示波器在串行总线协议分析中的应用研究

2019-12-02来源: elecfans关键字:示波器  串行总线  协议分析

在嵌入式系统的开发过程中,串行总线的协议分析一直是一件令工程师头疼的工作。在有逻辑分析仪的情况下,工程师需要进行复杂的触发条件设定,才能捕获到需要的数据,这样既需要昂贵的设备投资也要花费大量的时间进行仪器设置;随着示波器技术的不断发展,串行总线触发和分析功能在一些高端示波器中出现,并受到嵌入式工程师的欢迎。但不同厂家的示波器在串行总线分析方面的功能和性能是有很大区别的。


使用示波器进行串行总线触发

使用普通示波器只能进行一般的边沿触发和脉宽触发,很难捕捉到复杂的串行总线波形。而使用带有串行总线触发功能的示波器可以方便地捕获到需要的串行数据。横河公司的DLM2000系列数字示波器支持多种常用串行总线的触发,包括CAN/LIN/I2C/SPI/UART,甚至可以对用户自己定义的非标准串行总线进行触发。根据每种总线结构的不同,可以设置多种触发模式。触发模式越多,捕获数据的能力就越强。

示波器在串行总线协议分析中的应用研究

在嵌入式系统中,往往同时存在两种甚至两种以上的串行总线结构,例如汽车电子中CAN和LIN总线经常同时被使用,也经常需要分析两种总线的通讯配合是否出现问题。而多数带串行总线触发功能的示波器同时只能触发一种总线,要实现CAN和LIN总线同时触发,只能使用两台示波器,而两台示波器的同步问题也很难解决。DLM2000系列示波器的双总线触发功能则可以轻松实现任意两种串行总线的组合触发。


使用示波器进行串行总线解码分析

触发到需要的串行数据后,工程师面对的仍然是数据的原始波形,要想进行高效的总线分析,需要对波形进行解码。目前,数字示波器中所用的解码技术包括软件解码和硬件解码。软件解码是将波形数据通过示波器中的软件进行运算获得解码结果,虽然可以降低硬件成本,但对CPU的运算速度要求很高。在实际应用中,采用软件解码的示波器解码一次需要几秒甚至十几秒的时间。这样的解码速度已经失去了实时分析的意义,因为大多数数据已经在等待解码中丢失了。少数高端示波器采用了硬件解码技术解决了这一问题,使实时解码分析成为可能。

在显示解码结果的同时,还可以显示所有捕获帧的解码列表,非常便于波形与解码结果的对应观测。


要获得正确的解码结果,需要根据不同的总线参数对示波器进行设置。以CAN总线分析为例,需要指定总线类型为CAN,设置CAN信号对应的通道,通过调节触发电平和时间轴对CAN总线进行触发,然后调节比特率,设置隐形电平等,如果是SPI总线,还要指定3线制或4线制,指定时钟信号,片选信号。这个设置过程需要非常仔细,其中任何一项设置得不合适,解码结果都有可能出不来。尤其是比特率设置,稍有误差,得到的解码结果有可能就是错的。


复杂的设置过程浪费了一部分调试时间,没有充分发挥示波器提高开发效率的作用。而DLM2000示波器实现了串行总线触发和解码分析的自动设置,用户只需要设置好总线类型和信号源通道,系统便可以自动调整比特率,触发电平,隐形电平等其他设置,在短短两秒钟内就可以将触发波形和解码结果同步显示出来。这一功能使繁琐的串行总线设置变得非常方便,大大提高了工程师的开发效率。


下面就几种常用的串行总线介绍一下使用示波器进行串行总线分析的技巧。


CAN总线控制过程的记录和分析

在进行CAN总线分析时,工程师通常希望示波器能够捕获某个完整的控制过程,比如车窗的开启或关闭过程。这些过程通常会持续几秒钟或十几秒钟时间,记录这么长时间的数据要求示波器有很大的存储深度。而目前200MHz~500MHz带宽的示波器一般每个通道的存储深度只有10Mpoints以下,想记录几秒钟的CAN总线波形是很难做到的。DLM2000可以扩充到单通道125Mpoints,这样就可以完整地记录一个十几秒甚至更长的控制过程。


对于一个过程的分析,最重要的就是这个过程的开始阶段和结束阶段。当捕获到一个控制过程之后,用户可以打开一个放大窗口,移动到过程的起始点,观测起始点的细节情况。如果想同时观测结束点的细节,一般示波器就无能为力了,而DLM2000继承了横河DL系列示波器的双窗口放大的独特功能,可以同时观测两个位置的波形细节,并独立调节缩放比例。


