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最詳細(xì)的UART通訊協(xié)議分析在這里

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1. 協(xié)議基礎(chǔ)

1.1.????協(xié)議簡介

? ?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,將并行輸入信號轉(zhuǎn)換成串行輸出信號。因?yàn)閁ART簡單實(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)的信號特性(比如電壓,電流,驅(qū)動(dòng)能力等),以及電信號與邏輯信號0和1的對應(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,而邏輯0/1信號在物理層可以通過不同的電平標(biāo)準(zhǔn)來區(qū)分。針對不同的通訊需求,便可以使用不同的物理層實(shí)現(xiàn)。例如簡單的板內(nèi)通訊,或者常見的設(shè)備調(diào)試場景,使用簡單的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干擾。付出的成本則是在物理層需要對應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換芯片來實(shí)現(xiàn),發(fā)送端需要將內(nèi)部的高低電平信號轉(zhuǎn)換成電壓更高的+/-電壓信號,接收端需要將+/-電壓信號轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的高低電平信號。

在工業(yè)通訊的場景下,為了進(jìn)一步提高傳輸距離,以及增強(qiáng)信號的可靠性,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轉(zhuǎn)換成一對差分信號,在接收端將差分信號再轉(zhuǎn)換成普通的高低電平信號。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)用最簡單的使用場景。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,使用兩根信號線即可。

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

? ? ?為了對比不同物理層實(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)男盘枺ㄌ筋^接地端連接設(shè)備共地端,探頭信號端連接上圖藍(lán)色信號線),可以獲得如圖?1?4所示的信號波形。從波形可以看出,當(dāng)沒有數(shù)據(jù)傳輸時(shí),UART信號會(huì)一直保持在高電平(具體信號幅度由I/O的供電電壓決定),數(shù)據(jù)傳輸時(shí)信號發(fā)生跳變,傳輸完成后信號重新回到空閑的高電平狀態(tài)。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 1?4 TTL的UART信號波形

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來進(jìn)行物理傳輸。信號在發(fā)送/接收之前,通過電平轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)內(nèi)部信號和總線信號的互相轉(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傳輸。信號在發(fā)送之前,通過RS485的收發(fā)器把單端信號轉(zhuǎn)換成差分信號,再發(fā)送到總線上進(jìn)行傳輸;同樣在接收之前,總線上的差分信號通過收發(fā)器的轉(zhuǎn)換變成單端信號再送給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,需要兩對差分信號線(即4根信號線)。如果只進(jìn)行半雙工的雙向通訊,則僅需要一對差分信號即可。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 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差分信號的A/B端,可以采集到如圖?1?8所示的實(shí)際波形??梢钥闯觯珹/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:

  • 每一位信號的時(shí)間長度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,再對之后的波形進(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,也就是說每一位bit數(shù)據(jù)占大約8.68uS的時(shí)長。

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

? ? ? ?UART等異步串行協(xié)議,為了簡化信號物理連接,降低通訊成本,一般只有一根信號線,無法同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號。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。對于接收設(shè)備來講,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??臻e位持續(xù)時(shí)間越長,兩個(gè)數(shù)據(jù)幀間隔也越長,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)一直檢測信號線上的電平變化,開始傳輸數(shù)據(jù)時(shí),發(fā)送端將信號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。接收器檢測到高低電平轉(zhuǎn)換時(shí),開始接收信號。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 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)位長為5~8 bits,如果沒有使用奇偶校驗(yàn),則位長為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)位可以用來提高傳輸?shù)目煽啃?。如果信號在傳輸過程中因?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決定接受/丟棄對應(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)際信號是一段時(shí)間的高電平。停止位的時(shí)間長短可以設(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同步,但是停止位只能通過波特率來計(jì)算相對位置,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)置不同的停止位長度來適配。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?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試測量儀器,在觀察模擬信號的細(xì)節(jié)方面有著天然的優(yōu)勢。比如說實(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;再比如進(jìn)行噪聲評估以及信號質(zhì)量優(yōu)化時(shí),示波器可以很好的對比同一條總線上,不同節(jié)點(diǎn)上信號的異同,從而找出隱藏的信號完整性問題。

? ? ? 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,針對數(shù)字信號的采集和分析,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)致采集到的波形無法還原真實(shí)的信號,失去了分析的意義。

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

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 3?2 DSLogic分析UART信號

? ? ? ?邏輯分析儀是只針對數(shù)字信號采集和分析而專門設(shè)計(jì)的測試測量儀器,其采集出來的波形結(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)字信號分析的便捷性和效率。
  2. ?2.?????邏輯分析儀通道數(shù)多,入門級別的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,可以對數(shù)字信號進(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)購買相應(yīng)的插件。

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

3.2.????建立邏輯分析儀的測試環(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,以及對應(yīng)的連接狀態(tài)。

?

