CN105866501B - 一种基于示波器的协议解码分析方法及协议解码分析装置 - Google Patents

一种基于示波器的协议解码分析方法及协议解码分析装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于示波器的协议解码分析方法，包括以下步骤：(1)预设一数字示波器及其内置有通道采集模块、高速模数转换电路模块、ARM核心控制模块、DDR及Flash存储模块、显示及按键控制模块，以及FPGA电路模块；(2)通过显示及按键控制模块对各模块进行参数设置；(3)信号通过探头测量进入到数字示波器，通过通道采集模块及高速模数转换电路模块转换为对应的数据信号；(4)FPGA电路模块处理送来的数据信号；(5)FPGA电路模块记录数据信号并赋值在一个共同定义的协议包结构体中；(6)获得的协议包结构体以及原始波形数据发送到ARM核心控制模块，随后同时传送至显示及按键控制模块进行显示。本发明还公开了基于示波器的协议解码分析装置。

Description

一种基于示波器的协议解码分析方法及协议解码分析装置
技术领域
本发明涉及数字示波器的技术领域，具体涉及一种基于示波器的协议解码分析方法及协议解码分析装置。
背景技术
示波器是一种用途广泛的电子测量仪器，它能够将人眼看不到的电信号转换为人眼可见的波形图像，便于人们研究各种电信号的变化过程。数字存储示波器(DigitalStorage oscilloscopes，DSO)，简称数字示波器，是通过模数转换器把被测量信号转换为数字信息并进行存储，并利用存储的数据重建波形信号并在示波器的屏幕上进行显示。
随着示波器的发展，其功能不再局限于观察信号的形状，用户还可以针对捕获的波形数据进行协议解码，以获得解码数据。一般需要解码时，示波器首先将捕获的一段数据存储在存储器中，然后通过解码协议对数据进行解码分析，并可以将分析的结果进行显示。这样使得用户在对电信号测量时，通过示波器得到的不仅仅是一般的波形数据，还有其中含有的数字信息，从物理层的波形转换为了直观的数字。
在调试通讯协议的电路中，通讯的双方在规定的协议下收发数据。当收发功能不正常时，可以利用示波器探测通讯链路上的波形质量。如果通讯质量满足要求，为了进一步分析，需要检查通讯的数据是否有效。比如是否有无效的数据传输，是否有通讯错误等，这时，如果没有协议分析仪，很难以通过波形形状来分析出其中的信息。而有了协议分析仪或协议解码器，就可以对照解码的结果和对应的波形，分析出通讯的故障点。通讯协议有许多种，为了适应需求，产品中要求尽可能地集成多个协议分析仪。通讯协议复杂程度不同，所需要的资源不同。
并且，协议分析仪可以分析数据包但是其结果是数据包而原始波形无法观察，因此无法确定一个错误信号是信号本身的错误，还是由于信号质量差造成的错误。
发明内容
本项发明是针对现行技术不足，提供一种基于示波器的协议解码分析方法。
本发明还提供一种实施基于示波器的协议解码分析方法的协议解码分析装置。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种基于示波器的协议解码分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)预设一数字示波器，数字示波器内设置有通道采集模块、高速模数转换电路模块、ARM核心控制模块、DDR及Flash存储模块、显示及按键控制模块；
所述数字示波器内还设有FPGA电路模块；
(2)开启数字示波器，通过显示及按键控制模块对通道采集模块、高速模数转换电路模块、FPGA电路模块、ARM核心控制模块进行参数设置；
(3)设置完成后，信号通过探头测量进入到数字示波器，通过通道采集模块进行处理后到达高速模数转换电路模块，通过高速模数转换电路模块转换为对应的数据信号；
