邊各有兩個(gè)下劃線，這個(gè)細(xì)節(jié)要注意；
2. pd.py，用于編寫主要的邏輯代碼；
   這兩個(gè)文件如何編寫，請(qǐng)仔細(xì)閱讀下面的內(nèi)容。在1.2.0以上的新版本DSView中，decoders下的有一個(gè)名為example目錄為示例代碼。

二、python入門

　　python語(yǔ)言是一個(gè)解釋執(zhí)行的語(yǔ)言。在官方網(wǎng)站下載并安裝好python，就可以進(jìn)行開發(fā)了。
新建一個(gè)文本文件，里邊輸入一行文字：
print('Hello,world!')
保存為 test.py，然后在命令行里輸入
python test.py
將會(huì)輸出“Hello,world!”
這里的python入門只是為了幫助一些讀者能夠順利閱讀部分協(xié)議代碼，它所講的python知識(shí)還不夠全面和深入，需要讀者自行通過其它方式獲得python資料，以便提升自己的python編程能力。

1. 變量定義
   age = 1
name = “Tom”
2. 數(shù)值
   1, 1.11, 1000等都屬數(shù)值型數(shù)據(jù)
3. 字符串
   以單引號(hào)或雙引號(hào)括起來(lái)的一串字符，表示字符串，如
   ’abc’
   “name”
4. 列表
   []
[1,2,3]
[1,”abc”,”name”,[7,8,9]]
   列表里的元素用逗號(hào)隔開，上面的第一個(gè)列表是空列表，第二個(gè)列表全是數(shù)字，第三個(gè)列表有多種類型的元素，有數(shù)值、字符串、列表。
   a = [1,2,3]
   變量a是一個(gè)列表，通過a[n]方式讀取列表里的元素。n的取值從０開始到不超過且不等于列表長(zhǎng)度的整數(shù)
   a[2] = 666
   將第３個(gè)元素設(shè)置成666，列表里的內(nèi)容可修改
   i = a[1]
   取列表a的第二個(gè)元素賦給變量i
5. 字典
   d = {‘a(chǎn)ge’:20, ‘name’:’Tome’, ‘data’:[7,8,9]}
   字典里的每一項(xiàng)用一對(duì)鍵和值表示。如’age’:20
   d[‘name’] = ‘Same’
   將字典d的name值設(shè)置成’Same’
   s = d[‘name’]
   取字典d的name值賦給變量s
   字典里的鍵名可以是數(shù)字、字符串、元組等類型，如：
   {1:'張三'}
{'name':''張三"}
{(1,2,3): "張三"}
6. 元組
   ()
(1,2,3)
(2,’abc’)
   元組跟列表一樣，不同的是用()括起來(lái)，元組只能讀，不能修改。
   注意：當(dāng)元組只有一個(gè)項(xiàng)時(shí)，要多打一個(gè)逗號(hào)，如：
   (1,)
7. 函數(shù)
   def call(): #普通函數(shù)
def call(self): #類成員函數(shù)，第一個(gè)參數(shù)是必須的
def call(a,b,c): #帶三個(gè)參數(shù)的函數(shù)

三、新建協(xié)議

1. 新建協(xié)議目錄
   找到存放所有協(xié)議的decoders目錄。widnows下，它在DSView的安裝目錄里;
   在linux下,它在
   /usr/local/share/libsigrokdecode4DSL
   打開decoders目錄，新建一個(gè)子目錄，并給目錄取名字，要求是能體現(xiàn)協(xié)議名稱的名字。這里，我們的示列協(xié)議名為”lala”。
2. __init.py文件
   在bala目錄下新建文件“__init.py”，加入一行如下代碼并保存:

   from .pd import Decoder
   

3. pd.py文件
   在bala目錄下，建新pd.py文件，用來(lái)編寫主要的代碼。

四、框架代碼模板

??以下是解碼協(xié)議代碼框架，寫在pd.py文件里。所有協(xié)議的代碼核心部分是一樣的。
下面從c模塊繼承一個(gè)類：

import sigrokdecode as srd 
class Decoder(srd.Decoder): 
    api_version = 3    
    ##協(xié)議標(biāo)識(shí)，必須唯一
    id = 'bala'
    ##協(xié)議名稱, 不一定要求跟標(biāo)識(shí)一致
    name = 'bala'
    ##協(xié)議長(zhǎng)名稱
    longname = 'bala protocal'
    ##簡(jiǎn)介內(nèi)容
    desc = 'This is an example'
    ##開源協(xié)議
    license = 'gplv2+' 

  #第一句是導(dǎo)出c底層的模塊
  #第二句是定義一個(gè)類，繼承自c底層的類

    inputs = ['logic']
    #接收的輸入的數(shù)據(jù)源，默認(rèn)是是邏輯分析儀數(shù)據(jù)
    #在多層協(xié)議模式下，可使用上層協(xié)議的輸出名

    outputs = ['bala']
    #輸出的數(shù)據(jù)源名，在多層協(xié)議模式下，
    #其它協(xié)議可以使用這個(gè)輸出名指定數(shù)據(jù)輸入來(lái)源

    tags = ['Embedded/industrial']
    #協(xié)議的適用范圍標(biāo)簽

    channels = (
        {'id': 'c1', type:0, 'name': 'c1', 'desc': 'chan1-input'}, 
    ) 
    #必須要綁定的通道
    #id:通道標(biāo)識(shí), 任意命名
    #'type':類型，有： -1:COMMON,0:SCLK,1:SDATA,2:ADATA 
    #name:標(biāo)簽名
    #desc:該通道的說(shuō)明

    optional_channels = (
        {'id': 'c2', type:0, 'name': 'c2', 'desc': 'chan２-input'}, 
    )
    #可選通道，其它跟上面的一樣

    options = (    
        {'id': 'debug_bits','desc': 'Print each bit', 'default': 'no', 'values': ('yes', 'no')},     
        {'id': 'wordsize',  'desc': 'Data wordsize',  'default': 0},
    )
    #提供給用戶通過界面設(shè)置的參數(shù)  
    #根據(jù)業(yè)務(wù)需要來(lái)定義
    #通過'self.options[id]'取值，id就是各個(gè)項(xiàng)的id值,
    #比如下面的'wordsize'
    #上面第一項(xiàng)是下拉框，第二項(xiàng)是輸入框