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

3.2.2.??????UART信號連接

? ? ? 對于所有的測量來講,測試設(shè)備和被測信號必須基于一個(gè)共同的參考平面,也就是通常我們所說的接地,這樣被測信號才能被正確采集和測量。在某些情況下,會(huì)遇到?jīng)]有做顯性的接地,但是測量結(jié)果貌似沒有問題的情景,這是因?yàn)闇y量設(shè)備與被測信號通過其它的方式進(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量時(shí),測量設(shè)備應(yīng)根據(jù)被測信號進(jìn)行就近接地處理。被測信號到測量設(shè)備的信號接地端環(huán)路面積越大,信號就越容易被干擾,從而產(chǎn)生測量誤差甚至測量錯(cuò)誤。

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

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

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 3?5 TTL信號與邏輯分析儀連接

? ? ? 對于RS232總線信號,我們既可以直接測量電平轉(zhuǎn)換之后的總線信號(DSLogic在排線輸入端的耐壓范圍為+-30V,RS232的+-15V的信號范圍可以直接接入),也可以測量電平轉(zhuǎn)換之前的內(nèi)部數(shù)字信號。其接線的方式和TTL信號一致,唯一需要注意的是RS232信號對電平進(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)行對應(yīng)的信號電平翻轉(zhuǎn)(Invert Signal選項(xiàng)設(shè)置為yes)。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 3?6 RS232信號與邏輯分析儀連接

? ? ? RS485總線使用的是差分信號,當(dāng)我們用邏輯分析儀進(jìn)行信號采集時(shí),需要特別注意被測信號的連接方式。首先,邏輯分析儀的參考地需要連接到對應(yīng)的被測設(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,對于差分信號,邏輯分析儀只需要采集到與內(nèi)部信號同極性的高低電平即可。從數(shù)字信號的角度來講,差分的方式只是提高信號傳輸?shù)目煽啃裕辉黾宇~外的信息量。如圖?3?7所示,使用邏輯分析儀測試485總線信號時(shí),連接對應(yīng)設(shè)備收發(fā)器的參考地,以及差分總線上的的A+信號即可。

當(dāng)然,如果只能采集到B-信號,我們也可以在DSView進(jìn)行解碼時(shí),設(shè)置UART解碼器進(jìn)行信號翻轉(zhuǎn)的方式來得到正確的協(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,也就是說當(dāng)輸入信號電壓高于閾值電壓時(shí),采集到的便是高電平;當(dāng)輸入信號電壓低于閾值電壓時(shí),采集到的便是低電平。

針對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)際的信號電平幅度,再來決定合適的閾值設(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.?????簡單的UART信號采集

? ??? 絕大部分UART信號都是低速信號,例如最常用的波特率115200,表示信號頻率只有115.2KHz。使用DSLogic的默認(rèn)設(shè)置即可直接采集到此類信號。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。

3.3.1.? ??信號采集

? ? 在準(zhǔn)備好硬件和信號連接之后,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)采集被測信號。如果希望修改采樣率和采集時(shí)長,直接在對應(yīng)下拉框中選擇對應(yīng)的參數(shù)即可。采樣率的設(shè)置原則推薦為被測信號最高頻率的10倍或以上,例如對于115200波特率的UART信號,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信號會(huì)有8或者9個(gè)采樣點(diǎn),對應(yīng)的相位誤差為+-1/8(12.5%);當(dāng)選擇10M采樣率時(shí),每bit信號會(huì)有86或者87個(gè)采樣點(diǎn),對應(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)長就越短,另外采樣率過高可能采集到慢速信號單個(gè)跳變沿的多次跳變,從而給協(xié)議解碼帶來困擾。圖 3?9便是使用默認(rèn)設(shè)置采集得到的信號波形。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?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,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。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。可以在“選項(xiàng)”窗口關(guān)閉其它通道的波形顯示,調(diào)節(jié)通道信號的顯示高度。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,這不利于我們對信號傳輸?shù)倪^程和內(nèi)容進(jìn)行有針對性的分析。雖然我們可以根據(jù)協(xié)議規(guī)范,用肉眼來翻譯波形對應(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信號的分析和理解,從而找出錯(cuò)誤信息或者關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