(4)步骤(3)获得的数据信号送达FPGA电路模块时，FPGA电路模块根据步骤(2)预先设置的解码协议类型及触发条件处理送来的数据信号；
(5)步骤(4)中，当FPGA电路模块判断送来的数据信号达到触发条件时，记录触发点及其前后一定时间内的数据信号，该数据信号为原始波形数据；
将触发前后的原始波形数据信号进行协议解码并赋值在一个共同定义的协议包结构体中；
(6)步骤(5)获得的协议包结构体以及原始波形数据一起发送到ARM核心控制模块，ARM核心控制模块将协议包结构体以及原始波形数据进一步处理后，传输到DDR及Flash存储模块进行数据存储，同时传送至显示及按键控制模块进行显示，数字示波器同时显示协议包结构体及原始波形数据对应的波形，以便将数字示波器采集到的原始波形数据与协议内容相关联，判断出是数据发错或者是信号质量的问题。
作为进一步改进，步骤(2)中，所述FPGA电路模块进行参数设置具体包括以下内容：通过显示及按键控制模块设置触发方式为协议触发；
打开协议解码开关，选定解码协议，解码协议类型包括SPI、I2C、RS232或CAN。
作为进一步改进，所述步骤(2)具体还包括以下内容：所述通道采集模块预先设置偏置和滤波的参数，所述通道采集模块对从探头测量进入到数字示波器中的数据信号进行偏置和滤波处理；
所述高速模数转换电路模块预先设置采样速率，所述高速模数转换电路模块根据预先设置的采样速率对数据信号进行处理获得对应的数据信号。
步骤(5)FPGA电路模块判断送来的数据信号是否达到触发条件是通过判断FPGA满标志是否置位来确定是否达到触发条件而读取数据信号。
作为进一步改进，所述步骤(6)具体还包括以下内容：
所述显示及按键控制模块显示内容包括协议解码的相关信息；
协议解码的相关信息包括原始波形数据的波形转换而来的伪方波，等效于最终的分析波形数据；
协议解码的相关信息还包括以触发点为参考点，前后一定时间完成解码的事件列表，该事件列表按时间顺序排列分析到的事件及信息。
所述显示及按键控制模块显示内容还包括示波器本身的显示信息。
一种实施上述基于示波器的协议解码分析方法的协议解码分析装置，其包括数字示波器，所述数字示波器内设置有相互连接的通道采集模块、高速模数转换电路模块、ARM核心控制模块、DDR及Flash存储模块、显示及按键控制模块以及FPGA电路模块；
所述FPGA电路模块内预存有解码协议类型及触发条件。
所述通道采集模块连接探头，所述通道采集模块设有偏置电路和滤波电路。
所述解码协议类型包括SPI、I2C、RS232或CAN。
所述显示及按键控制模块包括显示屏及控制按键。
本发明的有益效果：本发明数字示波器内设置FPGA电路模块，将采集到的波形和分析到的解码协议内容相关起来，可以直接看到协议包结构体里面的数据以及对应的波形，进行对比分析，当数据出了问题可以判断并确实是数据发错了还是某个bit信号质量的问题，而协议分析仪由于只能看到数据包而看不到原始波形，所以数据发生错误时没法判断是确实数据发错了还是信号质量造成的。
本发明数字示波器不需要被分析对象留出专门的信号接口，可以直接用探头点在信号上进行总线的协议分析，只要探头能接触到的地方就可以用探头点上去捕获波形并进行协议解码，比较灵活，有些总线是内部总线，没有对外接口时用示波器的探头点测就成为唯一的方案。而专用的协议分析仪一般需要被测总线是标准接口才能连接进行测试。
数字示波器内的FPGA电路模块作为示波器的一个选件，价格相对比较便宜，示波器是做总线测试的必备仪表，在上面扩展一个总线的协议解码功能只有几千美金，而专用的总线协议分析仪价格是这个的很多倍。
示波器里的协议分析功能更侧重信号质量和其承载的包内容的关联显示，主要用于帮助用户在做系统调试时排除由于硬件问题造成的协议故障，同时帮助用户了解总线当前所处的工作状态。
下面结合附图与具体实施方式，对本发明进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明基于示波器的协议解码分析装置硬件结构框图；
图2为本基于示波器的协议解码分析方法的流程图。
图中：1.通道采集模块，2高速模数转换电路模块，3.FPGA电路模块，4.ARM核心控制模块，5.显示及按键控制模块。
具体实施方式
实施例，本实施例提供的基于示波器的协议解码分析方法，包括以下步骤：
(1)预设一数字示波器，数字示波器内设置有通道采集模块1、高速模数转换电路模块2、ARM核心控制模块4、DDR及Flash存储模块、显示及按键控制模块5；
所述数字示波器内还设有FPGA电路模块3；
(2)开启数字示波器，通过显示及按键控制模块5对通道采集模块1、高速模数转换电路模块2、FPGA电路模块3、ARM核心控制模块4进行参数设置；
通过显示及按键控制模块5设置触发方式为协议触发；并打开协议解码开关，选定解码协议，解码协议类型包括SPI、I2C、RS232或CAN；
所述通道采集模块1预先设置偏置和滤波的参数，所述通道采集模块1对从探头测量进入到数字示波器中的数据信号进行偏置和滤波处理；
所述高速模数转换电路模块2预先设置采样速率，所述高速模数转换电路模块2根据预先设置的采样速率对数据信号进行处理获得对应的数据信号；
(3)设置完成后，信号通过探头测量进入到数字示波器，通过通道采集模块1进行处理后到达高速模数转换电路模块2，通过高速模数转换电路模块2转换为对应的数据信号；
(4)步骤(3)获得的数据信号送达FPGA电路模块3时，FPGA电路模块3根据步骤(2)预先设置的解码协议类型及触发条件处理送来的数据信号；
(5)步骤(4)中，FPGA电路模块3判断送来的数据信号是否达到触发条件是通过判断FPGA满标志是否置位来确定是否达到触发条件而读取数据信号；
当FPGA电路模块3判断送来的数据信号达到触发条件时，记录触发点及其前后一定时间内的数据信号，该数据信号为原始波形数据；
将触发前后的原始波形数据信号进行协议解码并赋值在一个共同定义的协议包结构体中；
(6)步骤(5)获得的协议包结构体以及原始波形数据一起发送到ARM核心控制模块4，ARM核心控制模块4将协议包结构体以及原始波形数据进一步处理后，传输到DDR及Flash存储模块进行数据存储，同时传送至显示及按键控制模块5进行显示，数字示波器同时显示协议包结构体及原始波形数据对应的波形，以便将数字示波器采集到的原始波形数据与协议内容相关联，判断出是数据发错或者是信号质量的问题；
所述显示及按键控制模块5显示内容包括协议解码的相关信息及示波器本身的显示信息；协议解码的相关信息包括原始波形数据的波形转换而来的伪方波，等效于最终的分析波形数据；协议解码的相关信息还包括以触发点为参考点，前后一定时间完成解码的事件列表，该事件列表按时间顺序排列分析到的事件及信息。
本实施例还提供实施上述基于示波器的协议解码分析方法的协议解码分析装置，其包括数字示波器，所述数字示波器内设置有相互连接的通道采集模块1、高速模数转换电路模块2、ARM核心控制模块4、DDR及Flash存储模块、显示及按键控制模块5以及FPGA电路模块3；所述FPGA电路模块3内预存有解码协议类型及触发条件。
所述通道采集模块1连接探头，所述通道采集模块1设有偏置电路和滤波电路。
所述解码协议类型包括SPI、I2C、RS232或CAN。
所述显示及按键控制模块5包括显示屏及控制按键。
本发明的数字示波器的工作过程：参见图1，
(1)信号通过探头测量进入数字示波器，在通道采集模块1完成必要的滤波等信号处理到达高速模数转换电路模块2前段；
(2)在第1步完成的情况下，通过高速模数转换电路模块2将模拟信号转换为对应的数据信号送达FPGA电路模块3；
(3)FPGA电路模块3根据协议类型及触发条件处理送来的数据信号，达到触发条件后记录下触发点及其前后一定时间内的数据，如果解码开关打开的情况下将对触发前后的数据进行协议解码并且赋值在一个共同定义的协议包结构体中；
(4)ARM核心控制模块4读取FPGA电路模块3的协议包结构体作进一步处理，最终显示在示波器上。
本发明基于示波器的协议解码分析方法的软件流程如下：参见图2，
步骤S10初始化阶段将会回复默认的触发方式为默认状态，协议解码是非常规功能，需要到对应的界面设置触发方式为协议触发，打开协议解码，并且选定解码协议SPI、I2C、RS232、CAN等；
步骤S11在示波器协议解码菜单下配合显示及按键控制模块5的按键设置协议解码的各类功能；
步骤S12协议解码的控制方式为示波器的显示及按键控制模块5，通过在对应菜单设置相应的触发选项，如果更新了设置会将该设置配置的FPGA电路模块3，使其更新相应的处理方式，让数据得到更新；
步骤S13波形数据为选定触发方式的触发点前后一段时间内的数据。该数据通过判断FPGA满标志是否置位来确定是否读取，该数据就是协议解码的原始波形数据；
步骤S14当配置为协议触发时，FPGA会分析当前的原始波形数据，并且结合解码的设置项，将解码信息打包放在一个协议包结构体里面，该协议包结构体和原始波形数据一起发送到ARM处理器，这样能够让显示的波形和解码数据完全配套，方便对比分析；
步骤S15显示除了示波器本身的显示信息外，还要显示解码的相关信息包括：由原始信号的波形转换而来的伪方波，等效于最终的分析波形数据、事件表，即以触发点为参考点，前后完成解码的事件列表，清晰的按时间顺序排列分析到的事件及信息。
本发明数字示波器内设置FPGA电路模块3，将采集到的波形和分析到的解码协议内容相关起来，可以直接看到协议包结构体里面的数据以及对应的波形，进行对比分析，当数据出了问题可以判断并确实是数据发错了还是某个bit信号质量的问题，而协议分析仪由于只能看到数据包而看不到原始波形，所以数据发生错误时没法判断是确实数据发错了还是信号质量造成的。
本发明数字示波器不需要被分析对象留出专门的信号接口，可以直接用探头点在信号上进行总线的协议分析，只要探头能接触到的地方就可以用探头点上去捕获波形并进行协议解码，比较灵活，有些总线是内部总线，没有对外接口时用示波器的探头点测就成为唯一的方案。而专用的协议分析仪一般需要被测总线是标准接口才能连接进行测试。
数字示波器内的FPGA电路模块3作为示波器的一个选件，价格相对比较便宜，示波器是做总线测试的必备仪表，在上面扩展一个总线的协议解码功能只有几千美金，而专用的总线协议分析仪价格是这个的很多倍。
示波器里的协议分析功能更侧重信号质量和其承载的包内容的关联显示，主要用于帮助用户在做系统调试时排除由于硬件问题造成的协议故障，同时帮助用户了解总线当前所处的工作状态。
本发明并不限于上述实施方式，采用与本发明上述实施例相同或近似方法或装置，而得到的其他基于示波器的协议解码分析方法及协议解码分析装置，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于示波器的协议解码分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1 )预设一数字示波器，数字示波器内设置有通道采集模块、高速模数转换电路模块、ARM核心控制模块、DDR及Flash存储模块、显示及按键控制模块； 所述数字示波器内还设有FPGA电路模块；
(2 )开启数字示波器，通过显示及按键控制模块对通道采集模块、高速模数转换电路模
块、FPGA电路模块、ARM核心控制模块进行参数设置，对所述FPGA电路模块控进行参数设置包括：预先设置的解码协议类型及触发条件；
(3 )设置完成后，信号通过探头测量进入到数字示波器，通过通道采集模块进行处理后到达高速模数转换电路模块，通过高速模数转换电路模块转换为对应的数据信号；
(4 )步骤( 3 )获得的数据信号送达FPGA电路模块时 ，FPGA电路模块根据步骤( 2 )预先设置的解码协议类型及触发条件处理送来的数据信号；
(5 )步骤( 4 )中 ，当FPGA电路模块判断送来的数据信号达到触发条件时 ，记录触发点及其前后一定时间内的数据信号，该数据信号为原始波形数据；
将触发前后的原始波形数据信号进行协议解码并赋值在一个共同定义的协议包结构体中；
( 6 )步骤( 5 )获得的协议包结构体以及原始波形数据一起发送到ARM核心控制模块，ARM 核心控制模块将协议包结构体以及原始波形数据进一步处理后，传输到DDR及Flash存储模 块进行数据存储，同时传送至显示及按键控制模块进行显示，数字示波器同时显示协议包 结构体及原始波形数据对应的波形，以便将数字示波器采集到的原始波形数据与协议内容 相关联，判断出是数据发错或者是信号质量的问题；
所述步骤( 6 ) 具体还包括以下内容：
所述显示及按键控制模块显示内容包括协议解码的相关信息；协议解码的相关信息包括原始波形数据的波形转换而来的伪方波，等效于最终的分析波形数据；
协议解码的相关信息还包括以触发点为参考点，前后一定时间完成解码的事件列表，该事件列表按时间顺序排列分析到的事件及信息。
2.根据权利要求1所述的基于示波器的协议解码分析方法，其特征在于，步骤( 2 )中，所述FPGA电路模块进行参数设置具体包括以下内容：通过显示及按键控制模块设置触发方式 为协议触发；
打开协议解码开关，选定解码协议，解码协议类型包括SPI、I2C、RS232或CAN。
3.根据权利要求1所述的基于示波器的协议解码分析方法 ，其特征在于，所述步骤( 2) 具体还包括以下内容：所述通道采集模块预先设置偏置和滤波的参数，所述通道采集模块 对从探头测量进入到数字示波器中的数据信号进行偏置和滤波处理；
所述高速模数转换电路模块预先设置采样速率，所述高速模数转换电路模块根据预先设置的采样速率对数据信号进行处理获得对应的数据信号。
4.根据权利要求2所述的基于示波器的协议解码分析方法，其特征在于，步骤(5 )FPGA电路模块判断送来的数据信号是否达到触发条件是通过判断FPGA满标志是否置位来确定是否达到触发条件而读取数据信号。
5.根据权利要求1所述的基于示波器的协议解码分析方法，其特征在于，所述显示及按键控制模块显示内容还包括示波器本身的显示信息。
6.一种实施权利要求1～5之一所述基于示波器的协议解码分析方法的协议解码分析装置 ，其特征在于 ，其包括数字示波器 ，所述数字示波器内设置有相互连接的通道采集模 块、高速模数转换电路模块、ARM核心控制模块、DDR及Flash存储模块、显示及按键控制模块 以及FPGA电路模块；
所述FPGA电路模块内预存有解码协议类型及触发条件；所述显示及按键控制模块显示内容包括协议解码的相关信息；协议解码的相关信息包括原始波形数据的波形转换而来的伪方波，等效于最终的分析波形数据；
协议解码的相关信息还包括以触发点为参考点，前后一定时间完成解码的事件列表，该事件列表按时间顺序排列分析到的事件及信息。
7.根据权利要求6所述的协议解码分析装置，其特征在于，所述通道采集模块连接探头，所述通道采集模块设有偏置电路和滤波电路。
8.根据权利要求6所述的协议解码分析装置，其特征在于，所述解码协议类型包括SPI、I2C、RS232或CAN。
9.根据权利要求6所述的协议解码分析装置，其特征在于，所述显示及按键控制模块包括显示屏及控制按键。
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