    annotations = (
        ('1', 'data1', 'test1'),
        ('2', 'data2', 'test2'),
        ('222', 'data3', 'test3'),
    )
    #解析結(jié)果項(xiàng)定義
    #annotations里每一項(xiàng)可以有2到3個(gè)屬性，
    #當(dāng)有３個(gè)屬性時(shí)，第一個(gè)表示類型
    #類型對(duì)應(yīng)0-16個(gè)顏色，當(dāng)類型范圍
    #在200-299時(shí)，將繪制邊沿箭頭

    annotation_rows = (    
        ('lab1', 'row1', (0,)),
        ('lab2', 'row2', (1,2)),
    )
    #解析結(jié)果行定義
    #(0,)表示可輸出第1個(gè)定義的annotations類型
    #(1,2)表示可輸出第2個(gè)和第3個(gè)定義的annotations類型

    def __init__(self):
        self.reset()
     #這里調(diào)用reset函數(shù)，完成一些變量的初始化
     #構(gòu)造函數(shù)，自動(dòng)被調(diào)用，
     #這里調(diào)用reset函數(shù)完成一個(gè)變量的初始化

    def reset(self):
        self.count = 0
    #初始化函數(shù)，這里定義類的私有變量

    def start(self):
        self.out_ann = self.register(srd.OUTPUT_ANN)
    #這里注冊(cè)消息類型
    #開始執(zhí)行解碼任務(wù)時(shí)，由c底層代碼自動(dòng)調(diào)用一次
    #這里，完成一些解碼結(jié)果項(xiàng)annotation類型的注冊(cè)
    #有: OUTPUT_ANN、OUTPUT_PYTHON、
    #OUTPUT_BINARY、OUTPUT_META 
    #register函數(shù)是c底層類提供的

    def put_ann(self,a,b,ann,data): 
        self.put(a, b, self.out_ann, [ann, data])
    #輸出內(nèi)容
    #a,b為采樣位置的起點(diǎn)和終點(diǎn)
    #ann為annotations定義的項(xiàng)序號(hào)
    #data是一個(gè)列表，列表里有１到３個(gè)字符串，它們將顯示到屏幕
    #annotation輸出到哪一行由annotation_rows決定
    #self.out_ann就是上面注冊(cè)的消息類型了
    #self.put是c底層類提供的函數(shù)

    def decode(self):
        while True:
            (a,b)=self.wait({0:'r'})
    #一直調(diào)用，直到所有數(shù)據(jù)處理完
    #解碼任務(wù)開始時(shí)由c底層代碼調(diào)用
    #這里不斷循環(huán)等待所有采樣數(shù)據(jù)被處理完成

    #wait函數(shù)參數(shù)詳解:
    #wait函數(shù)可帶參數(shù)，也可以不帶參數(shù)，
    #不帶參數(shù)時(shí)將返回每個(gè)采樣數(shù)據(jù)
    #參數(shù)'{0:'r'}'， 0表示匹配channels第１
    #項(xiàng)綁定的通道，r表示查找向上邊沿
    #wait函數(shù)可傳多個(gè)條件，
    #與條件：{0:'f',１:'r'}，
    #或條件：[{0:'f'},{１:'r'}]
    #h:高電平，l:低電平，r:向上邊沿，
    #f:向下邊沿，
    #e:向上沿或向下沿，
    #n:要么０，要么１
    #wait函數(shù)前的變量(a,b)，數(shù)量由定義
    #的channels里的通道數(shù)決定，包括可選通道
    #例如：共定義了４個(gè)通道，
    #則變成(a,b,c,d) = self.wait()

    #c底層提供了兩個(gè)屬性:
    self.samplenum 
    #當(dāng)前wait()調(diào)用匹配結(jié)束的采樣點(diǎn)位置

    self.matched
    #是一個(gè)uint64類型數(shù)值，
    #表示０到63個(gè)通道的匹配信息，
    #通過位運(yùn)算來(lái)獲取具體信息。

到這里，解碼協(xié)議代碼框架模板結(jié)束。

五、應(yīng)用示例

??在上面代碼框架的基礎(chǔ)上，我們接下來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的例子。具體是，通過解碼某一通道的數(shù)據(jù)，從一個(gè)向上邊沿開始到向下邊沿結(jié)束，輸出采樣點(diǎn)差值信息。奇數(shù)次輸出放在第二行，偶數(shù)次輸出放在第一行。具體編碼和說(shuō)明如下：

    def decode(self):     
        times = 0 
        rising_sample = 0 
        flag_arr = [{0:'r'}, {0:'f'}] 
        flag_dex = 0 
        while True:
            edge = flag_arr[flag_dex] 
            (a,b) = self.wait(edge)
            if flag_dex == 0:
                flag_dex = 1
                rising_sample = self.samplenum 
            else:
                flag_dex = 0                
                times += 1         
                falling_sample = self.samplenum
                v = falling_sample - rising_sample     
                s = '%02X' % v
                ann = times % 2    
                self.put_ann(rising_sample, falling_sample, ann, [s])

      #times用于輸出次數(shù)計(jì)數(shù)，偶數(shù)次輸出到第一行，奇數(shù)次輸出到第二行
      #ann = times % 2  對(duì)次數(shù)變量求余，其值在0和1中變換，調(diào)用put_ann時(shí)指定了annotation的序號(hào)
      #再根據(jù)序號(hào)由annotation_rows決定輸出在哪一行
      #邊沿條件就兩種：向上和向下，調(diào)用wait函數(shù)時(shí)，在這兩個(gè)邊沿條件中切換
      #首次是取向上邊沿，然后再換成向下邊沿
      #每次調(diào)用wait后，通過self.samplenum取采樣位置
      #求出兩次的樣品位置差后，轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制的字符串，通過類函數(shù)put_ann輸出

六、解碼模塊工作原理

??通過c代碼和python代碼的互操作，將采樣數(shù)據(jù)交給python分析。經(jīng)過一系列的處理，最終生成解碼結(jié)果，用于顯示以及供給上層協(xié)議作為分析的數(shù)據(jù)來(lái)源。解碼模塊的核心主要由以下部分組成：

1. c底層包裝類Decoder
   在c代碼里，給python提供一個(gè)經(jīng)過包裝的基類，python可調(diào)用基類的一些方法，實(shí)現(xiàn)調(diào)用c代碼的目的。python端通過以下語(yǔ)句導(dǎo)出c代碼包裝的Decoder類：

   import sigrokdecode as srd
   

python可訪問的Decoder基類的方法有：

• register方法
  用于注冊(cè)python輸出到c底層的消息類型，有：
  (1) OUTPUT_ANN，數(shù)據(jù)輸出到屏幕
  (2) OUTPUT_PYTHON，數(shù)據(jù)輸出到上層協(xié)議
  (3) OUTPUT_BINARY
  (4) OUTPUT_META

python調(diào)用方式：

 self.out_ann=self.register(srd.OUTPUT_ANN)
 self.out_py=self.register(srd.OUTPUT_PYTHON)

• put方法
  輸出數(shù)據(jù)到屏幕或上層協(xié)議，python調(diào)用方式：

  self.put(a,b,self.out_ann,[0,['abc']])
  

  其中，a、b為采樣點(diǎn)區(qū)間值，self.out_ann為注冊(cè)的消息類型，[0,[‘a(chǎn)bc’]]， 0為消息類型序號(hào)，參考之前的內(nèi)容；[‘a(chǎn)bc’]為消息內(nèi)容了

• wait方法
  獲得上一次分析位置后的采樣數(shù)據(jù)，可通過參數(shù)指定邊沿查找條件。
  調(diào)用方式： self.wait()
  可指定參數(shù)，如：{0,’r’}表示第１個(gè)綁定的通道滿足向上邊沿的數(shù)據(jù)；{1,’f’}表示第２個(gè)綁定通道足向下邊沿的數(shù)據(jù)。其它條件標(biāo)志還有：h、l、e、n。
  可通過多個(gè)條件組成并和或的條件。并條件如：{0:’f’,1:’r’}，或條件如：[{0:’f’},{1:’r’}]

• has_channel方法
  用來(lái)叛斷某個(gè)通道是否綁定，python調(diào)用方式：

    self.has_channel(0)
  

  0是通道序號(hào)。

• 屬性
  c底層類給python提供了兩個(gè)屬性：
  a. self.samplenum，wait()調(diào)用后的采樣數(shù)據(jù)位置；
  b. self.matched，wait()調(diào)用后道通匹配信息；

1. python層包裝類Decoder
   繼承至c底層包裝的類，由c底層實(shí)例化并調(diào)用python類的方法，代碼如下：

    import sigrokdecode as srd
    class Decoder(srd.Decoder):
   

   子類Decoder的方法有：

• reset方法
  這里做一些變量值的重置，以及類的私有變量的定義。變量的定義如：

    self.name = 'abc'
  

• start方法
  在解碼任務(wù)開始執(zhí)行前，c底層代碼會(huì)調(diào)用一次start函數(shù)，這里主要是做一些初始化工作，比如注冊(cè)消息類型，如：

    self.out_ann = self.register(srd.OUTPUT_ANN)
    self.out_py = self.register(srd.OUTPUT_PYTHON)
  

• decode方法
  由c底層調(diào)用，在解碼任務(wù)開始時(shí)，c底層啟動(dòng)一個(gè)線程，然后在線程里調(diào)用decode方法。
  在這個(gè)函數(shù)里，一直循環(huán)調(diào)用wait函數(shù)，不斷從c底層讀取符合邊沿條件的數(shù)據(jù)，如：

    while True:
        (a,b) = self.wait()
  

  (a,b)元組里的變量數(shù)跟聲明的chnnaels里聲明的通道數(shù)一致，包括可選的通道上。

解碼任務(wù)執(zhí)行流程：

• (1) 解碼任務(wù)開始啟動(dòng)；
• (2) 上層將采樣數(shù)據(jù)分批推送到底層；
• (3) 底層檢測(cè)并啟動(dòng)一個(gè)線程，該線程調(diào)用python層的decode函數(shù)，不斷處理上層推送的數(shù)據(jù)；
• (4) python層經(jīng)過一系列的計(jì)算處理，生成解碼結(jié)果，通過put函數(shù)輸出到c底層；
• (5) 當(dāng)所有數(shù)據(jù)推送完成并經(jīng)過python層處理，解碼任務(wù)結(jié)束；

七、框架升級(jí)更新記錄

??在DSView版本1.2.0以上，更新以下功能：

1. end方法
   python層的方法，當(dāng)所有數(shù)據(jù)處理完成后會(huì)被c底層觸發(fā)
2. self.last_samplenum屬性
   c底層提供的屬性，其值為所有數(shù)據(jù)推送完成后最后的數(shù)據(jù)樣位置。當(dāng)存在end方法時(shí)，該屬性將被設(shè)置
3. 數(shù)據(jù)多種顯示格式
   顯示的annotation數(shù)據(jù)部分，可以在2進(jìn)制、16進(jìn)制、8進(jìn)制、10進(jìn)制、ascii格式間轉(zhuǎn)換。

   self.put(s, e, self.out_ann, [1,['%02X' % value])
   

   put函數(shù)將數(shù)據(jù)輸出c底層，并在屏幕上顯示。其中，value為要顯示的數(shù)據(jù)。在輸出到時(shí)需要轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制的字符串。當(dāng)需要讓數(shù)據(jù)支持在多種格式間轉(zhuǎn)換時(shí)，代碼修改如下：

   self.put(s, e, self.out_ann, [1,['@' + '%02X' % value])
   

   它是通過在數(shù)據(jù)部分前加@符號(hào)，告訴c底層這一部分內(nèi)空是數(shù)據(jù)部分，如：
   '@66FB'
   如果存在前綴文字，需要將格式部分和數(shù)據(jù)部分開，如：
   ['Data:{$}','D:{$}', '@66FB']
   {$}是占位符，系統(tǒng)將數(shù)據(jù)部分格式化后替換掉占位符，就會(huì)變成：Data:66FB