在DSView軟件里對已經(jīng)采集到的波形進(jìn)行協(xié)議解碼非常簡單,只需要打開“解碼”面板,搜索到對應(yīng)的解碼器(這里我們選擇1:UART協(xié)議),設(shè)置對應(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應(yīng)的數(shù)據(jù)時(shí),可以使用此簡化協(xié)議來減少解碼的時(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)議信號之間的對應(yīng)關(guān)系。此處我們使用的是通道0抓取的UART信號,那么對應(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)我們在幀結(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>

? ? ? 當(dāng)我們要捕獲的波形是一個(gè)偶發(fā)信號時(shí),我們并不知道什么時(shí)候波形會(huì)出現(xiàn),如果使用直接的采集方式可能大部分時(shí)間就只能捕獲到空閑的信號波形,無法抓取到實(shí)際傳輸時(shí)的信號。

這個(gè)時(shí)候便可以通過觸發(fā)來進(jìn)行捕獲。通過設(shè)置對應(yīng)的觸發(fā)條件,我們可以根據(jù)波形的變化來控制信號采集的開始時(shí)間,從而精準(zhǔn)的捕獲到希望看到的信號波形。

3.4.1.????Buffer模式

? ? DSLogic支持兩種采集模式:Stream模式和Buffer模式。在Stream模式下采集到的數(shù)據(jù)會(huì)實(shí)時(shí)的傳輸?shù)絇C,然后由DSView處理。Buffer模式采集到的數(shù)據(jù)會(huì)先緩存在DSLogic的內(nèi)部硬件緩存中,等采集完成后再傳輸?shù)絇C,由DSView處理。

Buffer模式除了可以達(dá)到更高的采樣率這個(gè)優(yōu)點(diǎn)外,還支持更多的觸發(fā)選項(xiàng)和設(shè)置,比如多級觸發(fā),串行觸發(fā)以及觸發(fā)位置的設(shè)置等。而Stream模式僅支持簡單觸發(fā)。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 3?16 模式選擇

3.4.2.?????觸發(fā)設(shè)置

? ? ? 對于簡單觸發(fā),我們可以直接設(shè)置通道旁邊的觸發(fā)選項(xiàng)。其依次對應(yīng)上升沿,高電平,下降沿,低電平以及任意邊沿觸發(fā)。在觸發(fā)面板保持默認(rèn)的簡單觸發(fā)模式即可。例如對于不知道什么時(shí)候發(fā)生的UART傳輸,我們可以選擇下降沿觸發(fā)。當(dāng)UART?信號一直處于空閑狀態(tài)時(shí),觸發(fā)就不會(huì)被滿足。DSLogic會(huì)一直等待觸發(fā)條件的到來,如圖?3?17所示。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 3?17 等待觸發(fā)

當(dāng)UART開始傳輸?shù)谝粋€(gè)起始位時(shí),便會(huì)激活觸發(fā)條件,DSLogic將采集到觸發(fā)時(shí)的信號波形。如圖?3?18所示。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 3?18 觸發(fā)采集

? ? ? 我們考慮復(fù)雜一點(diǎn)的觸發(fā)場景,例如設(shè)備A不斷的隨機(jī)給設(shè)備B發(fā)送數(shù)據(jù),設(shè)備B則根據(jù)設(shè)備A發(fā)送的數(shù)據(jù)內(nèi)容回復(fù)不同的數(shù)據(jù)。如果我們想要知道設(shè)備B發(fā)送數(shù)據(jù)0之前,設(shè)備A給設(shè)備B發(fā)送了哪些數(shù)據(jù),該如何設(shè)置觸發(fā)條件抓到對應(yīng)時(shí)刻的波形呢?

這里有兩個(gè)問題需要解決,首先我們需要設(shè)置觸發(fā)的位置,從而看到觸發(fā)之前的數(shù)據(jù),而不是觸發(fā)之后的數(shù)據(jù);其次我們要找出設(shè)備B發(fā)送數(shù)據(jù)0的波形特征,并把其轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的觸發(fā)條件。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 3?19 觸發(fā)位置

? ? 根據(jù)UART的協(xié)議規(guī)則,發(fā)送數(shù)據(jù)0的波形會(huì)是一個(gè)比較寬的持續(xù)低電平脈沖信號。如果UART的波特率為115200,我們設(shè)置的采樣率為1MHz,數(shù)據(jù)0的波形如圖?3?20所示,將會(huì)是一個(gè)78.125uS左右的低電平脈沖。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 3?20 UART發(fā)送數(shù)據(jù)0

? ? ??要設(shè)置高級觸發(fā)或者觸發(fā)位置都需要buffer模式的支持,需要首先在“選項(xiàng)”設(shè)置“運(yùn)行模式”為“Buffer模式“,同時(shí)不要選中“RLE硬件壓縮“的選項(xiàng)。設(shè)置高級觸發(fā)條件為通道1出現(xiàn)持續(xù)的75個(gè)采樣點(diǎn)的低電平(對應(yīng)1MHz采樣率,也就是75us的低電平),觸發(fā)位置設(shè)置到80%,便于觀察觸發(fā)之前的數(shù)據(jù)。具體設(shè)置如圖?3?21所示。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 3?21 高級觸發(fā)設(shè)置

根據(jù)這個(gè)觸發(fā)條件,當(dāng)設(shè)備B發(fā)送數(shù)據(jù)0時(shí)就會(huì)觸發(fā),采集到的波形如圖?3?22所示。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 3?22 觸發(fā)位置

3.4.3.?????重復(fù)采集

? ? ?在某些情況下,我們需要?jiǎng)討B(tài)的觀察一些信號的狀態(tài),比如每次Burst發(fā)送的數(shù)據(jù)內(nèi)容,但是卻又不知道數(shù)據(jù)什么時(shí)候發(fā)出,不可能頻繁的去點(diǎn)擊”開始“按鈕。DSView提供了”重復(fù)“采集的模式,可以在滿足觸發(fā)時(shí)自動(dòng)采集并更新波形。當(dāng)我們調(diào)試一些周期的突發(fā)信號時(shí),便可以通過重復(fù)模式非常方便的觀察動(dòng)態(tài)的采集和協(xié)議解析的結(jié)果。

重復(fù)模式可以按圖?3?23所示進(jìn)行設(shè)置。重復(fù)間隔是指兩次采樣之間至少停留的時(shí)間,方便觀察上一次采集的波形和解碼結(jié)果。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 3?23 重復(fù)采集模式

3.5.?????????長時(shí)間UART傳輸?shù)牟杉?/strong>

? ? 當(dāng)需要采集超長時(shí)間的波形進(jìn)行分析時(shí),我們可以使用Stream模式。DSLogic在Stream模式下可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)通道16G的采樣深度。在1MHz的采樣率下,采集時(shí)長可以達(dá)到16G/1M?≈?16000s,也就是4個(gè)多小時(shí)。

3.5.1.???Stream模式

Stream模式的設(shè)置如圖?3?24所示,不同的DSLogic硬件版本支持不同的stream模式通道選項(xiàng)。對于U3Pro16來講,基于USB3.0的端口,可以實(shí)現(xiàn)3通道@最高1GHz采樣率,6通道@最高500MHz采樣率,12通道@最高250MHz采樣率以及16通道@最高125MHz采樣率。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 3?24 Stream模式設(shè)置

當(dāng)采集的數(shù)據(jù)量比較大時(shí),可以使用0:UART協(xié)議進(jìn)行解碼,和1:UART相比,其省略了bits信息的輸出,不支持高層協(xié)議堆疊,可以縮短解碼時(shí)間,減少內(nèi)存占用。其它功能和1:UART相同。解碼效果如圖?3?25所示。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 3?25 0:UART解碼大量數(shù)據(jù)

3.5.2.????協(xié)議列表顯示

? ? ? 如下圖所示,圖形化的解碼結(jié)果是和采集到的波形在時(shí)間上完全保持同步的,這有助于我們理解波形和找到問題,但同時(shí)因?yàn)闀r(shí)間的顯示比例問題,不利于對解碼結(jié)果的查看。列表顯示可以很好的彌補(bǔ)這一缺陷,使得查看和分析大量的解碼內(nèi)容變得簡單。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 3?26 列表顯示

? ? DSView提供在圖形結(jié)果和列表結(jié)果之間進(jìn)行跳轉(zhuǎn)的方式。在列表結(jié)果中單擊任意一行即可自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)的波形結(jié)果,同時(shí)你還可以在列表的選項(xiàng)里面選擇跳轉(zhuǎn)時(shí)是自動(dòng)放大波形進(jìn)行顯示,還是固定波形當(dāng)前的縮放比列。另外,當(dāng)我們查看某一個(gè)時(shí)刻的波形時(shí),如果希望跳轉(zhuǎn)到這段波形對應(yīng)的解碼結(jié)果在列表顯示的位置,只需要點(diǎn)擊列表顯示窗口右上角的定位按鈕即可。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 3?27 列表和圖形解碼的跳轉(zhuǎn)

? ? ? 另外,通過列表顯示還可以把解碼的內(nèi)容導(dǎo)出到文件。如上圖所示,點(diǎn)擊列表顯示的“保存”按鈕,可以選擇把當(dāng)前解碼的內(nèi)容導(dǎo)出到csv或者txt文件,方便進(jìn)行更多的第三方數(shù)據(jù)處理,比如輸入到matlab進(jìn)行分析,或者作為其它軟件的數(shù)據(jù)輸入。

3.5.3.??????解碼數(shù)據(jù)搜索

? ? 列表顯示的另一個(gè)優(yōu)勢就是可以把解碼結(jié)果當(dāng)成字符串進(jìn)行結(jié)果搜索,比如搜索特定操作,或者特定字節(jié)數(shù)據(jù),可以快速定位需要查看的位置。

在搜索框中輸入需要搜索的關(guān)鍵字,然后按向前/向后按鈕即可找到包含關(guān)鍵字的解碼內(nèi)容,同時(shí)波形界面也會(huì)跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)位置,以供分析。如果正在分析某一段的解析結(jié)果,可以單擊選中列表的某一行,向前/向后按鈕則會(huì)以這一行為起始位置,查找前一個(gè)和后一個(gè)匹配項(xiàng),而不用從頭開始查找。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 3?28 協(xié)議內(nèi)容搜索

對于UART協(xié)議,DSView還支持多行數(shù)據(jù)搜索??梢杂糜诓檎覕?shù)據(jù)中出現(xiàn)的某些連續(xù)的字符串結(jié)果。如圖?3?29所示,多行數(shù)據(jù)搜索通過“-“字符來連接多個(gè)關(guān)鍵字。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 3?29 多行數(shù)據(jù)搜索

3.5.4.??????波形搜索

? ??? DSView不僅支持解碼結(jié)果的搜索,還支持原始波形的搜索功能。在很多場景可以快速的定位波形。例如波形突發(fā)傳輸時(shí),因?yàn)榭臻e周期比較長,無法同時(shí)看到多次傳輸?shù)募?xì)節(jié)波形,可以使用波形搜索,在查看完前一時(shí)刻的波形,保證縮放比列不變的情況下,立即跳轉(zhuǎn)到下一次的波形跳變處。

選中“搜索”工具欄,軟件窗口的下方會(huì)出現(xiàn)搜索框,單擊搜索框,彈出搜索設(shè)置窗口,確定通道跳變沿,即可通過左右鍵搜索符合條件的波形。同時(shí),也可以手動(dòng)移動(dòng)搜索光標(biāo),以確定搜索的起始位置。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 3?30 波形搜索

選中搜索之后會(huì)出現(xiàn)帶“S”標(biāo)記的光標(biāo),初始狀態(tài)為灰色,如果點(diǎn)擊左/右搜索,并查找到了符合條件的波形,光標(biāo)會(huì)變成藍(lán)色,并自動(dòng)移動(dòng)到搜索的位置。如果手動(dòng)移動(dòng)了“S”光標(biāo),光標(biāo)會(huì)重新變?yōu)榛疑?/p>

3.5.5.????光標(biāo)運(yùn)用

? ? ? DSView支持豐富的光標(biāo)操作,不僅可以通過光標(biāo)進(jìn)行時(shí)序的測量,還可以通過光標(biāo)來標(biāo)記和追蹤特殊波形。當(dāng)波形空閑或者間隔時(shí)間較長時(shí),可在每一個(gè)感興趣的位置都插入光標(biāo),想要跳轉(zhuǎn)到某一個(gè)感興趣的波形時(shí),只需要在標(biāo)尺區(qū)域點(diǎn)擊右鍵,再點(diǎn)擊想要跳轉(zhuǎn)的光標(biāo)序號,既可以跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)的光標(biāo)位置。

如果想移動(dòng)光標(biāo),只需要將鼠標(biāo)移動(dòng)到光標(biāo)附近,當(dāng)光標(biāo)出現(xiàn)加粗顯示時(shí),單擊鼠標(biāo)左鍵即可選中,此時(shí)光標(biāo)便會(huì)跟隨鼠標(biāo)移動(dòng),確定位置后再次單擊左鍵即可釋放光標(biāo)。當(dāng)希望光標(biāo)吸附到特定通道波形的某一個(gè)跳邊沿時(shí),只需要將移動(dòng)光標(biāo)時(shí)的鼠標(biāo)靠近跳變沿附近,光標(biāo)會(huì)自動(dòng)

吸附到跳邊沿位置。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖4-13 光標(biāo)運(yùn)用

3.5.6.??????鼠標(biāo)測量

? ? ? 除了基于光標(biāo)的測量,DSView還提供了更加便捷的鼠標(biāo)測量功能。例如當(dāng)前脈寬,周期,占空比以及頻率的測量(只需要將鼠標(biāo)放到變化的脈沖上);邊沿個(gè)數(shù)的測量(在波形上點(diǎn)擊開始和結(jié)束位置便會(huì)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)此區(qū)間的跳變沿);以及邊沿距離的測量(鼠標(biāo)點(diǎn)擊起始邊沿,再移動(dòng)到結(jié)束邊沿即可)。

如圖?3?31所示,移動(dòng)鼠標(biāo)到起始跳變沿的位置,單擊鼠標(biāo)左鍵,選中起始跳變沿,移動(dòng)鼠標(biāo)到結(jié)束跳變沿的位置,便會(huì)顯示兩個(gè)跳變沿之間的距離(時(shí)長/采樣間隔點(diǎn)),再次單擊鼠標(biāo)左鍵完成測量。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 3?31 跳變沿間距

4.????常見問題

4.1.?????????確定未知的波特率

? ? ? ?當(dāng)我們無法事先獲取UART波形的波特率時(shí),也可以通過采集到的波形來猜測真實(shí)的波特率。DSView提供“Guess bitrate”的解碼器來猜測任意波形串的波特率參數(shù)。Guess bitrate?的原理就是依次找到波形中最窄的脈寬,作為一個(gè)bit的波形寬度,然后計(jì)算其倒數(shù)作為波特率。所以其可能出現(xiàn)多個(gè)結(jié)果,我們只需要觀察對應(yīng)的脈沖是不是合理的脈寬,然后選擇最大的波特率結(jié)果即可。如圖?4?1所示。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 4?1 猜測波特率

獲取到波特率之后,便可以設(shè)置到UART解碼器的選項(xiàng)中。因?yàn)?UART協(xié)議每次起始位都會(huì)重新同步,所以波特率的誤差只會(huì)在一幀數(shù)據(jù)中累計(jì),只要一幀以內(nèi)的誤差沒有超過bit位的邊界,便可以得到正確的解碼結(jié)果。

當(dāng)然,如果波形樣本較少,比如波形中沒有出現(xiàn)過單個(gè)bit寬度的脈沖,那么猜測的波特率很可能不正確,導(dǎo)致解碼結(jié)果錯(cuò)誤。當(dāng)有不符合協(xié)議的波形出現(xiàn)時(shí),UART解碼器也會(huì)給出可能的錯(cuò)誤提示,比如frame error等,如圖?4?2所示。有經(jīng)驗(yàn)的工程師可以通過觀察波形和解碼結(jié)果,去調(diào)整波特率,以便獲得正確的解碼結(jié)果。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 4?2 解碼錯(cuò)誤

4.2.?????????反相信號的解碼

? ? ?在之前的章節(jié)我們提到,UART協(xié)議可以通過不同的物理信號進(jìn)行傳輸,有些物理層的信號可能與協(xié)議信號是反向的關(guān)系(高低電平互換),比如RS232,或者RS485差分信號當(dāng)中的B-信號。當(dāng)我們采集到的信號是反向時(shí),DSView的UART解碼器也可以通過設(shè)置來獲取正確的解碼結(jié)果。

用戶只需要在UART解碼器的設(shè)置中將“Invert Signal ?”選項(xiàng)設(shè)置為“yes”即可。反向信號的解碼如下圖所示。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 4?3 反向信號的UART解碼

4.3.?????多組UART通訊的解碼

? ? ? DSView的UART解碼器特意設(shè)計(jì)成單通道的方式,這樣可以方便多路通訊進(jìn)行解碼時(shí)通道的任意設(shè)置。例如對于一個(gè)全雙工的UART通訊,既有TX信號又有RX信號,那么我們只需要分別添加兩個(gè)UART解碼器來對應(yīng)TX和RX的解碼即可。

如下圖所示,便是同時(shí)對3路UART信號進(jìn)行解碼的情況。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 4?4 多路解碼器

4.4.????起始位置導(dǎo)致的解碼錯(cuò)誤

? ? ? 對于任何通訊過程來講,設(shè)備必須從初始狀態(tài)出發(fā),才能正確的接收到通訊內(nèi)容,也就是正確的對協(xié)議幀進(jìn)行識(shí)別和分析。對于邏輯分析儀來講也是一樣,如果信號的采集正好從一幀數(shù)據(jù)的中間開始,那么錯(cuò)誤的起始位置很可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的解碼結(jié)果。如下圖所示,設(shè)備不停的發(fā)送字符串“DreamSourceLab“,但是因?yàn)槭状尾东@的位置正好位于數(shù)據(jù)幀的中間,導(dǎo)致第一段波形的解碼變成了亂碼。

? ? ? ??

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 4?5 波形截?cái)噱e(cuò)誤

為了避免錯(cuò)誤的解碼數(shù)據(jù),我們可以人為的設(shè)置解碼的起始位置以及結(jié)束位置,從而避免被截?cái)嗟臄?shù)據(jù)幀導(dǎo)致的解碼錯(cuò)誤。解碼位置可以是任意光標(biāo)的指定位置,操作時(shí)只需要在插入對應(yīng)的光標(biāo)后,解碼器的設(shè)置里面設(shè)置對應(yīng)的起始和結(jié)束位置即可。如下圖所示,設(shè)置起始位置避免了第一段截?cái)嗖ㄐ蔚腻e(cuò)誤解碼。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 4?6 區(qū)域解碼

5.???進(jìn)階分析

5.1.???多層協(xié)議解析

? ? ? ?UART是一種使用非常廣泛的基礎(chǔ)協(xié)議,有很多在實(shí)際應(yīng)用中使用的傳輸協(xié)議都是在UART的基礎(chǔ)上擴(kuò)展而來。例如:DMX512,LIN,MIDI以及Modbus等,其底層的通訊基礎(chǔ)都是UART協(xié)議。、

根據(jù)這個(gè)特點(diǎn),DSView同時(shí)支持多層協(xié)議的解析堆疊。當(dāng)我們添加一個(gè)復(fù)雜協(xié)議的解碼器時(shí),DSView會(huì)自動(dòng)從頂層構(gòu)建整個(gè)協(xié)議棧,從而使得解碼的結(jié)果更加豐富和完善,非常有助于用戶對協(xié)議的深入分析和理解。

我們以Modbus RTU為例,來了解一下DSView分析多層協(xié)議的過程?;赨ART的字節(jié)傳輸功能,Modbus RTU詳細(xì)的規(guī)定了每個(gè)字節(jié)的具體意義,這樣通過把多個(gè)UART協(xié)議幀組合在一起便形成了Modbus的幀結(jié)構(gòu)。如下圖所示。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 5?1 Modbus RTU主站設(shè)備請求幀格式

在使用DSView進(jìn)行此類協(xié)議解碼時(shí),只需要在協(xié)議搜索框輸入對應(yīng)的協(xié)議并添加即可。DSView會(huì)自動(dòng)構(gòu)建整個(gè)堆疊協(xié)議的設(shè)置頁面,如下圖所示,用戶進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置即可。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 5?2 Modbus解碼器的設(shè)置

? ? ?如下圖所示,從Modbus RTU的解碼結(jié)果可以清晰的看出協(xié)議的堆疊結(jié)構(gòu)。每一幀的Modbus由8個(gè)UART字節(jié)幀組成。Modbus幀的內(nèi)容也會(huì)有清晰的注釋標(biāo)明其具體的含義。當(dāng)出現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤時(shí),這樣的解碼結(jié)果可以非常清晰的定位錯(cuò)誤的位置,以及錯(cuò)誤的原因(是底層UART的問題,還是Modbus協(xié)議層的問題)。如果不希望看到底層的細(xì)節(jié),在解碼器的設(shè)置頁面把對應(yīng)的解碼內(nèi)容隱藏即可。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 5?3 Modbus解碼

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