SPI
背景知識
串行外設接口總線(SPI)初是摩托羅拉在20世紀80年代末為其68000 係列微控製器研製（zhì）的。由於該總線簡單、流行，許多其它（tā）製造商也已經采用這（zhè）一標準。它現在用於嵌（qiàn）入式係（xì）統設計常用的各種器件中。SPI主要用於微控製器和直接（jiē）外設（shè）之（zhī）間。它通常用於移動（dòng）電話、PDA和其它移動設備（bèi）中，在CPU、鍵盤、顯示器和內 存（cún）芯片之間通信。 |
工作方式
SPI (串行外設接口)總線是一種主/從結構的4線串行通信總線。4個信號是（shì）時鍾(SCLK), 主輸出/從（cóng）輸入(MOSI), 主輸入/從輸出(MISO)和從選（xuǎn）擇(SS)。在兩台設備通信時，一台設備稱為“主設備”，另一（yī）台設備稱（chēng）為“從設（shè）備”。主設備（bèi）驅動串行時鍾。它同時收發數據（jù），因此是一種全雙工協議（yì）。SPI 使（shǐ）用SS 線路指（zhǐ）明與哪台（tái）設備傳送數據（jù），而不是總線上的每台設備都（dōu）有一個的地址。這樣，總線（xiàn）上的（de）每台的設備都需要從主設備提供自己的（de）SS 信號。如果有3 台從設備，那麽主設（shè）備有 3 條SS 引線，每條引線都連（lián）接到每台從設備上，如圖 8 所示。
在（zài）圖（tú）8 中，每台從設備隻與主設備通話。但是，SPI可以串聯多台從設備，每台從設（shè）備依次進行操作，然後把結果發回主設備，如（rú）圖（tú）9所示（shì）。因此（cǐ）您可以看到，SPI實現方案（àn）沒有“標準”。在某（mǒu）些（xiē）情況下，在不要求從設備向回到主設備通信時，MISO 信號可以完（wán）全省略。
在SPI數據傳送發生時，8位數據字移出MOSI，不同的8位（wèi）數據（jù）字移入MISO。這（zhè）可以視為16 位（wèi）循環位移寄存器。在傳送發（fā）生時，這個16 位位移寄存器位移8 個位置，從而在主設備和從設備之間（jiān）交換8位數據。一對（duì）寄存器 - 時（shí）鍾極性(CPOL)和時鍾相（xiàng）位（wèi）(CPHA)決定著驅動數據的時鍾邊沿。每個寄存器有兩種可能（néng）的狀態，支持四種可能的組合，所有這些組（zǔ）合互不兼容。因（yīn）此，主/從設備對必（bì）須使用相同的（de）參數（shù）值進行通信（xìn）。如果使用多個固定在不同配置的從設備，那麽每次需要與不同的從設備通信時，主設備（bèi）必須重新進行配置。 |
圖8.常用的SPI配置。
圖9.串（chuàn）聯SPI配置。
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圖10. SPI 總線設置菜單。 |
處理SPI
DPOxEMBD 串行觸發（fā）和分析應用模塊還（hái）可以為SPI 總線實現類似的功能。我們可以再次使用前麵板Bus按鈕，簡單地輸入總（zǒng）線基本參數，包括SCLK, SS, MOSI 和MISO位於哪條通道上、門限和極（jí）性，來定（dìng）義一條SPI 總線 (參見圖10)。
例如（rú），考慮一下圖11 中的嵌入式係統。一條SPI 總線連接到一個合成器、一個DAC及某個I/O 上。合成器（qì）連接到（dào）VCO上，VCO為其餘係統提供一（yī）個 2.5 GHz 時鍾。在啟動時，CPU應該對合成器編程。但是不知道哪裏出了問題，VCO在產生3 GHz的信號。調試這個問題的步是考察CPU和合成器之間的（de）信號，確定（dìng）存在信號，沒有物理連接（jiē）問題（tí），但（dàn）我（wǒ）們找（zhǎo）不到發生了什麽問題。然後（hòu），我（wǒ）們決定看一下SPI 總線上傳送的合成器編程使（shǐ）用（yòng）的實際信息。為捕獲這（zhè）些信息，我們把示波器設成（chéng）在合成器Slave Select信號（hào）激活時觸發（fā）采（cǎi）集，並對DUT 通電，捕獲啟動編程命令。采集結果如圖（tú）12 所（suǒ）示。
通道1 (黃色) 是SCLK，通道2 (青色) 是MOSI，通道3(洋紅色) 是SS。為確定我們是否對設備（bèi）正確編程，我們看一下合成器的產品資料。總線上的前三個消息假設是初（chū）始（shǐ）化合（hé）成（chéng）器、加載分路器比率、鎖存數據。根據技術數據，前三個傳（chuán）送中後半個（gè）字節 (一個十六進製字符)應（yīng）該分別是3, 0 和1，但我們（men）看到的是0, 0 和0。在消息末尾全是0 時，我（wǒ）們認識到（dào），我們在SPI 中犯了一個常見的錯誤，即在軟件中以相反的順序在每個（gè）24位字中對（duì）各個位編程。在（zài）迅速改變軟件配置後，得到下麵的采集，VCO 正確鎖定在2.5 GHz，如（rú）圖13 所（suǒ）示。
在上麵的（de）實例中，我們使用簡單的SS Active 觸發。MSO/DPO 係列中完整的SPI 觸發功能（néng）包括下述（shù）類型：
SS Active - 在從設備選擇行（háng）對從設備變真（zhēn）時觸發。
MOSI - 在（zài）從主設備到從設備用戶指定多16 個字節時觸（chù）發。
MISO - 在從設備到主設備用戶指定多16 個字節時觸（chù）發。
MOSI/MISO - 在（zài）主設備到從設備及從設備（bèi）到主設（shè）備用戶指定多16 個字節時觸發。
這些觸發也可以隔離感興趣的特定總線業務，解碼功（gōng）能則可以立即查看（kàn）采集中總線（xiàn）傳送的每條消息的內容。 |