偶发异常信号的捕获

在将时基Time/Div调节到比较小用来观测波形细节时,有可能会有一些偶发的异常信号或者错误帧,当用户想抓住这些波形时已经来不及了,如果使用历史存储功能(也被称为分段存储技术)就可以解决这一问题。DLM2000可以将大内存平均分割成若干块,捕获到的一屏屏波形没有被马上覆盖掉,而被存入了历史内存中。这样的话,即使发现异常信号没有被锁定在屏幕上,只要用户及时按下了采集停止键,异常信号很容易在历史内存中被检索出来。


CAN/LIN两种总线同时触发分析

在汽车电子应用中,CAN总线总是与LIN总线配合使用,所以经常会需要同时分析CAN总线和LIN总线。前面已经介绍过,DLM2000具有双总线触发功能,可以同时进行CAN和LIN总线的组合触发。不但如此,两种总线的解码分析也可以同步进行。如图3所示,两种总线的解码结果列表可以同时显示在屏幕上,利用双窗口放大功能可以分别观测两种总线的波形细节。当在列表中选择不同的解码项时,放大窗口的波形会自动切换到所对应的波形,非常便于观测。

示波器在串行总线协议分析中的应用研究

CAN总线比特率设置

CAN总线的标准速率一般是250kbit/s或500kbit/s。但是在研发阶段,出于开发测试需要,工程师经常会将比特率调低或者调高,这样如果示波器的总线参数只能设定为250kbit/s或500kbit/s,则不能对非标准速率的CAN总线进行解码。DLM2000可以灵活设置总线比特率,CAN总线速率可以在10.0kbit/s至1.000Mbit/s的范围内以0.1kbit/s的步进值任意设定。


灵活使用滤波功能

在汽车电子实验室的实际测试中,CAN总线信号会受到马达点火等因素的干扰,使捕获的波形带有很多噪声。如果想获得清晰的总线信号需要将噪声滤除。而一般示波器最低只有200MHz和20MHz两种低通滤波器,对于20MHz以下的噪声就无能为力了。而DLM2000标准配置中带有200MHz至 8kHz的14种滤波器,可有效滤除各种高频噪声。


如果使用内置的运算滤波功能,可以实现0.01Hz至满带宽的高通及低通滤波,既可以滤掉高频噪声,也可以滤掉基本信号来观测高频噪声。另外,通过设置合适的截止频率可以很容易获得调制信号的基波。


串行总线应用越来越广泛,出现了专门的串行总线协议分析工具,一般包括数据采集硬件和PC端软件。这种设备可在PC端对串行总线协议进行详细的解析和分析,但是其价格一般非常昂贵,功能局限于总现协议分析。另外,这类设备的硬件部分的采样率比较有限,对于波形的细节分析,无法和示波器相比,由外部噪声干扰产生的总线错误将很难检测出来。而带有强大滤波功能的示波器既可以观测真实的物理波形,又可以通过滤波功能获得清晰的总线信号。


随着科技的飞速发展,串行总线技术也在不断更新,应用越来越广泛。在嵌入式开发非常普遍的今天,使用一款功能强大的示波器进行串行总线分析可以达到事半功倍的效果,简化调试方式,提高开发效率。

关键字:示波器  串行总线  协议分析 编辑:什么鱼 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/ic481649.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:利用混合域示波器排查系统级问题
下一篇:主板高速串行总线解析与测试需求分析示波器