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1. 協(xié)議基礎(chǔ)

1.1.????協(xié)議簡(jiǎn)介

? ?UART是“Universal Asynchronous Receiver/Transmitter”，通用異步收發(fā)器的縮寫。在19世紀(jì)60年代，為了解決計(jì)算機(jī)和電傳打字機(jī)通信，Bell發(fā)明了 UART協(xié)議，將并行輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成串行輸出信號(hào)。因?yàn)閁ART簡(jiǎn)單實(shí)用的特性，其已經(jīng)成為一種使用非常廣泛的通訊協(xié)議。我們?nèi)粘＝佑|到的串口，RS232，RS485等總線，內(nèi)部使用的基本都是 UART協(xié)議 。

? ?為了更好的理解和分析協(xié)議與總線的關(guān)系，我們通常把一個(gè)完整的通訊規(guī)范劃分成物理層，協(xié)議層以及應(yīng)用層。物理層只定義真實(shí)的信號(hào)特性（比如電壓，電流，驅(qū)動(dòng)能力等），以及電信號(hào)與邏輯信號(hào)0和1的對(duì)應(yīng)關(guān)系；協(xié)議層不關(guān)心底層的0和1具體怎么實(shí)現(xiàn)，只規(guī)定邏輯信號(hào)的協(xié)議規(guī)范以及通訊過程（例如起始，數(shù)據(jù)以及結(jié)束等）；應(yīng)用層不關(guān)心數(shù)據(jù)是怎么獲取的，只定義數(shù)據(jù)表示的意義，以及如何實(shí)現(xiàn)具體的業(yè)務(wù)邏輯。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 1?1 通訊協(xié)議的分層實(shí)現(xiàn)

? ? ?最簡(jiǎn)單的UART協(xié)議應(yīng)用，通常物理層只需要兩根傳輸線，一根用于發(fā)送，一根用于接收，從而實(shí)現(xiàn)全雙工通訊。對(duì)于單向傳輸，也可以只使用一根傳輸線。此類應(yīng)用最典型的實(shí)例就是單片機(jī)的RX/TX端口互相連接，從而實(shí)現(xiàn)基于TTL電平的UART通訊。對(duì)于不同的傳輸距離以及可靠性的要求，替換不同的物理層實(shí)現(xiàn)既可以得到我們常見的RS232、RS485等通訊總線。

1.2.???不同的物理層實(shí)現(xiàn)

? ? ?由于UART協(xié)議層的輸入是邏輯0/1信號(hào)，而邏輯0/1信號(hào)在物理層可以通過不同的電平標(biāo)準(zhǔn)來(lái)區(qū)分。針對(duì)不同的通訊需求，便可以使用不同的物理層實(shí)現(xiàn)。例如簡(jiǎn)單的板內(nèi)通訊，或者常見的設(shè)備調(diào)試場(chǎng)景，使用簡(jiǎn)單的LVTTL/TTL電平即可在兩個(gè)設(shè)備間進(jìn)行UART協(xié)議通訊。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 1?2 不同的物理層電平標(biāo)準(zhǔn)

? ? ? 通用的串口則使用的是RS232電平，可以增加傳輸距離，并且抵抗一定程度的信號(hào)干擾。付出的成本則是在物理層需要對(duì)應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，發(fā)送端需要將內(nèi)部的高低電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓更高的+/-電壓信號(hào)，接收端需要將+/-電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的高低電平信號(hào)。

在工業(yè)通訊的場(chǎng)景下，為了進(jìn)一步提高傳輸距離，以及增強(qiáng)信號(hào)的可靠性，一般會(huì)采用RS485的電平標(biāo)準(zhǔn)。在發(fā)送端將普通的高低電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成一對(duì)差分信號(hào)，在接收端將差分信號(hào)再轉(zhuǎn)換成普通的高低電平信號(hào)。另外，RS485允許總線上連接多達(dá)128收發(fā)器，而TTL或者RS232則是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接。

1.2.1.????基于TTL的UART通訊

? ? ?基于TTL的UART通訊，是UART協(xié)議應(yīng)用最簡(jiǎn)單的使用場(chǎng)景。即直接把數(shù)字I/O輸出的高低電平作為實(shí)際的物理信號(hào)進(jìn)行傳輸。在物理連接上，只需要設(shè)備共地，通過一根信號(hào)線即可完成單向的設(shè)備通訊。如果需要雙向全雙工，使用兩根信號(hào)線即可。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 1?3 基于TTL的UART通訊

? ? ?為了對(duì)比不同物理層實(shí)現(xiàn)的差別，我們可以觀察發(fā)送相同數(shù)據(jù)時(shí)，不同物理層的實(shí)際信號(hào)有何不同。這里以發(fā)送字符‘D‘為例，通過璞石示波器，直接觀察TTL實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)男盘?hào)（探頭接地端連接設(shè)備共地端，探頭信號(hào)端連接上圖藍(lán)色信號(hào)線），可以獲得如圖?1?4所示的信號(hào)波形。從波形可以看出，當(dāng)沒有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，UART信號(hào)會(huì)一直保持在高電平（具體信號(hào)幅度由I/O的供電電壓決定），數(shù)據(jù)傳輸時(shí)信號(hào)發(fā)生跳變，傳輸完成后信號(hào)重新回到空閑的高電平狀態(tài)。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 1?4 TTL的UART信號(hào)波形

1.2.2.?????基于RS232的UART通訊

? ? ? 為了增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，以增加傳輸距離和可靠性，RS232總線采用了雙極性電壓信號(hào)來(lái)進(jìn)行物理傳輸。信號(hào)在發(fā)送/接收之前，通過電平轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)內(nèi)部信號(hào)和總線信號(hào)的互相轉(zhuǎn)換。連接方式和TTL電平完全相同，整個(gè)物理層只是多了一層電平轉(zhuǎn)換。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 1?5 基于RS232的UART通訊