圖11.通過SPI控製的合成器
圖12. 采集SPI 總線之外的合（hé）成器配置消息。
圖13. 正確的合成（chéng）器配置（zhì）消息。 |
RS-232
背景知識
RS-232是（shì）近距離（lí）的兩台設備（bèi）之間進行串行通信廣（guǎng）泛使用的（de）標準，它主（zhǔ）要（yào）用於PC 串行端口，另外也用於嵌入式係統，作為調（diào）試端口使（shǐ）用或連接（jiē）兩台設備。RS-232-C標準於1969年問世，之後標準（zhǔn）修訂了兩次，但變（biàn）化（huà）很小，其信號能夠與（yǔ）RS-232-C 互通。業內還有（yǒu）幾個相關標準，如RS-422 和RS-485，這些標準（zhǔn）類似，但使用差分信令在遠距離內通信。
工作方式（shì）
兩（liǎng）台設備稱為DTE (數據終端設備)和DCE (數（shù）據電路端接設備)。在某些應用中，DTE 設備控製著DCE 設（shè）備；在其（qí）它應用中，這兩台設備是對等的，DTE 和DCE 之間的（de）區別可以是任意的（de）。
RS-232標準規定了各種各樣的信號，許多（duō）信號並不常用（yòng）。兩個重要的信號是（shì）發送的數據(Tx)和接收的數據(Rx)。Tx 把數據從DTE 傳（chuán）送到（dào）DCE。DTE 設備的Tx 線路是DCE 設備的Rx 線路。類似的，Rx 把數據從DCE傳送到（dào）DTE。
RS-232 標準（zhǔn）沒有規定使用哪些連接器。常用（yòng）的連接器是25針連接器和9針連接器。也可以使10 針、8 針或6 針連（lián）接器。還可以在不使用標準連接器的情況下，把（bǎ）同一塊電路板上（shàng）的兩台RS-232設備連接起來。
在連接兩台RS-232 設備時，通常要求零訊號調製器。這種（zhǒng）設備交換多條線路，包括Tx和Rx線路。通過這種方式，每台（tái）設（shè）備可以在Tx 線路上（shàng）發送（sòng）數據，在Rx 線路上（shàng）接收數據。表2 顯示了RS-232 信號常用的9 針連接器使用的針腳輸出。記住，如果信號（hào）已經傳（chuán）過零訊號調製解調器（qì），那麽（me）許多信（xìn）號將被交換。重要（yào）的是，將（jiāng）交換Tx 和（hé）Rx。 |
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信號（hào）
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針腳
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Carrier Detect (載（zǎi）波檢測)
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DCD
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1
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Received Data (接（jiē）收的數據)
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Rx
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2
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Transmitted Data (發送的數據)
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Tx
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3
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Data Terminal Ready (數據端子就緒)
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DTR
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4
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Common Ground (公共接地（dì）)
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G
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5
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Data Set Ready (數據集就緒)
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DSR
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6
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Request to Send (請求發送)
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RTS
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7
