CN1942925A - 同时物理和协议层分析 - Google Patents

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CN1942925A CNA200480041517XA CN200480041517A CN1942925A CN 1942925 A CN1942925 A CN 1942925A CN A200480041517X A CNA200480041517X A CN A200480041517XA CN 200480041517 A CN200480041517 A CN 200480041517A CN 1942925 A CN1942925 A CN 1942925A
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Abstract

一种捕获串行总线上的模拟波形的方法和设备。该方法包括指定预定数字数据序列、对串行数据总线上传送的串行数据信号进行解码和将解码后的串行数据信号与预定数字数据序列进行比较的步骤。当判定解码后的串行数据的一部分与预定数字数据序列相匹配时，对与解码后的串行数据信号的匹配部分相对应的串行数据信号部分做标记。

Description

同时物理和协议层分析
技术领域
本发明总地来说涉及数字数据流及其基础模拟传输信号二者的同时解译和显示。这样的同时解译能够实现数字数据的任何特定部分(比如错误)和引生该特定数据的基础模拟信号或错误的分析。
背景技术
数据通信是消息从一个电子装置到另一个电子装置的传输。这些消息是通过通信信道传输的。物理线、光缆、无线电或其它合乎要求的传输介质都可以用于实现通信信道。独立数据位的流代表各个消息，这样构成了数字数据消息。通信协议是定义串行数字数据流中位的顺序和含义的一致的约定。它还可以规定交换信息的程序。协议将会定义多少个数据位构成一个消息单元、帧位和格式化位、错误检测/修正位和将该消息从源传送到其目的地以及能够实现在接收端接收到了正确消息的确认所需的任何其它信息。
在设计和制造相互进行通信以在之间传送消息的装置的时候，制造者必须知道在数据传输期间可能发生问题、装置可能不会正确解译消息或者装置可能不会对所接收的消息做出适当响应。目前个人可以得到用来独立地考察物理层(包括实际接收到的模拟数据信号)或协议层(包括解码后的数字数据)的工具。协议分析仪例如在数据包经过网络的媒介传输的时候对数据包的内容进行捕获、解码、解译并且做出反应。它们典型地会牵涉到行业标准ISO/OSIR基准模型的第2层(数据链接)到第5层(会话)。不过，它们无法察觉信号的形状和时序或层1(硬件，连接装置等)。另一方面，示波器和串行数据分析仪使得操作人员能够精确地捕获到数据位并且观察它们的形状以及测量眼图、抖动、位错误和使得操作人员能够分析层1的各种各样串行数据标准所对应的其它信号参数，比如上升时间和过冲，但是对协议栈的较高层却无能为力。虽然现在某些示波器使得用户能够触发特定的串行模拟数据图形，以使用户能够检测预定义的信息序列，但是常规上并没有在这个物理层之上针对由捕获到的模拟波形表达的串行数字数据流的信息内容而给出的信息。
在给出相关的模拟和数字数据方面做出的努力都不太成功。按照一种办法，将串行数据信号显示出来，并且光标可以限定串行数据信号要按照预定协议解码成数字数据的部分。虽然这能够实现串行和相同相关数字数据的观察，但是这种系统具有严重的缺陷。例如，本发明的发明人已经确定，例如因为没有做出触发被曲解波形的准备，所以不能监视遵循所定义协议的错误所对应的数字数据，于是不能观看模拟信号与数字错误相对应的部分。
发明内容
按照本发明，本发明人因此断定有些时候需要弄清这些物理和协议层之间的关系。例如，我们可能想要确定无效或遭破坏的消息的缘由。这样，如果在数字数据中检测到错误，我们可能想要分析一下用来传送该数字数据的作为基础的模拟信号。
另一种用途是，有人可能希望了解系统中串行数据信号和其它模拟信号之间的时序。目前，为了检验各种数字串行数据信号与模拟信号之间的时序，要将模拟信号物理上显示在DSO(数字采样示波器)上，并且通常通过对位进行统计(然后人工地解码成文本消息，以解译目的地或消息)对其进行粗略解译，如图1所示，或者在显示消息(协议)信息的单独的协议分析器中对其进行解译，如图2所示。正如本发明的发明人所认定的那样，还没有能够根据串行数据信号进行触发、测定物理层性质和解译数据层信息的具有所要求的带宽和通道数量的单一测试装置。
此外，按照本发明，因为该设备在协议层上解译数据，于是能够实现对作为基础的模拟信号进行的分析，所以用户不需要观看整个模拟数据流来确定所感兴趣的某一部分。而是，用户可以针对数字数据信号设定一个或多个标准。在满足这些标准中的一个或多个时，特定的串行数据信号可以据此得到触发，并且可以回顾产生满足这些标准的数字信号的模拟信号部分。这一技术在针对错误或者针对某些其它不正常触发标准来回顾很长的、非重复性的数据流的时候尤其有用。不同于在模拟信号中对位进行粗略统计，如上所述，是在判定相应数字数据满足一个或多个预定标准的时候显示模拟信号的部分，从而节省了用户大量的时间。这样，解码数字数据本身可以用于定义用来获得相应模拟串行数据流的触发位置。
而且，因为标准是针对协议层中的一个或多个设定的，所以用户可以设定与任意一个协议层对应的标准。这样，例如，如果用户正在使用本发明来监控汽车的状态，则用户应该能够要求在比如engine_dle_speed＜＝800rpm的标准的时候发生数据触发。这样，用户可以以他能够理解(即，不必是二进制或十六进制格式)并且按照所应用的各种条件来方式来设定数据触发标准。
按照这种方式，用户很容易能够设定和定义标准，并且快速的观看与满足预定标准的数字数据相对应的模拟信号数据。
本发明的其它目的和优点部分地是显而易见的，并且部分地是从说明书和附图中明显看出的。
本发明因此包括数个步骤以及这些步骤中的一个或多个相对于其它步骤中的各个步骤的关系，和适用于实现这些步骤的具体实现结构特征、元件的(多种)组合和各部分的安排的设备，所有这些都在下面的详细说明中进行了举例说明，并且本发明的范围将在权利要求中指出。
附图说明
为了更加完整地理解本发明，对下面的说明书和附图进行了参考，其中：
图1是操作员用来统计模拟数据信号的位和显示相关数字数据的示波器的截屏图；
图2是协议分析器的输出的截屏图；
图3是表示在单独一次获取中捕获的多个消息和按照本发明对各个消息显示出解码ID字段的截屏图；
图4是表示与最初捕获的模拟信号同时观看解码数据(来自单独一个消息)的截屏图；
图5是用来实现本发明的一种实施方式的CANBus框图；
图6是表示按照本发明的使得用户能够设置与信号相关的参数(比如位速率和采样点)的CAN分析对话框的截屏图；
图7是表示按照本发明的使得用户能够在各种类型的输入信号之间进行选择的CAN轨迹对话框的截屏图；
图8表示按照本发明的图6的CAN触发的具体实现形式；
图9表示按照本发明的图6的CAN触发的具体实现形式；
图10是表示按照本发明的捕获到多个消息、其中一个有错误的截屏图；
图11是表示按照本发明的具有按十进制显示的解码数据的包括填充位的单独一个消息的细节的截屏图；
图12是表示按照本发明的不包括填充位的按十六进制解码的错误帧的细节的截屏图；
图13是表示在解码信号不可识别的时候包括错误的单独一个消息的细节的截屏图；
图14是表示按照本发明的坏位定位器功能的实现形式的截屏图；
图15是表示按照本发明的用于设置用来测试数据信号的完整性的各种参数的信号完整性对话框的截屏图；
图16是表示按照本发明的用于按照所接收到的信号的协议格式设置参数的协议解码对话框的截屏图；
图17是表示按照本发明的结合到系统中的CANProBus适配器的框图；和
图18是表示按照本发明的CAN处理网页体系结构的框图。
具体实施方式
按照本发明，首先由数字示波器(比如LeCroyX-基于流的数字示波器)捕获物理层串行数据流。然后由协议特定波形解码器对所捕获到的数据流进行分析，以创建组合物理层和数据层视图，以便更加完整地解译数据和更加容易地调试总线、通信和其它可能的问题。波形解码器将所捕获到的物理层的数据流转译成一系列的位(1和0)并且将这些位分组为特定协议所定义的消息的各个部分。这些数据位可以与原来捕获到的信号同时观看。
如图3中所示，给出了显示器300的截屏图，该截屏图图示所获得的和解码后的数据流310。在单独一次采集过程中可以捕获到多个消息。各个消息可以包括独立的ID字段。在图3中，在320处示出了来自这些ID字段的解码数据。这样，与各个注明的ID信息320相对应地聚成一束示出了各个消息所对应的全部数据信号信息。例如，在显示器300上在相应的ID标签下面聚成一束地给出了与位于ID 0x4bc处的消息对应的物理层数据流信息。
一旦获得、分离出并且按照适用的协议解码了各个消息所对应的数据，就可以与最初采集到的信号一起观看解码数据(来自单独一个消息)。接下来参照图4，给出了图示对应于单独一个消息的这些数据的截屏图。显示器400显示与上方注明的ID 0x4bc相对应的解码数据和最初捕获到的信号。在显示器400中示出的是最初采集到的信号310与选定消息ID(在本情况下是ID 0x4bc)相对应的部分410以及插入在数据信号410中的填充位420。按照对数据流进行解码所采用的协议，识别和区分消息的不同部分，例如用不同的颜色加亮。当然，可以采用任何其它描绘解码消息各部分的适当的方法。如图4中所示，将解码消息分成ID字段430、数据长度控制(DLC)字段432、数据字段435、CRC校验和字段440和应答字段442。虽然没有示出，但是有一种实施方式是显示与各个数据消息相关联的位速率。信号的位速率是重要的衡量标准，并且用在很多的分析工具中。在显示的时候，位速率能够实现视觉确认，并且因此能够给出与预期位速率发生任何背离的警告。
除了能够观看显示在屏幕上的单独一条消息之外，用户可以根据消息ID对消息进行筛选，和/或对信号内的任何数据序列进行筛选。数据序列包含很多消息。当翻阅一连串的数据结构，每次遇到具有期望ID的消息的时候停下来，对于用户来说，观看与某一系统事件相对应的具有某一ID的所有消息要方便得多。这样，如果希望，可以将这些消息彼此相邻地显示出来，或者在数据信号的背景中显示。此外，用户可以要求显示包含某一数据序列的所有消息。最后，在进行筛选的时候，不用全部滚读各个指定消息，而是可以显示这样一个表格，该表格指出信号符合筛选标准的各个部分并且指出它们在信号的定位(即，位偏移量、时间偏移量等)。
从常规角度讲，要想确定信号是否已经达到预定阈值，并且是否因此将其看作“1”或“0”，那么就要看一看这个信号来判断它是否在位周期期间跨越了该阈值。不过，这导致了对在先值的曲解。因此，如果值开始于阈值之下，则单独一次的过阈值尖峰就会造成位值已经发生改变的判断结果。即使对于在位周期的大部分时间内该值低于阈值，并且尖峰是由于噪声造成的情况，这一判断结果也已经是既成事实。这就会造成错误。因此按照本发明，要对整个位周期期间的信号值进行求平均。按照这样的方法，由噪声造成的单独一次尖峰并不会导致位周期内值的错误判断。虽然在显示器400上，对位周期期间的值进行的求平均会避免出现错误，但是用户仍然能够观察与位周期相关联的信号，来看一看波形的形状是否提供了为什么信号会穿过阈值的任何线索。
而且，也可以按照其它方式进行数据流分析。例如，一旦确定了各个位值的平均值，就可以根据用户进行的选择，或者按照由协议定义的参数、或者任何期望的位序列(对于值得注意的值，可以将其画出来，以展示该值的任何漂移)、或者可能因系统的某些系统性变化而出现的其它图形，对这些值进行分组。可以得到有关系统的更多信息，并且可以以可能说明信号中各种变化的趋势图、直方图或统计分析结果的形式由用户观看。在很多情况下，可以按照用户的期望的和在数字示波器上实现的许多方式使用这一数据的累积结果，以产生与所获取数据的连贯性和/或完整性有关的附加信息。
按照所采用的协议，或者依据另一种解译数据库，可以将与头部中的数据位和消息的数据部分相对应的符号名加到解码数据上。这样，在对某一位序列进行了解码之后(最好按照上面指出的求平均方案)，可以通过在编码期间应用的任何解译方案来解译该位序列以确定要编码成数据的消息。这样，示波器可以使用这样的数据库或者其它解译方案来将数据位转译成相应的符号名并且与原始波形同时显示它们。数据库可以象RS232的情况一样简单，在RS232的情况下，数据库应该包含映射到各个字节的ASCII码，或者可以复杂到具有用于消息内的各个字段或子字段的不同映射。如上面所指出的，用户可以筛选符号结果，来查看与某一符号名称相对应的数据信号中所有消息。也可将这些结果显示在表格中，如上面指出的那样。