同樣以發(fā)送字符‘D‘為例，璞石示波器的探頭連接到信號(hào)端，可以采集到如圖?1?6所示的實(shí)際波形?？梢钥闯?，RS232波形在空閑時(shí)為負(fù)電壓，當(dāng)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，信號(hào)開始在正負(fù)電壓之間跳變，傳輸完成后重新回到空閑的負(fù)電壓狀態(tài)。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 1?6 RS232的UART波形

1.2.3.?????基于RS485的UART通訊

? ? ? RS485為復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)，和其它UART協(xié)議的物理層相比，RS485總線最大的特點(diǎn)就是使用了差分信號(hào)傳輸。信號(hào)在發(fā)送之前，通過RS485的收發(fā)器把單端信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)，再發(fā)送到總線上進(jìn)行傳輸；同樣在接收之前，總線上的差分信號(hào)通過收發(fā)器的轉(zhuǎn)換變成單端信號(hào)再送給UART控制器進(jìn)行接收。在RS485總線上，如果希望進(jìn)行全雙工的雙向通訊，需要兩對(duì)差分信號(hào)線（即4根信號(hào)線）。如果只進(jìn)行半雙工的雙向通訊，則僅需要一對(duì)差分信號(hào)即可。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 1?7 基于RS485的UART通訊

? ? ? 還是以發(fā)送字符‘D‘為例，使用璞石示波器2個(gè)通道的探頭（共參考地），分別連接到其中一對(duì)差分信號(hào)的A/B端，可以采集到如圖?1?8所示的實(shí)際波形?？梢钥闯?，A/B端的波形為互補(bǔ)關(guān)系。A端波形為正向邏輯（空閑時(shí)為正電壓），B端波形為反向邏輯（空閑時(shí)為負(fù)電壓）。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 1?8 RS485的UART波形

2.????????協(xié)議規(guī)范

2.1.??????UART幀結(jié)構(gòu)

? ? ? 在上一節(jié)的介紹中，我們通過璞石示波器觀察了實(shí)際的UART波形，那么這個(gè)波形到底是怎么被準(zhǔn)確的識(shí)別成字符‘D‘，而不是其它內(nèi)容的呢？這就涉及到UART協(xié)議幀結(jié)構(gòu)的定義。如圖?2?1所示：

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 2?1 UART協(xié)議幀結(jié)構(gòu)

? ?當(dāng)兩個(gè)設(shè)備需要通過UART協(xié)議進(jìn)行通訊時(shí)，它們需要同時(shí)約定好以下內(nèi)容：

• 每一位信號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)度T（波特率?= 1/T）
• 幀結(jié)構(gòu)中每一項(xiàng)的具體位數(shù)
• 是否有校驗(yàn)位，以及校驗(yàn)位的機(jī)制（奇/偶/..）

有了這些約定，接收設(shè)備只需要等待起始位的到來(lái)，再對(duì)之后的波形進(jìn)行固定間隔的采樣即可獲得傳輸?shù)木唧w信息。以字符‘D‘的波形為例，其解析過程如圖?2?2所示：

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 2?2 UART波形分析

2.1.1.? ? ?波特率

? ? ? 波特率是UART協(xié)議，或者說(shuō)所有異步串行協(xié)議，非常重要的一個(gè)概念，即單位時(shí)間內(nèi)（1秒）可表示的bit位個(gè)數(shù)，或者也可以表述為bit位寬的倒數(shù)。例如一個(gè)波特率為115200的UART波形表示1秒可容納115200個(gè)bit位，也就是說(shuō)每一位bit數(shù)據(jù)占大約8.68uS的時(shí)長(zhǎng)。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 2?3 波特率的定義

? ? ? ?UART等異步串行協(xié)議，為了簡(jiǎn)化信號(hào)物理連接，降低通訊成本，一般只有一根信號(hào)線，無(wú)法同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)。收/發(fā)設(shè)備為了正確解析波形就需要在相同的波特率設(shè)置下。而相同的波形使用不同的波特率獲取的信息可能會(huì)完全不同。對(duì)于接收設(shè)備來(lái)講，只有起始位可以作為一幀數(shù)據(jù)的同步點(diǎn)，其它數(shù)據(jù)都是通過波特率來(lái)確定具體的取樣位置。

還是以字符‘D’的波形為例，如圖?2?4所示，如果用錯(cuò)誤的波特率接收，就可能會(huì)得到完全錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)信息。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 2?4 波特率錯(cuò)誤

2.1.2.?????空閑位

? ? ? 設(shè)備之間不傳輸數(shù)據(jù)時(shí)以持續(xù)的高電平表示空閑。空閑位持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，兩個(gè)數(shù)據(jù)幀間隔也越長(zhǎng)，單位時(shí)間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)就越少。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 2?5 空閑位

2.1.3.??????起始位

UART接收端會(huì)一直檢測(cè)信號(hào)線上的電平變化，開始傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端將信號(hào)線從高電平拉到低電平結(jié)束空閑狀態(tài)，并保持一個(gè)bit位的時(shí)長(zhǎng)。接收器檢測(cè)到高低電平轉(zhuǎn)換時(shí)，開始接收信號(hào)。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 2?6 起始位

2.1.4.?????數(shù)據(jù)位

? ? ? 數(shù)據(jù)位包含傳輸?shù)膶?shí)際數(shù)據(jù)，如果使用了奇偶校驗(yàn)，那么數(shù)據(jù)位長(zhǎng)為5~8 bits，如果沒有使用奇偶校驗(yàn)，則位長(zhǎng)為5~9 bits。在一般情況下，數(shù)據(jù)位為?8 bits，數(shù)據(jù)首先從最低有效位開始發(fā)送，高位在后。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 2?7 數(shù)據(jù)位

2.1.5.????校驗(yàn)位

? ? 校驗(yàn)位可以用來(lái)提高傳輸?shù)目煽啃浴Ｈ绻盘?hào)在傳輸過程中因?yàn)楦蓴_而導(dǎo)致某些位置的電平產(chǎn)生錯(cuò)誤，通過計(jì)算接收的數(shù)據(jù)和校驗(yàn)位是否匹配即可判斷數(shù)據(jù)是否有傳輸錯(cuò)誤，從而給應(yīng)用層提供有效信息來(lái)決定接受/丟棄對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 2?8 校驗(yàn)位

2.1.6.????停止位

? ? ? 停止位表示一幀數(shù)據(jù)的結(jié)束，實(shí)際信號(hào)是一段時(shí)間的高電平。停止位的時(shí)間長(zhǎng)短可以設(shè)置為1、1.5或者2bits的停止位。大部分情況使用1bit的停止位。

因?yàn)閁ART是一個(gè)異步協(xié)議，每一幀的開頭可以用跳變沿來(lái)同步，但是停止位只能通過波特率來(lái)計(jì)算相對(duì)位置，如果在停止位的位置識(shí)別到一個(gè)低電平，則會(huì)產(chǎn)生幀錯(cuò)誤。在通訊過程中，為了減少波特率的誤差導(dǎo)致的問題，可以設(shè)置不同的停止位長(zhǎng)度來(lái)適配。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 2?9 停止位

3.???使用邏輯分析儀分析UART通訊

3.1.????示波器vs邏輯分析儀

? ? ? ?示波器作為主要的通用測(cè)試測(cè)量?jī)x器，在觀察模擬信號(hào)的細(xì)節(jié)方面有著天然的優(yōu)勢(shì)。比如說(shuō)實(shí)時(shí)運(yùn)行，配合高波形刷新率，可以方便的觀察到突發(fā)的異常信號(hào)；再比如進(jìn)行噪聲評(píng)估以及信號(hào)質(zhì)量?jī)?yōu)化時(shí)，示波器可以很好的對(duì)比同一條總線上，不同節(jié)點(diǎn)上信號(hào)的異同，從而找出隱藏的信號(hào)完整性問題。

? ? ? 但是示波器亦天然有著一些不方便的地方，除去通道少，屏幕普遍偏小，操作沒有電腦+鼠標(biāo)的方式靈活可控這些形態(tài)上的問題，針對(duì)數(shù)字信號(hào)的采集和分析，示波器最大的問題就是存儲(chǔ)深度太小。一臺(tái)幾十萬(wàn)元的示波器存儲(chǔ)深度也可能只有幾百M(fèi)pts。同時(shí)，因?yàn)榇鎯?chǔ)深度的限制，當(dāng)需要做稍微長(zhǎng)一點(diǎn)時(shí)間的采集時(shí)，示波器的真實(shí)采樣率就會(huì)劇烈的下降，導(dǎo)致采集到的波形無(wú)法還原真實(shí)的信號(hào)，失去了分析的意義。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 3?1 璞石示波器分析UART信號(hào)

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 3?2 DSLogic分析UART信號(hào)

? ? ? ?邏輯分析儀是只針對(duì)數(shù)字信號(hào)采集和分析而專門設(shè)計(jì)的測(cè)試測(cè)量?jī)x器，其采集出來(lái)的波形結(jié)果只有高低電平兩個(gè)狀態(tài)（也就是邏輯上的0和1）。但是卻很好的彌補(bǔ)了示波器在采集和分析數(shù)字信號(hào)上的不足。

1. ?1.?????大部分邏輯分析儀都是在PC上操作，借助桌面處理器的強(qiáng)大性能，以及成熟操作系統(tǒng)的交互體驗(yàn)，極大了提升了數(shù)字信號(hào)分析的便捷性和效率。
2. ?2.?????邏輯分析儀通道數(shù)多，入門級(jí)別的DSLogic邏輯分析儀就有16個(gè)通道可以同時(shí)采集，用戶也可以以非常合理的成本獲取擁有幾十個(gè)，甚至上百個(gè)通道的邏輯分析儀產(chǎn)品。
3. ?3.?????邏輯分析儀的存儲(chǔ)深度更大，比如DSLogic在stream模式下可以達(dá)到16G的存儲(chǔ)深度，并且同時(shí)保持相當(dāng)高的采樣率，遠(yuǎn)超絕大多數(shù)示波器的采集能力。
4. ?4.?????邏輯分析儀普遍提供豐富的協(xié)議解碼功能，可以對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行深入的分析。例如DSLogic目前支持的解碼協(xié)議就多達(dá)100多種。大部分示波器的解碼能力有限，而且大多需要單獨(dú)購(gòu)買相應(yīng)的插件。

我們接下來(lái)將重點(diǎn)介紹如何使用邏輯分析儀進(jìn)行各種情形下UART信號(hào)的采集和分析。

3.2.????建立邏輯分析儀的測(cè)試環(huán)境

3.2.1.?????DSLogic的連接

DSLogic是一款基于USB連接的便攜式邏輯分析儀。DSLogic主機(jī)負(fù)責(zé)信號(hào)采集和緩存，然后通過USB把數(shù)據(jù)傳輸給PC上的上位機(jī)軟件DSView。DSView負(fù)責(zé)波形數(shù)據(jù)處理，顯示，分析，以及對(duì)應(yīng)的人機(jī)交互功能。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 3?3 連接DSLogic到PC

? ? ?使用時(shí)，只需要將DSLogic主機(jī)通過USB數(shù)據(jù)線直接連接到PC主板上的USB端口，打開DSView軟件，并確認(rèn)DSLogic主機(jī)上的指示燈變?yōu)槌＞G狀態(tài)。此時(shí)便完成了邏輯分析儀的連接和初始化工作。如圖?3?4所示，在DSView軟件上可以觀察到左上角的當(dāng)前設(shè)備名稱，以及對(duì)應(yīng)的連接狀態(tài)。

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 3?4 DSLogic連接狀態(tài)

3.2.2.??????UART信號(hào)連接

? ? ? 對(duì)于所有的測(cè)量來(lái)講，測(cè)試設(shè)備和被測(cè)信號(hào)必須基于一個(gè)共同的參考平面，也就是通常我們所說(shuō)的接地，這樣被測(cè)信號(hào)才能被正確采集和測(cè)量。在某些情況下，會(huì)遇到?jīng)]有做顯性的接地，但是測(cè)量結(jié)果貌似沒有問題的情景，這是因?yàn)闇y(cè)量設(shè)備與被測(cè)信號(hào)通過其它的方式進(jìn)行了共地連接，比如使用的同一個(gè)電源供電，或者參考地同時(shí)接入了市電的接地端等等。但是在進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y(cè)量時(shí)，測(cè)量設(shè)備應(yīng)根據(jù)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行就近接地處理。被測(cè)信號(hào)到測(cè)量設(shè)備的信號(hào)接地端環(huán)路面積越大，信號(hào)就越容易被干擾，從而產(chǎn)生測(cè)量誤差甚至測(cè)量錯(cuò)誤。

? ?針對(duì)UART信號(hào)來(lái)講，接入邏輯分析儀時(shí)，最簡(jiǎn)單的情況只需要連接2根線，一根接參考地，一根接被測(cè)信號(hào)即可。針對(duì)我們之前提到的UART協(xié)議的不同物理層實(shí)現(xiàn)，信號(hào)連接的方式會(huì)稍有不同。

例如對(duì)于TTL電平的UART信號(hào)，除了連接參考地之外，只需要連接需要測(cè)試的信號(hào)（TX或者RX）分別接入邏輯分析儀對(duì)應(yīng)的通道輸入即可。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 3?5 TTL信號(hào)與邏輯分析儀連接

? ? ? 對(duì)于RS232總線信號(hào)，我們既可以直接測(cè)量電平轉(zhuǎn)換之后的總線信號(hào)（DSLogic在排線輸入端的耐壓范圍為+-30V，RS232的+-15V的信號(hào)范圍可以直接接入），也可以測(cè)量電平轉(zhuǎn)換之前的內(nèi)部數(shù)字信號(hào)。其接線的方式和TTL信號(hào)一致，唯一需要注意的是RS232信號(hào)對(duì)電平進(jìn)行了翻轉(zhuǎn)（空閑時(shí)為負(fù)電壓，即低電平），在進(jìn)行UART協(xié)議解碼時(shí)，我們可以在DSView的解碼設(shè)置窗口進(jìn)行對(duì)應(yīng)的信號(hào)電平翻轉(zhuǎn)（Invert Signal選項(xiàng)設(shè)置為yes）。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 3?6 RS232信號(hào)與邏輯分析儀連接

? ? ? RS485總線使用的是差分信號(hào)，當(dāng)我們用邏輯分析儀進(jìn)行信號(hào)采集時(shí)，需要特別注意被測(cè)信號(hào)的連接方式。首先，邏輯分析儀的參考地需要連接到對(duì)應(yīng)的被測(cè)設(shè)備RS485收發(fā)器的參考地，這樣才可以保證邏輯分析儀有正確的電平參考平面；其次，對(duì)于差分信號(hào)，邏輯分析儀只需要采集到與內(nèi)部信號(hào)同極性的高低電平即可。從數(shù)字信號(hào)的角度來(lái)講，差分的方式只是提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃裕辉黾宇~外的信息量。如圖?3?7所示，使用邏輯分析儀測(cè)試485總線信號(hào)時(shí)，連接對(duì)應(yīng)設(shè)備收發(fā)器的參考地，以及差分總線上的的A+信號(hào)即可。

當(dāng)然，如果只能采集到B-信號(hào)，我們也可以在DSView進(jìn)行解碼時(shí)，設(shè)置UART解碼器進(jìn)行信號(hào)翻轉(zhuǎn)的方式來(lái)得到正確的協(xié)議解析結(jié)果。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 3?7 RS485總線與邏輯分析儀連接

3.2.3.??????閾值設(shè)置

? ? ? ?邏輯分析儀的閾值為高低電平的判決電壓，也就是說(shuō)當(dāng)輸入信號(hào)電壓高于閾值電壓時(shí)，采集到的便是高電平；當(dāng)輸入信號(hào)電壓低于閾值電壓時(shí)，采集到的便是低電平。

針對(duì)UART協(xié)議，我們之前已經(jīng)介紹了其有不同的物理層實(shí)現(xiàn)，不同的物理層實(shí)現(xiàn)有不同的電平標(biāo)準(zhǔn)。我們只需要選擇一個(gè)對(duì)應(yīng)的閾值可以區(qū)分不同情況下的高低電平即可。如圖?3?8所示的閾值基本可以滿足這個(gè)要求。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 3?8 UART信號(hào)的閾值設(shè)置

? ? ? 在某些情況下，因?yàn)榕渲没蛘哒{(diào)試的需要，RS485總線的差分信號(hào)幅度可能在比較大的范圍變動(dòng)。因?yàn)镽S485的規(guī)范規(guī)定只要A-B之間的差分電壓大于200mV既可以認(rèn)為是高電平。此時(shí)我們可以借助璞石示波器，觀察實(shí)際的信號(hào)電平幅度，再來(lái)決定合適的閾值設(shè)置。只需要確保設(shè)置的閾值電壓可以合理的分辨出高低電平即可。

3.3.?????簡(jiǎn)單的UART信號(hào)采集

? ??? 絕大部分UART信號(hào)都是低速信號(hào)，例如最常用的波特率115200，表示信號(hào)頻率只有115.2KHz。使用DSLogic的默認(rèn)設(shè)置即可直接采集到此類信號(hào)。此處以主機(jī)固定1s間隔，重復(fù)發(fā)送字符‘D‘為例，介紹如何使用邏輯分析儀采集和分析此類UART信號(hào)。

3.3.1.? ??信號(hào)采集

? ? 在準(zhǔn)備好硬件和信號(hào)連接之后，直接點(diǎn)擊DSView軟件的“開始“按鈕，就可以以默認(rèn)設(shè)置（1MHz采樣率采集1s時(shí)長(zhǎng)）采集被測(cè)信號(hào)。如果希望修改采樣率和采集時(shí)長(zhǎng)，直接在對(duì)應(yīng)下拉框中選擇對(duì)應(yīng)的參數(shù)即可。采樣率的設(shè)置原則推薦為被測(cè)信號(hào)最高頻率的10倍或以上，例如對(duì)于115200波特率的UART信號(hào)，每個(gè)Bit的最大持續(xù)時(shí)間約為8.68μs，當(dāng)選擇1M采樣率時(shí)，每bit信號(hào)會(huì)有8或者9個(gè)采樣點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的相位誤差為+-1/8（12.5%）；當(dāng)選擇10M采樣率時(shí)，每bit信號(hào)會(huì)有86或者87個(gè)采樣點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的相位誤差為+-1/86（1.16%）。當(dāng)然一般情況下也不推薦使用過高的采樣率，因?yàn)椴蓸勇试礁吣懿杉臅r(shí)長(zhǎng)就越短，另外采樣率過高可能采集到慢速信號(hào)單個(gè)跳變沿的多次跳變，從而給協(xié)議解碼帶來(lái)困擾。圖 3?9便是使用默認(rèn)設(shè)置采集得到的信號(hào)波形。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 3?9 默認(rèn)采集

? ? ? ?從圖?3?9可以看出，通道0采集到持續(xù)為高電平的信號(hào)，但是并沒有發(fā)現(xiàn)有任何跳變。仔細(xì)觀察波形窗口上面的時(shí)間標(biāo)尺以及窗口底部的滾動(dòng)條，可以得知當(dāng)前窗口顯示的只是采集到的部分波形，不是全部信號(hào)。此時(shí)可以通過鼠標(biāo)滾輪縮放，或者在波形區(qū)域右鍵雙擊的方式顯示整個(gè)采集時(shí)長(zhǎng)的所有波形。得到如圖?3?10所示的結(jié)果。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 3?10 顯示整個(gè)采集窗口

? ? ? ?在上圖的基礎(chǔ)上，我們希望只觀察通道0的跳變部分?？梢栽凇斑x項(xiàng)”窗口關(guān)閉其它通道的波形顯示，調(diào)節(jié)通道信號(hào)的顯示高度。然后將鼠標(biāo)指向目標(biāo)波形，并同時(shí)通過鼠標(biāo)滾輪放大所指位置的波形；或者可以通過按住鼠標(biāo)右鍵框選希望放大的波形區(qū)域。另外，按住鼠標(biāo)左鍵可以對(duì)波形進(jìn)行左右移動(dòng)。得到如圖?3?11所示的波形細(xì)節(jié)。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 3?11 觀察波形細(xì)節(jié)

? ? ? ?在觀察波形時(shí)，把鼠標(biāo)放到脈沖波形上既可以顯示當(dāng)前信號(hào)的脈沖寬度，周期，頻率以及占空比等信息。同時(shí)，也可以通過鼠標(biāo)雙擊左鍵的方式添加光標(biāo)，移動(dòng)光標(biāo)時(shí)會(huì)自動(dòng)吸附到靠近的跳變沿。

3.3.2.?????UART解碼

? ? 邏輯分析儀采集到的信號(hào)波形只有高低電平（0/1）在時(shí)間上的變化，這不利于我們對(duì)信號(hào)傳輸?shù)倪^程和內(nèi)容進(jìn)行有針對(duì)性的分析。雖然我們可以根據(jù)協(xié)議規(guī)范，用肉眼來(lái)翻譯波形對(duì)應(yīng)的協(xié)議內(nèi)容，但是將大大降低分析的效率。DSView自帶的解碼器可以提供豐富的協(xié)議解碼內(nèi)容，使得枯燥的波形變成有意義的字符，標(biāo)記以及數(shù)據(jù)內(nèi)容。極大的方便了工程師對(duì)信號(hào)的分析和理解，從而找出錯(cuò)誤信息或者關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

在DSView軟件里對(duì)已經(jīng)采集到的波形進(jìn)行協(xié)議解碼非常簡(jiǎn)單，只需要打開“解碼”面板，搜索到對(duì)應(yīng)的解碼器（這里我們選擇1:UART協(xié)議），設(shè)置對(duì)應(yīng)解碼器的選項(xiàng)（包括顯示/通道/幀結(jié)構(gòu)/格式等），確定之后軟件就會(huì)開始對(duì)選定通道進(jìn)行UART的協(xié)議解碼。并在協(xié)議通道顯示解碼的結(jié)果。如圖?3?12所示。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 3?12 添加UART解碼

? ? ? 在選擇解碼器時(shí)，DSView提供便捷的協(xié)議搜索功能，只需要在協(xié)議搜索框輸入關(guān)鍵字符，DSView便會(huì)列出所有包含這些字符的解碼器，用戶在其中選擇正確的解碼器即可。如圖?3?13所示和UART相關(guān)的有兩個(gè)協(xié)議0:UART和1:UART，其中0:UART是一個(gè)簡(jiǎn)化的解碼器，其不進(jìn)行bits信息的解析，也不支持高層協(xié)議的堆疊，當(dāng)我們只想獲取波形對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)時(shí)，可以使用此簡(jiǎn)化協(xié)議來(lái)減少解碼的時(shí)間和占用的內(nèi)存資源。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 3?13 協(xié)議搜索

? ? ? 解碼器的設(shè)置窗口有很多和解碼相關(guān)的設(shè)置選項(xiàng)，不同協(xié)議的設(shè)置窗口內(nèi)容也會(huì)不同。其中有一些所有解碼器都必須設(shè)置的選項(xiàng)，比如通道和協(xié)議信號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。此處我們使用的是通道0抓取的UART信號(hào)，那么對(duì)應(yīng)的需要解碼的通道就應(yīng)該設(shè)置成通道0。

和協(xié)議相關(guān)的設(shè)置選項(xiàng)我們?cè)趲Y(jié)構(gòu)的部分都有詳細(xì)講解，在實(shí)際操作種也可以通過串口的上位機(jī)軟件（串口調(diào)試助手等）來(lái)獲取這些信息。如圖?3?14所示。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 3?14 協(xié)議相關(guān)的選項(xiàng)

? ? 對(duì)于解碼的數(shù)據(jù)內(nèi)容，DSView支持不同的顯示格式。例如之前采集的UART信號(hào)按照ASCII碼的方式顯示字符‘D’，也可以修改成十六進(jìn)制（Hex）的顯示方式，結(jié)果便會(huì)顯示0x44。如圖?3?15所示。目前支持的顯示格式有：hex（十六進(jìn)制）、dec（十進(jìn)制）、oct（八進(jìn)制）、bin（二進(jìn)制）以及ascii碼。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 3?15 格式選擇

3.4.?????單次UART傳輸?shù)牟杉?/strong>