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Clear to Send (清除（chú）發送)
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CTS
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8
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Ring Indicator (振鈴（líng）指示符)
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RI
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9
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表2. 常用的RS-232 連接器（qì）針腳輸出。 |
在探測RS-232信號時，通常要使用接續盒。這種設備允許簡便地探測RS-232電纜內部的信（xìn）號。接續盒成本低，可以從電子器件經（jīng）銷商處購買。
RS-232 標準沒有規定通過總線傳送的內容。ASCII 文本是常見的內容，但（dàn）也使用二進製（zhì）數據。數據通常（cháng）會劃分成數據包。在ASCII文本中，數據包（bāo）後通常帶有新行符或回車符。在二進製數據中，通常（cháng）使用（yòng）其它值，如00 或FF 十六進製。
設備通常使用通用異步接收機/ 發射機(UART) 實現RS-232。UART 在市麵上流行的部件中廣泛使用。UART 采用位移寄存器，把一個數據字節轉換成串行流，反之亦然。在嵌入式設計中（zhōng），UART 還直接通信，而不需使用RS-232 收發機。
圖14顯示了（le）RS-232數據的一個字節。這個字節由下述位組成：
開（kāi）始位－字節的開頭是一個開始（shǐ）位。
數（shù）據位－後麵跟著多個（gè）數據位。常見的是8個數據位，某些應用使用7 個數（shù）據（jù）位。即使在隻傳送7 個位時，數據通常也會非正式地稱為一（yī）個（gè）字節。在UART到UART 通信中，有時會（huì）使用9 位數（shù）據字。
奇偶性（xìng）－一個可選（xuǎn）的奇偶性位。
結束位－ 1 個、1.5 個或2 個結束位（wèi）。RS-232總線沒有時鍾（zhōng）線（xiàn）路。每台設備使用自己的時鍾，確定什麽時候對數據線路采樣。在許多（duō）設計中，UART使用Tx 和（hé）Rx 信號的上升沿，把自己的時鍾與其它（tā）設備的時鍾同步（bù）起來。 |
圖14. RS-232 字節結構。 |
處理RS-232
DPOxCOMP 應用（yòng）模塊支持串行觸發和分析RS-232總線。您可（kě）以在示波器上方（fāng）便地查看RS-232、RS-422、RS-485或（huò）UART 數據（jù），而不需連（lián）接PC 或專用解碼器。
通過使用前（qián）麵（miàn）板總線按鈕，我們可（kě）以輸入基本參數，如（rú）使用的通道、位速率和奇偶性，定義RS-232 總線(參見（jiàn）圖15)。 |
圖15. RS-232 總線設置菜單。 |
在本例中，我們選擇了ASCII解碼；MSO/DPO係列還作為二進製或十六進製顯示（shì）RS-232 數據。
想象一（yī）下您有（yǒu）一台設備輪（lún）詢傳感器，請求通（tōng）過RS-232總線傳送數據。傳感器沒有對數據請求作出應（yīng）答。您想確定傳（chuán）感器（qì）是不是沒有收到請（qǐng）求，或者是不是收到請求、但忽略了請求。
先，探測Tx 和Rx 線路，在示波器上設置一條總線。然（rán）後（hòu）把示波器設置成在通過（guò）Tx 線路發送（sòng）數據請求（qiú）時觸發采集（jí）。觸發後的采集（jí）如16 所示（shì）。
在這裏，我們可以看到數字通道1 上（shàng）的Tx 線路及數字通道0上的Rx線（xiàn）路。但是（shì），我們更關（guān）心解碼的（de）數據，其顯示在原始波形上方。我們放大查看傳（chuán）感器的響應。概況顯示了Tx線路上的（de）請（qǐng）求及Rx線（xiàn）路上的響應。光（guāng）標顯示在請求結束後大約37ms時（shí）發出（chū）回複。提高（gāo）控製器的超時可以解決這個（gè）問題，因為它為傳感器回複（fù）提供了足（zú）夠的時間。
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MSO/DPO 係列示波器的RS-232 觸發包括下述功能：
Tx 開始位－在表明（míng）字節開始的位上（shàng）觸發。
Tx數據包尾－ 在數據包後一（yī）個（gè）字節上觸發。數據包可（kě）以以某個字節結尾（wěi）：零 (00 十六進製（zhì）), 換（huàn）行(0A十六進製), 回車(0D十六進製), 空格(20十六進製)或FF 十六（liù）進製（zhì）。
Tx 數據－ 觸發多10 個字節（jiē）的用戶指（zhǐ）定數據值。
Rx 開始位、Rx 數（shù）據包尾（wěi）和Rx 數據- 這些與Tx 觸發（fā）類似（sì），但發生在（zài）Rx 線路上。通過MSO/DPO 係（xì）列示（shì）波器，可以（yǐ）簡便地查看RS-232信號，分析信號，把這些信號（hào）與設備中的其它活動關聯起來（lái）。 |