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

示波器的探头校准方法
在示波器的应用场合中,除了有些RF或高速数字的场合用电缆直接测量以外,很多板上的调试工作都是借助探头完成的。探头是示波器测量系统的一部分,很多高带宽的探头都必须是有源探头,有源探头内部的有源放大器的的增益和偏置随着温度或者时间老化可能会有漂移,为了补偿这种漂移,就需要定期对探头进行校准。目前示波器探头的校准方法通常有三种:1、DC增益与偏置校准DC校准是示波器最常用的校准方式,比较校准信号输出(标准的直流电压)与示波器实际测试到的校准信号电压,用于修正探头测试直流电压的增益以及偏置的偏差。DC校准过程是确定线性方程y=mx+b系数m,b的值。探头的DC校准至少需要1年进行1次,更频繁时会几个月甚至每天进行一次。2、AC校准测试
发表于 2019-12-14
示波器的探头校准方法
什么样的示波器适合你?
示波器自从问世以来,它一直是最重要、最常用的电子测试仪器之一。由于电子技术的发展,示波器的能力在不断提升,其性能与价格也五花八门,市场参差不齐。示波器看似简单,但如何选择,也存在许多问题。本文根据多年的经验,结合北京海洋兴业科技有限公司选型指南,从几个方面告知您在选择示波器时应注意的问题:一、了解您需要测试的信号您要知道用示波器观察什么?您要捕捉并观察的信号其典型性能是什么?您的信号是否有复杂的特性?您的信号是重复信号还是单次信号?您要测量的信号过渡过程的带宽,或者上升时间是多大?您打算用何种信号特性来触发短脉冲、脉冲宽度、窄脉冲等?您打算同时显示多少信号?您对测试信号作何种处理?二、选择示波器的核心技术差异:模拟(DRT)、数字
发表于 2019-12-14
什么样的示波器适合你?
模拟示波器可以做什么,模拟示波器原理解析
什么是模拟示波器模拟示波器,采用的是模拟电路(示波管,其基础是电子枪)电子枪向屏幕发射电子,发射的电子经聚焦形成电子束,并打到屏幕上,屏幕的内表面涂有荧光物质,这样电子束打中的点就会发出光来。工作方式是直接测量信号电压,并且通过从左到右穿过示波器屏幕的电子束在垂直方向描绘电压。模拟示波器特点模拟示波器天生具备概率显示的特点,由于荧光屏的余辉暂留,不同概率出现的波形事件会以不同亮度出现在屏幕上,但由于波形的再现过程无法停止,某些偶然出现的单次事件因不具备一定的持续性而无法显示。概率显示是一个很有用的功能,比如某个波形上一个不是每次都出现的毛刺,如果用DSO,则这个毛刺的显示会不停的抖动,如果你暂停显示,则可能没有毛刺,也可能有毛刺
发表于 2019-12-14
模拟示波器可以做什么,模拟示波器原理解析
简单介绍四种常见的示波器探头
示波器是大家再熟悉不过的测试仪器了,但示波器不搭配探头是没有办法来做测试的,示波器探头的确是示波器大家族中不可缺少的成员。探头的性能会对最终的测试结果产生直接的影响。常见的示波器探头有四种:无源探头、有源探头、差分探头和电流探头。下面我们来跟大家做一些简单介绍。一、无源探头衰减无源电压探头是最常用的探头,常见的无源探头带宽都在500MHz以下,大部分的中低端示波器都会标配两支或者四支无源探头。它是一种非常方便、价格相对便宜的探头。高压探头和传输线探头也是属于无源探头的范畴。二、有源探头有源探头输入阻抗高,带宽也可以做到很高。有源探头的不利条件是成本高,尺寸大,也需要电源进行供电。三、差分探头差分探头分为有源差分探头和高
发表于 2019-12-14
简单介绍四种常见的示波器探头
模拟示波器怎么看频率,模拟示波器频率计算
示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象,便于人们研究各种电现象的变化过程。模拟示波器与数字示波器是现在使用最广泛的两种示波器,今天我们便来了解模拟示波器的一些简单的用法模拟示波器作用1、可以测量直流信号、交流信号的电压幅度2、可以测量交流信号的周期,并以此换算出交流信号的频率。3、可显示交流信号的波形。4、可以用两个通道分别进行信号测量。5、可以在屏幕上同时显示两个信号的波形,即双踪测量功能。此功能能够测量两个信号之间的 相位差,和波形之间形状的差别。模拟示波器怎么看频率模拟示波器能直接读出的是幅度(峰峰值,相当于幅值的2倍)和周期,频率是根据周期的倒数计算出来的。示波器上有很多正方形的
发表于 2019-12-14
模拟示波器怎么看频率,模拟示波器频率计算
自制示波器探头
  示波器探头制作方法  一、笔杆改造方法  活动铅笔可以在文具店选购塑料笔杆的一种。改造前的笔杆外形和改造后的探头外形如图1和图2所示,改造方法如下:  (1)拔掉笔芯控制钮8,清除笔内铅芯。  (2)从笔头锥形套4上拔掉金属铅芯导管5。  (3)将内套管2取出,按图1中的位置锯断外套管1,留下有用部分见图3。  (4)在内套管2距前端25mm处钻一个2.5mm的孔(如图3所示),以便地线从此孔引出。  (5)笔头锥形套4的前端锉一个0.8mm深的凹槽,以便测试时钩住导线并使之嵌入凹槽中,以防止滑动。    二、电缆加工及连接方法  (1)取一段1m长、外径为3.5mm的75Ω视频电缆,芯线最好为单股直径为0.4mm的铜线
发表于 2019-12-14
自制示波器探头
小广播
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2019 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved