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在嵌入式系統的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，串行總線(xiàn)的協(xié)議分析一直是一件令工程師頭疼的工作。在有邏輯分析儀的情況下，工程師需要進(jìn)行復雜的觸發(fā)條件設定，才能捕獲到需要的數據，這樣既需要昂貴的設備投資也要花費大量的時(shí)間進(jìn)行儀器設置;隨著(zhù)示波器技術(shù)的不斷發(fā)展，串行總線(xiàn)觸發(fā)和分析功能在一些高端示波器中出現，并受到嵌入式工程師的歡迎。但不同廠(chǎng)家的示波器在串行總線(xiàn)分析方面的功能和性能是有很大區別的。 使用示波器進(jìn)行串行總線(xiàn)觸發(fā) 使用普通示波器只能進(jìn)行一般的邊沿觸發(fā)和脈寬觸發(fā)，很難捕捉到復雜的串行總線(xiàn)波形。而使用帶有串行總線(xiàn)觸發(fā)功能的示波器可以方便地捕獲到需要的串行數據。橫河公司的DLM2000系列數字示波器支持多種常用串行總線(xiàn)的觸發(fā)，包括CAN/LIN/I2C/SPI/UART，甚至可以對用戶(hù)自己定義的非標準串行總線(xiàn)進(jìn)行觸發(fā)。根據每種總線(xiàn)結構的不同，可以設置多種觸發(fā)模式。觸發(fā)模式越多，捕獲數據的能力就越強。 在嵌入式系統中，往往同時(shí)存在兩種甚至兩種以上的串行總線(xiàn)結構，例如汽車(chē)電子中CAN和LIN總線(xiàn)經(jīng)常同時(shí)被使用，也經(jīng)常需要分析兩種總線(xiàn)的通訊配合是否出現問(wèn)題。而多數帶串行總線(xiàn)觸發(fā)功能的示波器同時(shí)只能觸發(fā)一種總線(xiàn)，要實(shí)現CAN和LIN總線(xiàn)同時(shí)觸發(fā)，只能使用兩臺示波器，而兩臺示波器的同步問(wèn)題也很難解決。DLM2000系列示波器的雙總線(xiàn)觸發(fā)功能則可以輕松實(shí)現任意兩種串行總線(xiàn)的組合觸發(fā)。 使用示波器進(jìn)行串行總線(xiàn)解碼分析 觸發(fā)到需要的串行數據后，工程師面對的仍然是數據的原始波形，要想進(jìn)行高效的總線(xiàn)分析，需要對波形進(jìn)行解碼。目前，數字示波器中所用的解碼技術(shù)包括軟件解碼和硬件解碼。軟件解碼是將波形數據通過(guò)示波器中的軟件進(jìn)行運算獲得解碼結果，雖然可以降低硬件成本，但對CPU的運算速度要求很高。在實(shí)際應用中，采用軟件解碼的示波器解碼一次需要幾秒甚至十幾秒的時(shí)間。這樣的解碼速度已經(jīng)失去了實(shí)時(shí)分析的意義，因為大多數數據已經(jīng)在等待解碼中丟失了。少數高端示波器采用了硬件解碼技術(shù)解決了這一問(wèn)題，使實(shí)時(shí)解碼分析成為可能。 在顯示解碼結果的同時(shí)，還可以顯示所有捕獲幀的解碼列表，非常便于波形與解碼結果的對應觀(guān)測。 要獲得正確的解碼結果，需要根據不同的總線(xiàn)參數對示波器進(jìn)行設置。以CAN總線(xiàn)分析為例，需要指定總線(xiàn)類(lèi)型為CAN，設置CAN信號對應的通道，通過(guò)調節觸發(fā)電平和時(shí)間軸對CAN總線(xiàn)進(jìn)行觸發(fā)，然后調節比特率，設置隱形電平等，如果是SPI總線(xiàn)，還要指定3線(xiàn)制或4線(xiàn)制，指定時(shí)鐘信號，片選信號。這個(gè)設置過(guò)程需要非常仔細，其中任何一項設置得不合適，解碼結果都有可能出不來(lái)。尤其是比特率設置，稍有誤差，得到的解碼結果有可能就是錯的。 復雜的設置過(guò)程浪費了一部分調試時(shí)間，沒(méi)有充分發(fā)揮示波器提高開(kāi)發(fā)效率的作用。而DLM2000示波器實(shí)現了串行總線(xiàn)觸發(fā)和解碼分析的自動(dòng)設置，用戶(hù)只需要設置好總線(xiàn)類(lèi)型和信號源通道，系統便可以自動(dòng)調整比特率，觸發(fā)電平，隱形電平等其他設置，在短短兩秒鐘內就可以將觸發(fā)波形和解碼結果同步顯示出來(lái)。這一功能使繁瑣的串行總線(xiàn)設置變得非常方便，大大提高了工程師的開(kāi)發(fā)效率。 下面就幾種常用的串行總線(xiàn)介紹一下使用示波器進(jìn)行串行總線(xiàn)分析的技巧。 CAN總線(xiàn)控制過(guò)程的記錄和分析 在進(jìn)行CAN總線(xiàn)分析時(shí)，工程師通常希望示波器能夠捕獲某個(gè)完整的控制過(guò)程，比如車(chē)窗的開(kāi)啟或關(guān)閉過(guò)程。這些過(guò)程通常會(huì )持續幾秒鐘或十幾秒鐘時(shí)間，記錄這么長(cháng)時(shí)間的數據要求示波器有很大的存儲深度。而目前200MHz~500MHz帶寬的示波器一般每個(gè)通道的存儲深度只有10Mpoints以下，想記錄幾秒鐘的CAN總線(xiàn)波形是很難做到的。DLM2000可以擴充到單通道125Mpoints，這樣就可以完整地記錄一個(gè)十幾秒甚至更長(cháng)的控制過(guò)程。 對于一個(gè)過(guò)程的分析，最重要的就是這個(gè)過(guò)程的開(kāi)始階段和結束階段。當捕獲到一個(gè)控制過(guò)程之后，用戶(hù)可以打開(kāi)一個(gè)放大窗口，移動(dòng)到過(guò)程的起始點(diǎn)，觀(guān)測起始點(diǎn)的細節情況。如果想同時(shí)觀(guān)測結束點(diǎn)的細節，一般示波器就無(wú)能為力了，而DLM2000繼承了橫河DL系列示波器的雙窗口放大的獨特功能，可以同時(shí)觀(guān)測兩個(gè)位置的波形細節，并獨立調節縮放比例。 偶發(fā)異常信號的捕獲 在將時(shí)基Time/Div調節到比較小用來(lái)觀(guān)測波形細節時(shí)，有可能會(huì )有一些偶發(fā)的異常信號或者錯誤幀，當用戶(hù)想抓住這些波形時(shí)已經(jīng)來(lái)不及了，如果使用歷史存儲功能(也被稱(chēng)為分段存儲技術(shù))就可以解決這一問(wèn)題。DLM2000可以將大內存平均分割成若干塊，捕獲到的一屏屏波形沒(méi)有被馬上覆蓋掉，而被存入了歷史內存中。這樣的話(huà)，即使發(fā)現異常信號沒(méi)有被鎖定在屏幕上，只要用戶(hù)及時(shí)按下了采集停止鍵，異常信號很容易在歷史內存中被檢索出來(lái)。 CAN/LIN兩種總線(xiàn)同時(shí)觸發(fā)分析 在汽車(chē)電子應用中，CAN總線(xiàn)總是與LIN總線(xiàn)配合使用，所以經(jīng)常會(huì )需要同時(shí)分析CAN總線(xiàn)和LIN總線(xiàn)。前面已經(jīng)介紹過(guò)，DLM2000具有雙總線(xiàn)觸發(fā)功能，可以同時(shí)進(jìn)行CAN和LIN總線(xiàn)的組合觸發(fā)。不但如此，兩種總線(xiàn)的解碼分析也可以同步進(jìn)行。如圖5所示，兩種總線(xiàn)的解碼結果列表可以同時(shí)顯示在屏幕上，利用雙窗口放大功能可以分別觀(guān)測兩種總線(xiàn)的波形細節。當在列表中選擇不同的解碼項時(shí)，放大窗口的波形會(huì )自動(dòng)切換到所對應的波形，非常便于觀(guān)測。 CAN總線(xiàn)比特率設置 CAN總線(xiàn)的標準速率一般是250kbit/s或500kbit/s。但是在研發(fā)階段，出于開(kāi)發(fā)測試需要，工程師經(jīng)常會(huì )將比特率調低或者調高，這樣如果示波器的總線(xiàn)參數只能設定為250kbit/s或500kbit/s，則不能對非標準速率的CAN總線(xiàn)進(jìn)行解碼。DLM2000可以靈活設置總線(xiàn)比特率，CAN總線(xiàn)速率可以在10.0kbit/s至1.000Mbit/s的范圍內以0.1kbit/s的步進(jìn)值任意設定。 靈活使用濾波功能 在汽車(chē)電子實(shí)驗室的實(shí)際測試中，CAN總線(xiàn)信號會(huì )受到馬達點(diǎn)火等因素的干擾，使捕獲的波形帶有很多噪聲。如果想獲得清晰的總線(xiàn)信號需要將噪聲濾除。而一般示波器最低只有200MHz和20MHz兩種低通濾波器，對于20MHz以下的噪聲就無(wú)能為力了。而DLM2000標準配置中帶有200MHz至8kHz的14種濾波器，可有效濾除各種高頻噪聲。 如果使用內置的運算濾波功能，可以實(shí)現0.01Hz至滿(mǎn)帶寬的高通及低通濾波，既可以濾掉高頻噪聲，也可以濾掉基本信號來(lái)觀(guān)測高頻噪聲。另外，通過(guò)設置合適的截止頻率可以很容易獲得調制信號的基波。 串行總線(xiàn)應用越來(lái)越廣泛，出現了專(zhuān)門(mén)的串行總線(xiàn)協(xié)議分析工具，一般包括數據采集硬件和PC端軟件。這種設備可在PC端對串行總線(xiàn)協(xié)議進(jìn)行詳細的解析和分析，但是其價(jià)格一般非常昂貴，功能局限于總現協(xié)議分析。另外，這類(lèi)設備的硬件部分的采樣率比較有限，對于波形的細節分析，無(wú)法和示波器相比，由外部噪聲干擾產(chǎn)生的總線(xiàn)錯誤將很難檢測出來(lái)。而帶有強大濾波功能的示波器既可以觀(guān)測真實(shí)的物理波形，又可以通過(guò)濾波功能獲得清晰的總線(xiàn)信號。 隨著(zhù)科技的飛速發(fā)展，串行總線(xiàn)技術(shù)也在不斷更新，應用越來(lái)越廣泛。在嵌入式開(kāi)發(fā)非常普遍的今天，使用一款功能強大的示波器進(jìn)行串行總線(xiàn)分析可以達到事半功倍的效果，簡(jiǎn)化調試方式，提高開(kāi)發(fā)效率。 |