圖16. 測量兩條RS-232 總線上的消息時延。 |
CAN
背景知識
CAN (控製器區域網)總線是（shì）博世公司在20世紀80年（nián）代（dài）專門研製的一（yī）種分層串行數據通信協議，以在電氣噪聲環境中作為設備之間的通（tōng）信總線。1992年，梅塞德茲- 奔馳（chí）率先在（zài）其（qí）汽車（chē）係統中采用CAN。今天，幾乎每個汽車製造商（shāng）都（dōu）在使用CAN 控製器（qì）和網絡，控（kòng）製雨刷器馬達控製器、雨水傳感器、安全氣囊、門鎖、傳動係統和電動車窗等等。由於能夠容（róng）忍電（diàn）氣噪聲、減少連線、校（xiào）驗錯誤及高（gāo）速傳送（sòng）速率，CAN 正迅速（sù）擴展到其它（tā）應用（yòng）中，如工業控製、艦隊、醫（yī）療、航空等域。
工作方式
CAN總線是一種平衡（héng）的(差分)2線接口，在屏蔽雙絞線 (STP)、非屏蔽雙（shuāng）絞線 (UTP)或（huò）帶狀電纜上運行（háng）。每（měi）個節點（diǎn）使用公頭9 針連接器。非歸零 (NRZ) 位編碼與位填充一起使用，保證（zhèng）緊（jǐn）湊的消息及小的轉換數量（liàng）和高抗（kàng）噪聲能力。CAN總線接口采用異步傳輸方案，在總（zǒng）線空閑時每（měi）個節（jiē）點可以開始傳送信息。消息廣播到網（wǎng）絡（luò）上的所有（yǒu）節點。在多（duō）個節（jiē）點（diǎn）同時發起消息時，位（wèi）仲裁用來確定哪條消息的優先權較高。消息（xī）可以是（shì）四種類（lèi）型中的一種：數據幀、遠（yuǎn）程傳輸請求(RTR)幀、錯幀或過載幀。總線上檢測到錯誤的任何節點會傳輸一（yī）個錯（cuò）幀，導致總線上所（suǒ）有節點能夠看到當前消（xiāo）息不完整，傳（chuán）輸節點會重新（xīn）發送消息。接收（shōu）設備發起過載幀，表明還（hái）沒有準備好接收（shōu）數據。數據幀用來傳輸（shū）數據，遠程幀由用來請求數據。數據幀和遠程幀由每個幀開頭和（hé）結束的開（kāi）始位和停止位控製，包括下述（shù）字段（duàn）：仲裁（cái）字段、控製字段、數據字段、CRC字段（duàn）和（hé）ACK字段，如圖（tú）17所示。 |
圖17. CAN 數據/ 遠程幀。 |
SOF - 幀以幀頭 (SOF) 位開始。
仲裁 - 仲裁字段包括標識符(地址)和遠程傳輸請求(RTR)位，用來（lái）區分數據幀和數據請求幀，其也稱為遠程幀。標識符可以采取標準（zhǔn）格式(11位-2.0A 版)或擴展格式(29位 - 2.0B版)。
控製 - 控製字段由6個位組成，包括標識符擴展(IDE)位，它區分CAN2.0A (11 位標識符) 標準幀（zhēn）和CAN 2.0B (29位標識符)擴展（zhǎn）幀。控製字段還包括數據長度代碼 (DLC)。DLC長4 位，表明數（shù）據幀中數據字段的字節數或遠程幀請求的字節數。
數據 - 數據（jù）字段由（yóu）0-8個數據字（zì）節組成。
CRC - 15位循環冗餘（yú）校（xiào）驗代碼和隱性分隔符位。
ACK - 確認（rèn）字段（duàn）長兩位。個位是時隙位，作為隱性位傳輸，但之（zhī）後被成功（gōng）地收到傳輸消息的任 何節點傳送的顯性位覆蓋。第二個位是是隱（yǐn）性分隔符位。
EOF - 七個隱（yǐn）性位，表明幀尾（wěi）(EOF)。
三個隱性位的間斷 (INT) 字段表明總線空閑。總線空閑時間可以是任意長度（dù），包括（kuò）零。
它（tā）定義了大量的不同數據速率，高數據速率為（wéi）1Mb/s，低數據速率為5kb/s。所有模塊必須支持至少20kb/s的速率（lǜ）。電纜長度取決於使用的數據速率。正常情況下，係統中所有（yǒu）設備都（dōu）以統一的固定位速率傳送信息。大線路長度在（zài）低速時（shí）可以達到幾千米；典型（xíng）情況是1Mbps 時40 米。在電（diàn）纜每端使用端接電阻器（qì）。
處理CAN
MSO/DPO 係列的DPOxAUTO和DPO4AUTOMAX串行觸發和分析應（yīng）用（yòng）模（mó）塊可以對CAN總（zǒng）線實現（xiàn）類似（sì）的觸發和（hé）分析功（gōng）能。我們可以再（zài）次使用前（qián）麵板 B1或B2按（àn）鈕，簡單地輸入總線的基本參數，包括（kuò）探測的CAN 信（xìn）號類型及位於（yú）哪條通（tōng）道上、位速率、門限和樣點（diǎn）(位（wèi）時間的%)，來定義CAN 總線，參見圖18。 |
圖18. CAN 總線設置（zhì）菜單。 |
想象一下您需（xū）要進行相關定時測量，確（què）定從司機（jī）在司機車門儀表板上按下搖車窗開（kāi）關開始到車窗實際開始移動之（zhī）間（jiān）的時延。通過（guò）指定司機車門中CAN模（mó）塊的ID 及與“下搖車窗”命令有關的數（shù）據，您可以觸發采集正在查找的數據幀。通過同時探（tàn）測司機車門的下（xià）搖車（chē）窗開關及車門中的馬達驅動，可以非常簡便地完成（chéng）這一定時測量，如圖19 所示。
圖中的白三角形是我們放在波形上作為參考點的標記（jì）。通過簡單地（dì）按示波（bō）器前麵板（bǎn）上Set/Clear Mark (設置（zhì）/清除標記（jì）)按（àn）鈕，可以在屏幕中增加或從屏幕（mù）中刪除標記。按前麵板上的Previous和Next按鈕，縮放窗口從一（yī）個標記跳到另一個標記（jì），從而（ér）可以簡便地在采集中感興趣的事件之間導航。
現在想象一（yī）下，如果沒有這些功能會怎（zěn）樣執行這一任（rèn）務。
如果沒有CAN觸發功能，您將不得（dé）不觸發開關本身，捕獲時（shí）間窗口足夠長的活動，然（rán）後在（zài）CAN 總線上逐幀手動解碼，直到終找到適當的幀。以（yǐ）前（qián）需要幾十分鍾或幾個小時（shí）完成的工作，現在隻（zhī）需要一會兒就可以完成。
MSO/DPO強大的CAN 觸發功能包括下述類型：
幀頭：觸發（fā）SOF 字段。
幀類（lèi）型：選項包括數據幀、遠程幀、錯幀和過載幀
標識符：使用讀/寫判定觸發特定的11位或29位標
識（shí）符（fú）
數據：觸發1-8 字節用戶指定的數據
Missing Ack：在接（jiē）收設備沒有（yǒu）提供確認時觸發
幀（zhēn）尾-：觸發EOF 字段
這些觸發類型可以輕鬆隔離CAN總線上查找的幾乎任何項目。但（dàn）觸發隻是開始。調試通常（cháng）要求檢查觸發前觸發後的消息內（nèi）容。可以通過MSO/DPO係列的（de）事件表簡單地查（chá）看一次采集中的多個消息的內容（róng），如圖17所示。
事件表以帶時戳的（de）表格形式顯（xiǎn）示了采集（jí）中每條（tiáo）消息解碼的消息內容。它不僅可以簡便地查看總線上的所（suǒ）有業務，還可以簡（jiǎn）便地在消息之間進行定時測量。事件表還可以用於MSO/DPO 係列示波器支持的所有總線（xiàn）類型。 |
圖19. 觸發CAN 總線上的特定標識符和（hé）數據，解碼采集中的所有消（xiāo）息。
圖20. CAN 事件（jiàn）表。
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圖21. LIN 幀的結構。 |
LIN
背景知識
本地互連網（wǎng）絡(LIN)總線是LIN 聯盟在1999 年開發的，在不需要CAN 總線那麽高（gāo）的成本、通用性和速度的應用中，作為CAN 總線的低成本替代方案（àn）。這（zhè）些應用一般包括智能傳感器和製動器之間的通信，如車窗控製、門鎖、雨水傳感器、雨刷控製、氣（qì）候控製等等。
但是，由於能夠（gòu）容忍電氣噪聲、錯誤檢測功能及高速數據（jù）傳（chuán）送，CAN 目前仍用於引（yǐn）擎定時控製、防抱死刹車係（xì）統、傳動係控製（zhì）等應用中。 |
工作方式
LIN總線是一種基於增強ISO9141標準的低成本單線實現方案。LIN網絡有一（yī）個主設備，有一個或多（duō）個從（cóng）設備。所有消息都（dōu）由主設備發起，每條（tiáo）消息隻有一個從設備作出響應，因此不象CAN那樣需要碰撞檢測和仲裁（cái）功能。通信基（jī）於UART/SCI，數據在（zài）8 位（wèi）字節中與開始位、結束位和非奇偶性位一起傳送。數據速率在（zài）1 k b / s -20kb/s之間，盡管（guǎn）聽起來很慢，但（dàn）它適合許多預（yù）計的應用，使EMI 達到（dào）小。LIN 總線總是處於兩種狀態中的一種狀態：活動狀態或（huò）睡眠狀態。在活動（dòng）狀態下（xià），總線上所有節點是醒著的，收聽相關的（de）總線命（mìng）令。通過使用（yòng）主設（shè）備簽發Sleep Frame(睡眠幀)，或總線不活動時間長於預先確定的時間，可以使總線上的節點進入睡眠狀態。然後在任何節點請求喚醒或主設備（bèi）簽（qiān）發中斷字段時（shí），總線會被喚醒。
LIN幀由兩（liǎng）個主要部分（fèn）組成：包頭和響應。包頭由主設備發出，響應則由從設備發出。包頭和響應都有（yǒu）自己的構成，如圖21所示。
包頭構成：
中斷字段－中斷（duàn）字段用來表明新幀的開頭。它激活（huó）和（hé）命令所有從設備接聽包頭的其餘部分。
同步字段－從設備使用同步字段確定主節點使用（yòng）的波（bō）特率，相應地進行（háng）同步。
標識符字段－標（biāo）識符指明哪台從設備采取行（háng）動。
響應構成：
數據－指定的從設備應答1-8 個字節的數據。
校驗和－計算得出的字段，用來檢測數據傳輸中的錯誤。LIN標（biāo）準已經演進了多個版本，使用兩種不同形式的校驗和。典型的校驗和隻在數據字節上計算，用於1.x版LIN係統中。增強（qiáng）校驗和在數據字節和標識符上（shàng）計算，用於2.x 版LIN 係統中。
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圖22. LIN 總（zǒng）線設置菜單和解碼後的幀。
圖23. 同時捕獲和解碼（mǎ）多（duō）條汽車串行總線。 |
處理LIN
MSO/DPO係列通過DPOxAUTO或DPO4AUTOMAX串行（háng）觸發和分（fèn）析應用模塊提供LIN支持。再次使用前麵板Bus 按（àn）鈕，我們可以簡單地（dì）輸（shū）入總線的基（jī）本參數（shù），如使用的LIN 版本、位速率、極性、門限及在哪裏對數據采樣(位時間的百分比)，定義一條（tiáo）LIN總線。LIN設（shè）置菜單及解碼後的LN 幀如圖22 所示。
MSO/DPO 係列擁有一種強（qiáng）大的功能，能夠同時定義和解碼多四條串行總線。回到前（qián）麵的CAN 總線實例，現在想象一下LIN總線運行車窗控製裝置。在司機按下Passenger WindowDown 控製（zhì）裝置時，司機窗戶中的LIN 總線上會發起一條消息（xī），這條消（xiāo）息（xī）傳過中央CAN 網（wǎng）關，然後發送到司機車門的另一個LIN網（wǎng）絡中。在這（zhè）種情況下，我們可以觸發其中一條總線（xiàn）上的（de）相（xiàng）關消息，同時捕獲和解碼全部三條總線，在業務通過係統從一條總線傳送到另一條總線時，可以非常簡便地查看業務（wù）。如圖（tú）23 所示，我們觸發了條（tiáo）LIN消息，捕（bǔ）獲了全部（bù）三條總線。
MSO/DPO 係列LIN 觸發功能包括下述（shù）類型：
－同步－觸發同步字段。
－標識符－觸發特定的標（biāo）識符。
－數據－觸發1-8個字節的特定（dìng）數據值或數據值範圍。
標（biāo）識符和數據（jù）－觸發（fā）標識符和（hé）數據組合。
喚醒幀－觸（chù）發喚醒幀。
睡眠幀－觸發睡眠幀。
錯誤－觸發同步錯誤、ID奇偶性錯誤或校驗和錯誤。
這些（xiē）觸發類（lèi）型允許比以前更快地隔離LIN總線上查找的一切特性。通過MSO/DPO 係列（liè）中的其它串行功能，如事件表及搜索和標記功能（néng），調試基於LIN的汽車設計變得前所未有的簡便。
FlexRay
背景知識
FlexRay 是（shì）一種相對較新（xīn）的汽車總線，目前，由先汽車公司和供應商組成（chéng）的集團(稱為FlexRay聯盟)對這一總線的開發工作仍在進（jìn）行中。隨著汽車智能化程度不（bú）斷提高及電子器件進入（rù）越來越多的汽車應用，製（zhì）造商發現現有的汽車串行標準（zhǔn）(如CAN 和LIN)沒有滿足X-bywire應用要求的速度、可靠性（xìng）或冗餘（yú）性，如線路製動或線路轉向應用。今天，這些功（gōng）能主要采用機械係（xì）統和水壓係統。將來，它們將被代之以（yǐ）由傳感器和高（gāo）度可靠的電子組成（chéng）的網絡，這不僅可以降低（dī）汽車的成本，還可（kě）以（yǐ）明顯提高（gāo）乘客的安全性，因為它提供了許多基於智能電子的功能，如（rú）提前製動（dòng）、避免碰撞、自（zì）適應巡航控製（zhì）、等等（děng）。 |
圖24. FlexRay 幀結構 |
工（gōng）作方式
FlexRay是在屏蔽雙絞線(STP)或（huò）非屏蔽雙絞線（xiàn）(UTP)上（shàng）運行的一（yī）種（zhǒng）速率高達10 Mb/s的差分總線，其速度明顯高於LIN 的20 kb/s 或CAN 的1 Mb/s 速率。FlexRay采用雙（shuāng）通道結構，有兩大優勢。，可（kě）以配置兩條通道，在關鍵安全應用中提供冗餘通信，如（rú）x-by-wire應用，保證消息通過（guò）。第二，可以配置兩條通道，在（zài）每條通道上以10 Mb/s速率發送的信息，在安全（quán）重要程度較低的應用中實現20 Mb/s 的整體（tǐ）總線傳（chuán）送速率。
FlexRay 采用時間觸發協議，通過同時包含（hán）靜態幀和動態幀（zhēn）的通信周期，實現了以前的同步協議和異步協議的優勢。靜（jìng）態幀是為（wéi）總（zǒng）線上每台設備分配（pèi）的時隙（xì）或預（yù）定長度（dù），以在每個周期期間通信。總線上的每台（tái）設備也有機會（huì）通過動態幀（zhēn）在每（měi）個周期中通（tōng）信，動態幀的長度(和時間)可能會變化。FlexRay幀由三（sān）個主要（yào）段組成（chéng）：包頭段、淨荷段和包尾段。每個（gè）段都有自己的構成，如圖24 所示。
包頭段的構成：
指示符位－前5 個位稱為（wéi）指示符位，表明傳送的（de）幀的類型。選項包括正常幀、淨荷幀、空幀、同步（bù）幀和（hé）啟動幀。
幀（zhēn）號－幀號定義（yì）了應該在哪個時隙中傳（chuán）送幀。幀號在1-2047 之間，在通信周期中每條通道（dào）內任何單獨幀號（hào）使用的次數不多於一次（cì）。
淨荷長度- 淨荷長（zhǎng）度字段用來指明淨荷（hé）字段中有多少個數（shù）據字。
包頭CRC-使用同步幀指示（shì）符（fú）、啟動幀指示符、幀（zhēn）號（hào）和淨荷長度計算得出的循環冗餘校（xiào）驗(CRC)代碼。
循環數量- 當前通信周期的值，範（fàn）圍為0-63。
淨荷段的構成：
數（shù）據－數據字段包含多（duō）254 字節的數據。對在靜態（tài）段中傳送的幀，淨荷（hé）段的前0-12個字節可以選擇作為網絡管理矢量使用。幀包頭中的淨荷前置碼指示符指明淨荷（hé）段是否包含網絡管理矢量。對在動態段中傳送的幀，淨荷段（duàn）的（de）前兩個字節可以選擇（zé）作為消息ID 字段使用，允許接收節點根據這（zhè）個（gè）字段的內容過濾或掌控數據。幀包頭中的（de）淨荷前置碼指示符指明淨荷段是否（fǒu）包含消息ID。段中傳送的幀，淨荷段的前兩（liǎng）個字節（jiē）可（kě）以選擇作為消息ID 字段使用，允許接收（shōu）節點根據（jù）這（zhè）個字段的內容過濾（lǜ）或掌控數據。幀包頭中的淨荷前置碼指示符指明淨荷段是（shì）否包含消息ID。
包尾段構成：
CRC－ 使用幀的包頭段和淨荷估計算得出的循環冗餘校驗(CRC)代碼。動態幀有一個額外的成分，位於包尾CRC 後麵，稱為動態尾部序列（liè）(DTS)，防止總線接收機過早地檢測通道空閑狀態。 |
圖25. FlexRay 總線設置菜（cài）單。 |
處理FlexRay
MSO/DPO4000 係列通過DPO4AUTOMAX 模塊支持FlexRay，在所有三項汽車標準上（shàng）提供（gòng）了串行觸發和分析功能，即CAN、LIN 和FlexRay，並在FlexRay 上提供了眼圖（tú）分（fèn）析（xī）和關鍵定時測量功（gōng）能。為定義FlexRay總線（xiàn），我們進（jìn）入總線菜單，從支持的標準列表中選擇FlexRay。FlexRay 設置菜單如圖25 所示。
然後，我們使用Define Inputs 菜單，告訴示波我們是（shì）在查看FlexRay 通道A 還（hái）是通道B、我們正在探測哪類信號(差分、半差分對或控製器和總線驅動器之間的邏輯信號)，然後設置門（mén）限和位速率。與4000係列（liè）上支持的其它串行標準不同，FlexRay 在查看非（fēi）Tx/Rx 信號時要（yào）求（qiú）設置兩個門（mén）限，因為它是一種三電平（píng）總（zǒng）線。這樣，示波（bō）器可以識別Data High 和Data Low 及兩個信號電壓相（xiàng）同（tóng）的空閑狀態。
MSO/DPO4000 係列強大的FlexRay 功（gōng）能集（jí）如圖（tú）26 所示，其中我們觸發了Frame ID = 4 和Cycle Count = 0組（zǔ）合，捕獲了大約80 個FlexRay 幀，解（jiě）碼了整個采集，然後讓示波（bō）器（qì）搜索采集數據，找到和標記發生的所有同步幀。所有這一切隻需使用100,000 點的（de）記錄長度完成。MSO/DPO4000 係列（liè）在所有通道上可以實現深10M 點的記錄（lù）長度，捕獲串（chuàn）行活動的（de）長時間窗口。
MSO/DPO4000 係列FlexRay觸（chù）發功能包（bāo）括（kuò）下述類型：
幀頭－觸發幀頭序列(FSS)的後沿。
指示符位－觸發正常幀、淨荷幀、空幀、同步幀或啟動幀。
標識符－觸發特定幀號或一（yī）個幀號（hào）範（fàn）圍。
循環數量－觸發特定（dìng）的循環數量值或一個循環數量值範圍。
包頭字（zì）段－觸發（fā）任意包頭字段或所有（yǒu）包頭字段中用（yòng）戶指定值的（de）組合，包括指示符位、幀號、淨荷長度、包（bāo）頭CRC 和循環數量。
數據－觸發多16 個字節的數據。數據窗口可以（yǐ）偏移幀中用戶指定字節數（shù）及非常長的數據淨（jìng）荷。可以作為特（tè）定值或取值範圍指定所需的數據（jù）。
標識符和（hé）數據－ 觸發（fā）幀號和數據組合（hé）。
幀尾－觸發靜態幀、動態（tài）幀或所有幀。
錯誤－ 觸（chù）發大量的（de）不同錯誤類型，包括包頭CRC錯誤（wù）、包尾（wěi）CRC 錯誤、空幀錯誤、同步幀錯誤和啟動幀錯誤。
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圖26. 觸發幀號（hào）和（hé）循環數，搜索采（cǎi）集的數據，找到啟動幀。
圖27. FlexRay 信（xìn）號的眼圖分析。
圖28. 在CAN 總線采集（jí）中搜索指定的標識符的數據（jù）。 |
除上麵介紹的觸（chù）發和解碼功能外，DPO4AUTOMAX 還提供了FlexRay眼圖分析功（gōng）能，幫助診斷物理層問題。用戶隻（zhī）需把軟件包裝到PC 上，通（tōng）過LAN 或USB 把PC 連接到示波器，點擊Acquire Data按鈕，就可以獲得信息豐富的顯示畫麵，如圖27 所示。分析（xī）功能包（bāo）括：
眼圖－ 使用采集中的所有信息構建（jiàn）眼圖，當前選擇的幀用藍色突（tū）出顯示。與TP1或TP4模板簡便地進行對比，違規的地方用紅色突出顯示。
解（jiě）碼－在模擬波形上解碼當前選擇的幀，整個采集在下麵的表（biǎo）格中解碼。
時間間隔誤差(TIE)圖－簡便地目測幀內的抖動。
錯誤校驗－ 錯誤用紅色（sè）突出顯示。計算包頭和包（bāo）尾CRC，並與傳（chuán）送的幀進行對比。
定時測量－上升時間、下降時間、TSS 時長、幀時間（jiān）、平均位時間、前一個同步、下一個同步、前一個周（zhōu）期幀、下一（yī）個周期幀。
查找－根據分組內容隔離感興趣的特（tè）定幀。
保存－把解碼後的采（cǎi）集（jí）保存到.csv 文件中，以進一步離線分析。
由於提供了這套完善的FlexRay觸發（fā）功能及前麵（miàn）討論的CAN 和LIN 功能，MSO/DPO4000 係列已經成為的汽車（chē）設（shè）計調試工具。 |
觸發與搜索
正如我們在本應用指南中（zhōng）討（tǎo）論的那樣，必需（xū）擁有強大的觸發係統，隔離串行總線上感興趣（qù）的事件。但是，一旦已經采集了數據(示波器被停止)，而且想分析數據，那麽觸發就沒有什麽用（yòng）了。如果示波器具有（yǒu）類似觸發的資（zī）源、分析停止的波形數據不是更好嗎？MSO/DPO係（xì）列的（de）Wave Inspector為您提供了強大的搜索功能（néng）。本文中討論的所有總線觸發功能還作為已采集數據的搜索標準使用。例如，在圖18中（zhōng），示波（bō）器已經在長采集記錄中搜索（suǒ）了具有特定地址和數據內容的每條（tiáo）CAN 消息，並在顯示屏頂部在每條消息上標明空（kōng）心的白三角形。為在發生（shēng）的消息之間導航，用（yòng）戶隻需（xū）按（àn）前（qián）麵板上（shàng）的Previous和Next按鈕即可。
當然，搜索也可以用於比較（jiào）傳統的觸（chù）發類（lèi）型。搜索類型包括邊沿、脈寬、欠幅脈（mò）衝、建立時間和保持時間、邏輯和上升時間/下降時間。
總結
盡管嵌入式係統設計從並行總線轉向串行總線（xiàn）帶來了許多好處，但（dàn）它也給設計工程師帶來了許多挑戰。通過傳統測試（shì）測量工具，觸發查找的事件要困難（nán）得多，這些工具僅僅查看模擬信號，幾乎不可能告訴用戶其提供了哪些信息，而且手動（dòng）解碼長時間的總線活動、診斷問題是非常耗時、非常容易出錯的過程。MSO/DPO係列改變了這一切。由於其強大的觸發、解碼和搜索功能，當前（qián）的設（shè）計工程師可以（yǐ）以極高的效率解決（jué）嵌（qiàn）入式係統設計問題。 |
