[CAN波形分析] 一次CAN波形分析之旅
Prepare
CAN通信协议使用了有一段时间了,但都是基于软件层面的使用,对于其波形不是很了解,正好这段时间比较闲,是时候补补硬知识。
开始之前,先介绍一下设备:
- 咸鱼淘来的古董级别示波器GDS-2202。200MHz,数据记录长度是12500个点(每个点40ns,总记录长度是500us)
- EK-LM4F120XL开发板。也就是现在的EK-TM4C123GXL,板载MCU是TM4C1233H6PM,对应原来的老型号LM4F120H5QR
- CAN收发器,TJA1050模块
Ongoing
软件准备
用CCS9.0导入TI提供的CAN驱动库,每隔1秒钟发送一个CAN信息:
- 波特率:500 kb/s
- ID(Normal): 0x220
- 信息长度 :4 bytes
- 数据:0x12, 0x34, 0x56, 0x78
1 int main(void)
2 {
3 tCANMsgObject sCANMessage;
4 unsigned char ucMsgData[4];
5
6 //
7 // Set the clocking to run directly from the external crystal/oscillator.
8 // TODO: The SYSCTL_XTAL_ value must be changed to match the value of the
9 // crystal on your board.
10 //
11 SysCtlClockSet(SYSCTL_SYSDIV_2_5 | SYSCTL_USE_PLL | SYSCTL_OSC_MAIN |
12 SYSCTL_XTAL_16MHZ);
13
14 //
15 // Set up the serial console to use for displaying messages. This is
16 // just for this example program and is not needed for CAN operation.
17 //
18 InitConsole();
19
20 //
21 // For this example CAN0 is used with RX and TX pins on port D0 and D1.
22 // The actual port and pins used may be different on your part, consult
23 // the data sheet for more information.
24 // GPIO port D needs to be enabled so these pins can be used.
25 // TODO: change this to whichever GPIO port you are using
26 //
27 SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOE);
28
29 //
30 // Configure the GPIO pin muxing to select CAN0 functions for these pins.
31 // This step selects which alternate function is available for these pins.
32 // This is necessary if your part supports GPIO pin function muxing.
33 // Consult the data sheet to see which functions are allocated per pin.
34 // TODO: change this to select the port/pin you are using
35 //
36 GPIOPinConfigure(GPIO_PE4_CAN0RX);
37 GPIOPinConfigure(GPIO_PE5_CAN0TX);
38
39 //
40 // Enable the alternate function on the GPIO pins. The above step selects
41 // which alternate function is available. This step actually enables the
42 // alternate function instead of GPIO for these pins.
43 // TODO: change this to match the port/pin you are using
44 //
45 GPIOPinTypeCAN(GPIO_PORTE_BASE, GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5);
46
47 //
48 // The GPIO port and pins have been set up for CAN. The CAN peripheral
49 // must be enabled.
50 //
51 SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_CAN0);
52
53 //
54 // Initialize the CAN controller
55 //
56 CANInit(CAN0_BASE);
57
58 //
59 // Set up the bit rate for the CAN bus. This function sets up the CAN
60 // bus timing for a nominal configuration. You can achieve more control
61 // over the CAN bus timing by using the function CANBitTimingSet() instead
62 // of this one, if needed.
63 // In this example, the CAN bus is set to 500 kHz. In the function below,
64 // the call to SysCtlClockGet() is used to determine the clock rate that
65 // is used for clocking the CAN peripheral. This can be replaced with a
66 // fixed value if you know the value of the system clock, saving the extra
67 // function call. For some parts, the CAN peripheral is clocked by a fixed
68 // 8 MHz regardless of the system clock in which case the call to
69 // SysCtlClockGet() should be replaced with 8000000. Consult the data
70 // sheet for more information about CAN peripheral clocking.
71 //
72
73 sysclk = SysCtlClockGet();
74 CANBitRateSet(CAN0_BASE, sysclk, 500000);
75
76 //
77 // Enable interrupts on the CAN peripheral. This example uses static
78 // allocation of interrupt handlers which means the name of the handler
79 // is in the vector table of startup code. If you want to use dynamic
80 // allocation of the vector table, then you must also call CANIntRegister()
81 // here.
82 //
83 // CANIntRegister(CAN0_BASE, CANIntHandler); // if using dynamic vectors
84 //
85 CANIntEnable(CAN0_BASE, CAN_INT_MASTER | CAN_INT_ERROR | CAN_INT_STATUS);
86
87 CANRetrySet(CAN0_BASE, false);
88 //
89 // Enable the CAN interrupt on the processor (NVIC).
90 //
91 IntEnable(INT_CAN0);
92
93 //
94 // Enable the CAN for operation.
95 //
96 CANEnable(CAN0_BASE);
97
98 //
99 // Initialize the message object that will be used for sending CAN
100 // messages. The message will be 4 bytes that will contain an incrementing
101 // value. Initially it will be set to 0.
102 //
103 *(unsigned long *)ucMsgData = 0;
104 sCANMessage.ulMsgID = 0x220; // CAN message ID
105 sCANMessage.ulMsgIDMask = 0; // no mask needed for TX
106 sCANMessage.ulFlags = MSG_OBJ_TX_INT_ENABLE; // enable interrupt on TX
107 sCANMessage.ulMsgLen = sizeof(ucMsgData); // size of message is 4
108 sCANMessage.pucMsgData = ucMsgData; // ptr to message content
109
110 ucMsgData[0] = 0x12;
111 ucMsgData[1] = 0x34;
112 ucMsgData[2] = 0x56;
113 ucMsgData[3] = 0x78;
114 //
115 // Enter loop to send messages. A new message will be sent once per
116 // second. The 4 bytes of message content will be treated as an unsigned
117 // long and incremented by one each time.
118 //
119 for(;;)
120 {
121 //
122 // Print a message to the console showing the message count and the
123 // contents of the message being sent.
124 //
125 UARTprintf("Sending msg: 0x%02X %02X %02X %02X",
126 ucMsgData[0], ucMsgData[1], ucMsgData[2], ucMsgData[3]);
127
128 //
129 // Send the CAN message using object number 1 (not the same thing as
130 // CAN ID, which is also 1 in this example). This function will cause
131 // the message to be transmitted right away.
132 //
133 CANMessageSet(CAN0_BASE, 1, &sCANMessage, MSG_OBJ_TYPE_TX);
134
135 //
136 // Now wait 1 second before continuing
137 //
138 SimpleDelay();
139
140 //
141 // Check the error flag to see if errors occurred
142 //
143 if(g_bErrFlag)
144 {
145 UARTprintf(" error - cable connected?\n");
146 }
147 else
148 {
149 //
150 // If no errors then print the count of message sent
151 //
152 UARTprintf(" total count = %u\n", g_ulMsgCount);
153 }
154
155 //
156 // Increment the value in the message data.
157 //
158 //(*(unsigned long *)ucMsgData)++;
159 }
160
161 //
162 // Return no errors
163 //
164 return(0);
165 }
编译,通过板载调试器下载代码,复位运行代码。
硬件准备
示波器探头CH1连接TJA1050的CANH引脚,探头CH2连接CANL引脚,地跟开发板的GND连接,使用边沿触发模式捕获波形:
分析
为了方便分析,将波形保存成CSV格式。该CSV文件记录了波形信息和数据,从第17行开始,就是波形的数据,如下图:
使用Matplotlib导入CSV,绘制折线图,代码如下:
1 import csv
2 import matplotlib
3 import matplotlib.pyplot as plt
4 import matplotlib.collections as collections
5 from matplotlib.ticker import MultipleLocator
6 import numpy as np
7 import pandas as pd
8
9 ax = plt.subplot()
10 #将x主刻度标签设置为125的倍数
11 xmajorLocator = MultipleLocator(125)
12 ax.xaxis.set_major_locator(xmajorLocator)
13 #y轴数据
14 raw_canh = pd.read_csv("canh.csv")
15 raw_canl = pd.read_csv("canl.csv")
16 #x轴数据
17 t = np.arange(130, 12000, 1)
18 ax.plot(t, raw_canh[130:12000], raw_canl[130:12000])
19 ax.xaxis.grid(True)
20
21 plt.show()
运行,效果如下,
局部放大波形图,
接下来的工作就是PS了,参照CAN2.0B的Spec,找到每一位的定义。首先是整个数据帧(Data Frame)的定义,
进一步细化每个字段(Field):
将差分信号转换为实际的二进制值,十六进制值。这里需要补充一点知识,CAN信号电压与实际逻辑的关系,很好记忆,波形像口张开的(O),表示逻辑0(显示);另外一种则表示逻辑1(隐性)。如下图:
根据上面的信息,我们可以进一步得到以下数据,
如果你很细心的看上面图,就会发现一个问题,有些十六进制为什么是有9位?因为有一位是填充位(Bit Stuffing),CAN2.0的协议规定,连续5个显性/隐性电平后,要填充一位隐性/显性电平。如上图中的仲裁字段(Arbitration Field),连续5个'0'后,填充一个'1'。
Post
分析到这里接近尾声了,还有一个疑问,这个CRC校验是怎么算出来的呢?从CAN2.0的Spec了解到,CRC的计算的值从SOF开始,到数据字段(Data Field),多项式:
P(x) = x15+ x14+ x10+ x8+ x7+ x4+ x3+ 1
通过在线CRC计算网站,输入我们的数据,计算CRC的值:
如我们所料,计算的CRC值是正确的!
-----------------------------------------------------------------------------------END
[参考资料]
[CAN波形分析] 一次CAN波形分析之旅的更多相关文章
- [USB波形分析] 全速USB波形数据分析(一)
在之前的文章一次CAN波形分析之旅里,根据示波器采集的波形数据,详细地分析了CAN通信.今天来分析USB数据,还是同样的流程,但是这次使用matplotlib来协助分析. USB基本波形 USB通过一 ...
- 串口RS232和485通信的波形分析
一.串行数据的格式 异步串行数据的一般格式是:起始位+数据位+停止位,其中起始位1 位,数据位可以是5.6.7.8位,停止位可以是1.1.5.2位. 起始位是一个值为0的位,所以对于正逻辑的TTL电平 ...
- Allegro 反射仿真--拓扑结构的提取提取及波形分析
在SPECCTRAQuest下,选择Analyze->SI/EMI sim->Probe,进入如下图所示界面: 注:BRD文件命名不用使用中文字符及一些不常用的字符,如".&qu ...
- [USB波形分析] 全速USB波形数据分析(三)
前面的两篇文章介绍和分析了USB的一些基本知识,结合前面的介绍,今天用实例介绍USB的枚举过程. 1 | 概况 硬件基于EK-TMC123GXL开发板,软件是TI提供的USB批量传输的简单例子,在PC ...
- [USB波形分析] 全速USB波形数据分析(二)
在上一篇文章全速USB波形数据分析(一)介绍了全速USB的数据包(Packet)的组成,数据的类型等基本知识.这篇文章介绍USB的几种传输方式 事务(Transaction) USB协议定义了三种不同 ...
- Linq之旅:Linq入门详解(Linq to Objects)
示例代码下载:Linq之旅:Linq入门详解(Linq to Objects) 本博文详细介绍 .NET 3.5 中引入的重要功能:Language Integrated Query(LINQ,语言集 ...
- WCF学习之旅—第三个示例之四(三十)
上接WCF学习之旅—第三个示例之一(二十七) WCF学习之旅—第三个示例之二(二十八) WCF学习之旅—第三个示例之三(二十九) ...
- 【C#代码实战】群蚁算法理论与实践全攻略——旅行商等路径优化问题的新方法
若干年前读研的时候,学院有一个教授,专门做群蚁算法的,很厉害,偶尔了解了一点点.感觉也是生物智能的一个体现,和遗传算法.神经网络有异曲同工之妙.只不过当时没有实际需求学习,所以没去研究.最近有一个这样 ...
- Hadoop学习之旅二:HDFS
本文基于Hadoop1.X 概述 分布式文件系统主要用来解决如下几个问题: 读写大文件 加速运算 对于某些体积巨大的文件,比如其大小超过了计算机文件系统所能存放的最大限制或者是其大小甚至超过了计算机整 ...
随机推荐
- LuoguP7869 「Wdoi-4」使用三个系统程度的能力 题解
Content 现在有一个转换后的文本文件,以一个长度为 \(n\) 的字符串表示.请判断这个文件是用哪一种写的,详情请返回题面. 数据范围:\(n\leqslant 10^5\).字符串里面至少有一 ...
- LuoguP7369 [COCI2018-2019#4] Elder 题解
Content 有一个魔杖最初在 \(Z\) 巫师中.经过 \(n\) 轮较量,第 \(i\) 轮中,\(Z_{i,1}\) 巫师打败了 \(Z_{i,2}\) 巫师.如果一个巫师打败了拥有魔杖的巫师 ...
- LuoguP7375 [COCI2018-2019#5] Jarvis 题解
Content 有 \(n\) 架无人机,每架无人机都有一个当前属性值 \(a_i\) 和出战属性值 \(b_i\).你可以给每架无人机的当前属性值同时加一个数 \(x\)(但只能做一次),使得能够出 ...
- HTML标签一览
html标签属性大全 嵌套的html窗口<iframe > <iframe src="https://www.baidu.com"></iframe& ...
- webservice注意事项
1.private static final QName PORT_NAME = new QName("http://server.helloworld.cxf.demo/",&q ...
- 关于Marshal 类的整理
在两个不同的实体(两个线程或者进程甚至机器.在Managed和Unmanaged之间)进行方法调用和参数传递的时候,具体的调用方法和参数的内存格式可能需要一定的转换,这个转换的过程叫做Marshal. ...
- c++之面试题(1)
题目 有十瓶药,每瓶里都装有100片药,其中有八瓶里的药每片重10克,另有两瓶里的药每片重9克.用一个蛮精确的小秤,只称一次,如何找出份量较轻的那两个药瓶? 解法 1.分别给10个药瓶按照斐波那契数列 ...
- 【LeetCode】701. Insert into a Binary Search Tree 解题报告(Python & C++)
作者: 负雪明烛 id: fuxuemingzhu 个人博客: http://fuxuemingzhu.cn/ 目录 题目描述 题目大意 解题方法 日期 题目地址:https://leetcode.c ...
- Network (poj1144)
A Telephone Line Company (TLC) is establishing a new telephone cable network. They are connecting se ...
- Codeforces 1073C:Vasya and Robot(二分)
C. Vasya and Robot time limit per test: 1 secondmemory limit per test: 256 megabytesinput: standard ...