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MSO/DPO4000 係列
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DPO3000 係列
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MSO/DPO2000 係列
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帶寬
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1GHz,500MHz,350 MHz
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500MHz,300MHz,100MHz
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200MHz,100MHz
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通道數量
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2條或4條模擬通道
16條數字通道(MSO係列)
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2條（tiáo）或4條（tiáo）模擬通（tōng）道
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2條或4條模擬通道
16條數字通道(MSO係列)
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記錄長度(所（suǒ）有（yǒu）通道)
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10 M
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5 M
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1 M
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采樣率(模擬（nǐ）)
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5 GS/s*, 2.5 GS/s
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2.5 GS/s
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1 GS/s
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彩色顯（xiǎn）示器
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10.4 英寸XGA
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9 英寸WVGA
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7 英寸WQVGA
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串行總線觸發和分析模塊
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DPO4EMBD: I2C, SPI
DPO4COMP:
RS-232/422/485/UART
DPO4AUTO: CAN, LIN
DPO4AUTOMAX:
CAN, LIN, FlexRay
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DPO3EMBD: I2C, SPI
DPO3COMP:
RS-232/422/485/UART
DPO3AUTO: CAN, LIN
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DPO2EMBD: I2C, SPI
DPO2COMP
RS-232/422/485/UART
DPO2AUTO: CAN, LIN
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同時顯（xiǎn）示的
串行總線數量
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4
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2
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2
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*1 GHz 帶寬型（xíng）號。
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