虽然本发明可应用于任何串行数据通信标准，但是本发明最初的实施方式是对CANBus应用的，CANBus是在汽车应用中使用的串行数据总线。
作为降低成本和重量、改善排放和效率并且满足消费者对便利特性的要求的途径，车辆正在不断地搭载越来越多的电子设备。在图5中的500处大体地示出了典型的车辆电子系统(具有CAN和LIN模块)。该电子系统包括CANBus 510、用来经由总线510驱动各种组件以及发送和接收各种数据的各种传感器520和电子控制单元(ECU)530。
随着汽车中电子系统的复杂程度不断提高，调试系统中的错误的处理也同样变得更加复杂。调试员目前必须使用DSO来检验各种系统组件的运行情况并且调试各自包括ECU(电子控制单元)530的“模块”和各种传感器输入520。完整的模块包括汽车中的电子总线上的“节点”。该模块监控传感器输入和由模块的各个部分产生的串行数据消息，并且将按照这一数据产生的串行数据消息发送到总线上。这些发出的串行数据消息由系统中的其它模块接收、解译和使用。汽车中的电子功能越多，意味着总线上的“节点”越多，并且所安装节点随着汽车电子设备一起增长，大约每年增长15％。
对于调试员来说，有必要测量信号总线上的串行数据消息与从汽车中各种其它节点接收到的传感器信号之间的时序来检验操作是否正常。如果某一模块没有正确工作，则调试员可能需要勘查相对于所发送的串行数据信号的时序各种不同的系统的运行情况。这反过来要求电子测试器材触发串行数据信号来推定在触发时刻周围的信号部分之前或之后发生了什么。由于存在大量的信号，因此4信道DSO应该是比较可取的。
一旦将模块安装到了车辆中，就可能与车辆中的其它模块或部分发生不可预料的相互影响。模块供应商或者他们的终端客户(汽车制造商)可以在将各种模块组装到车辆中之后进行测试，来调试“系统”问题。这可能要求模块供应商考察车辆场所或者可能用到组装车辆的其它地方。可能要开着(多辆)车辆到处跑，直到某一期望出现的错误或其它信号出现，此时DSO必须触发信号，并且捕获信号来进行大范围的分析。系统调试可以会花费大量时间并且要求调试员经验丰富。
按照本发明，CAN分析子系统支持四种可组合的功能。
1)触发(消息ID和数据)。
2)物理层分析(坏位检测、信号规格检验)。
3)CAN协议解码功能。
4)CAN符号解译功能。
系统体系结构
按照本发明的CAN总线实施方式的系统由在多用途或专用测试测量器材上运行的一个或多个软件包构成。优选实施方式是要在多信道DSO和包括用来支持系统的触发要求的各种输入和基本运算功能的专用硬件平台上运行该软件。因此硬件封装最好包括串行硬件触发器。该硬件触发器与DSO相接，并且软件包实现各种用户交互、驱动触发器模块和各种分析模块。软件和硬件按照本发明相互作用，能够从CAN总线中实现所有按照CAN协议的普通观测。在图17中示出了这样的结构。当然，也可以使用其它合乎要求的结构，比如将触发器硬件和软件包括在单独一个DSO单元中。
现在将参照图17介绍优选硬件设计。图17表示按照本发明的优选实施方式构建的完整系统1700的结构，此时该系统是为了触发在CAN总线上出现的事件和观看相应的CAN模拟信号以及其它信号而建立的。配备了CAN触发单元1710，并且该单元包括用于接收CAN总线数据的输入端口1712。单元1710此外还包括用于接收CAN模拟信号的物理层接收模块1714和用于评价所捕获的消息的评价模块1716。在评价期间，单元1710分析输入CAN信号，寻找预定多个触发标准中的任何一种。在判定CAN数据中的事件满足了一个或多个预定触发标准之一时，从单元1710的评价模块1716向示波器1720输出触发信号。CAN ProBus适配器1723将由CAN触发单元1710输出的CAN触发脉冲馈入到示波器1720中。如图所示，示波器1720还可以在输入端口1722上直接接收CANbus信号并且在输入信道1724上接收任何其它的期望信号。CANProBus适配器1723的存在确定了要使用哪个输入信道，并且因此确定了哪个输入信道是CAN触发的来源并且实现了各种相关配置的自动操作。
在从CAN触发单1710接收到触发信号的时候，示波1720对输入CAN信号的相应部分做标记，并且如果希望的话，最好注释出造成触发的触发条件的类型。然后存储CAN信号的这个部分(如果不是整个信号)，以备之后由用户审查。
除了观看CAN信号之外，当在CAN上进行触发的时候，可以观看任何其它的信号，这是本发明的优点之一。有些用户在某种情况下不是总想要观看CAN信号，而是更愿意在观看用户感兴趣的某些其它相关信号的时候触发CAN信号。这样，用户可以轻松确定CAN总线上出现的某种触发条件可能对那些其它相关信号有影响。在另一种可选实施方式中，CAN触发是经由外部触发输入端输入的，并且可以观看四个其它信号，在四信道DSO的每个信道上各有一个。
接下来参照图18，将介绍按照本发明的优选实施方式的系统的总体软件设计结构。本发明的CAN分析器是通过向数字采样示波器(DSO)上的管理器的控制软件集合提供软件CAN管理器(整体在1800处示出)来实现的。包含三个执行单元(控制程序)，CAN SRC执行单元、CAN波形/协议解码执行单元1840和坏位定位器执行单元1870。
如图18中所示，通过一个或多个信道1802(相当于在图17的输入端口1722处输入的信道)接收CANBus数据。CAN SRC执行单元1810接收输入的CANBus数据并且执行该数据的各种功能性处理，以依据所接收到的模拟数据信号产生经过处理的数据信号。首先将这一产生的数字数据流连同其它产生出来的显示信息(下面将做介绍)一起送到轨迹呈现器1820，以显示在屏幕上。
测量管理器1890也从CAN SRC执行单元1810接收所产生的数字数据流，并且控制要计算和显示哪种测定结果。这样，按照各种不同的期望的运算方式测定输入到其中的数据，并且结果由参数呈现器1892显示出来。
响应于一个或多个触发事件，坏位执行单元1870接收来自CANSRC执行单元1810的数据信号。现在将要介绍，这一坏位执行单元1870包含实现用来实现确定坏位在数据信号中的位置的能力必要的控制。坏位执行单元的输入是来自CAN SRC执行单元1810的输出。按照本发明，坏位执行单元1870的时序必须与CAN轨迹(CAN SRC执行单元的输出)对齐。
CAN TIE(时间间隔误差)单元1872测定对消息间间隙无影响的标准TIE分量的变化。单元1872所采用的算法与各个CAN消息开始处的标称位速率重新同步，因为这些消息是不同步地发送到CAN总线上的。然后将TIE馈送到示踪组件1874，以便与源轨迹时间对齐地观看它们的分布。然后时标比较单元1878将所算得的TIE与预定的时标1876进行比较，以确定TIE测定结果是否超出规定。为了便于观看，轨迹呈现器1880产生从示踪组件1874接收到的TIE数据的显示，由时标呈现器1882根据由时标比较单元1878产生的显示信息显示容限时标1876，并且由光标呈现器1884根据也是由时标比较单元1878提供的光标信息显示光标，同时在该光标上显示违规标志。容限时标宽度作为标称位速率的百分比由用户选择来控制。超出预定容限的时间间隔误差将会表现为超出时标之外的尖峰。在优选实施方式中，对于质量非常差的信号，可以将违规标志的最大数量限定为200，从而用户仍然可以正确地解译该信息。
再次参照图18，CAN波形解码执行单元1840接收来自CAN SRC执行单元1810的输出。
CAN波形解码执行单元1840的CAN切割器组件1842将CAN数据流分解成数据包，一个数据包对应于一个消息。CAN切割器组件执行PLL，以正确还原数据信号的时钟并且将PLL的相位与各个数据包的开头正确对时。这种对串行数据流的模拟信号进行同步的方法可以按照2003年9月29日提交的名称为《METHOD AND APPARATUSFOR ANALYZING SERIAL DATA STREAMS》的共同审查中的并且共同拥有的美国申请序列号第10/673735号中介绍的方法和设备来实现，该美国申请的全部内容以引用的方式整体并入本文。切割器采用的算法对波形进行扫描，寻找数据包和将它们分隔开的任何间隔。然后可以将各个CAN消息段(或数据包)提交给模拟NRZ到数字转换器1844，因为现在数据包内的数据保证是NRZ。这个组件将模拟数据转换成与位时间相关联的逻辑位向量。该转换依赖于标称位速率、介于0与1之间的转换电平和位内的采样点。用户可以选择所有这些值，但是最好将默认值设置为125Kbit、50％电平、50％采样点。按照本发明的包含11位标识符的典型帧消息可以为154位。位以及它们的定义的例子可以是如下所列。
1起始位
11    标识符位
1     SRR位
1     IDE位
18    标识符位
1     RTR位
6     控制位
64    数据位
15    CRC位
23    (最大)填充位
1     CRC定界符
1     ACK间隙
1     ACK定界符
7     EOF位
3     IFS(帧间空间)位
154   位
CAN解码器1846接收经过模拟NRZ到数字转换器1844数字化的所有数据包，各个数据包包含与位时间相关的粗略位向量，并且处理它们，一次处理一个消息。CAN解码器1846主要提取ID和数据信息，但是它也检验消息的相关性(填充错误、CRC错误、DLC与数据长度不相关、格式错误、无应答)。在这个阶段，在所处理的数据信号中不再有任何模拟信息。CAN解码器1846中的算法以除掉在发出信号时由CAN芯片插入的填充位开始。该算法然后计算关于该消息的CRC。然后判定该消息是包含11位ID还是29位ID。然后提取该ID以及DLC、数据字节和CRC。将所提取的CRC与所求得的CRC进行比较。将所有这一信息以及可能有的错误封装到包含粗略位向量、粗略位时间和解码消息的结构中，该结构此外还包括数据包类型、数据包ID、数据字节数量、实际数据、校验和数据和应答字段的状态。
最后CAN注解器使用包含在上面介绍的结构中的信息，按照用户选定的观看标准来注解显示在屏幕上的波形。注解器通过为光标和标签提供信息使用基本图元来进行注解。通过使用转换成像素位置的位时间阵列来将注解元素定位在轨迹上。下面的表格1决定优选颜色(当然其它类型的标识方式也是可以的)。
  信息单元   区域颜色
  本地轨迹颜色   不强调
  填充位   灰色
  ID位   橙色
  DLC   绿色
  数据位   浅蓝色
  CRC   蓝色
  错误   红色
  所有其它位   本地轨迹颜色
按照本发明，一旦由CAN波形解码器1846将数字信息解码成了hexID信息，则可以采用协议解码执行单元1850来进一步解译解码信息，按照所应用的编码协议中的规定将其从hex格式转换为更加易于理解的符号。协议解码执行单元1850能够实现与所接收到的模拟信号所需的解码数据的协议相对应的数据库的选择。协议解码器接收CAN波形解码器1846的输出，并且将hex ID转换成符号。当使用协议数据库时，会发生两件值得注意的事情：可以使用符号来设定触发条件并且解码过程显示符号。然后将经过解译的数据转送到CAN协议呈现器1852，和其它显示信息一起显示在屏幕上。
用户能够从系统中的单独一个点控制混合处理链。某些可由用户进行的控制对针对输入数据的来源选择起作用，某些控制对使得用户能够定制由系统进行的分析的位提取器(电平和采样点)起作用，某些控制对信号的观看特性(观看组)起作用。现在将更加详细地介绍这些特征。
CAN管理器1800向用户提供一组对话，通过这些对话可以控制本发明的各种CAN分析行为。下面将介绍这些对话。由于软件功能具有模块性，因此可以根据需要更新和补充这些对话，这一更新和补充或者是通过增加功能，或者是通过用户自主地选择不同的软件包来进行实施而实现的。
按照本发明，CAN软件子系统是经由专用硬件平台上的运行在预先存在的DSO上的图形用户界面(GUI)来实现的。该GUI包括多个用来按照本发明进行定义和执行各种分析功能的对话框。
在图6中示出了这些对话中的第一个的例子。在实施由用户选择的CAN分析例程的时候，按照本发明的一种实施方式，打开CAN分析对话框(见图6)。最初，CAN分析对话框显示2个选项卡，用户能够在它们之间进行选择，这两个选项卡是CAN分析选项卡610和CAN轨迹选项卡710。(在选择不同的对话框的时候，会出现更多的选项卡，包括下列选项卡：来源选择、物理层分析、波形解码、协议解码和图形搜索)。
在选择CAN分析选项卡610的时候，为用户提供多个选择来定义要对所获得的波形进行的分析。这样，就为用户提供了多个分析选项620(包括解码、监控、物理分析、图形搜索、发生器)，并且还为用户提供了分析设置选项630，这些设置选项能够实现设置不同的位速率、在位之间进行区分的阈值电平等等。还可以经由CAN分析选型卡610上的快捷按钮640访问CAN触发条件。
在选择CAN轨迹选项卡710的时候，为用户提供多个选择，用来针对流入CAN数据信号设置各种显示和解译功能。这样，用户可以通过选择单选按钮715打开轨迹显示功能，并且在来源类型选择720处选择由系统分析的来源(比如H信号、L信号或这些信号之间的差)。还要求用户在缩放选择730处为CAN轨迹在屏幕上的显示定义各种参数。典型地，针对图6和图7介绍的功能应该是在信号获取之前建立的，但是当然可以在任何时候访问这些菜单，来修改各种设置。
在使用按照本发明的分析系统的时候，预期用户会有规律地在CAN触发菜单、各种波形解码对话框选项卡和DSO的常规功能之间进行切换，这将在下面加以介绍。用户在正常情况下会对所要捕获的事件设定CAN触发条件。然后，在捕获到波形之前或之后，用户应该设置本发明的波形解码特征，来观察所定义的触发点之前和之后的消息内容和波形的其它预定条件。
用户可以使用本发明的分析系统来寻找消息内容中因失真、噪声和/或未对齐信号造成的反常。这样，应该将该系统设置为对各种错误状况，或者其它预定信号不合常规情况进行触发。按照本发明，很容易实现与解码信息内的错误相应的波形的随后回顾，因为当启用波形作标记功能时，从波形中的解码数据解译出来的消息是带有标签的并且是“挂”在波形上的。CAN规范中定义的所有消息类型都得到识别(数据、远程、错误和过载)。每次解译消息时，将消息挂在波形上(如上所述)，从而在回顾波形时，用户可以在看到所有解译出来的消息的同时，看到数字数据和与解译出来的消息相关的作为基础的接收波形。在因为模拟波形遭到了严重失真和/或破坏而使消息超出CAN解码器的识别范围(坏位定义、下冲、尖峰、不正确填充位)的时候，将会使用指出没有将该消息识别为预定消息之一的图标，如图13所示。图13表示包含数据信号1310和信号1310的一部分1320的显示器1300，该部分1320按照可应用的协议从模拟数据信号中解码出来时，产生不可识别的位序列。这样，该显示器贴出标签“未定义错误”，来表明该位序列没有得到识别。这样，可以按照数字数据中的某一数据序列来定义触发请求，或者也可以将其定义成对不可识别的数据序列进行触发。
从CAN分析选项卡610中，用户可以选择CAN触发按钮640，这将会把用户带到CAN触发模块UI对话框，如图8所示。
CAN触发选项卡810使得用户能够访问CAN触发设置，使得简单或高级特征能够得到选择。如果用户选择了简单按钮820，则用户可以将触发器设置成通过寻找单独一个CAN消息来工作，最好是通过寻找消息ID来工作。CANProBus适配器将会自动检查CAN触发输入哪个DSO信道。触发条件可以是仅仅针对CAN ID的、仅仅针对数据的或者针对两者的任何组合。
另外，在提供了高级能力并且在按钮830处选择了这一能力时(见图9)，用户可以使用符号名或者关于各种ID、数据和消息中存在的其它字段的组合逻辑来设置触发器。符号信息将消息ID转译成文本，象VEHICLE_SPEED，并且将数据转译成物理值，即，12m/s，从而用户能够采用更多的用户友好术语来定义所要回顾的事件。按照本发明，用户能够以在某一应用中适合于用户的格式按照不同的详细等级来形象化CAN信号的内容。例如，可以以十六进制、ASCII等来显示输出。下面将会讨论定义各种显示和选择参数的精确方法。
如图10中所示，当在一个屏幕内显示很多CAN消息1010a-1010g时，首先会显示CAN流1005的总体图。各个消息将消息ID包含在包含该消息的数据包的上方，此时该数据包是正常的。错误指示，并且最好是，可识别图标，为一个或多个有问题消息作出标志(见1010a例如)。当对这些带标志消息进行放大时，用户能够看到作为基础的模拟数据信号，该模拟信号是该不连贯消息的起因。将表示各种解译出来的消息、信号部分等的各种标签粘贴到相应数据包的第一个边缘上并且在用来观看信号的增益或偏移量变化时，随着数据包一起浮动。
图10中所示的规则时间光标(栅格)也可以用于测定感兴趣事件之间的绝对时间和时间间隔。感兴趣事件可能是针对不同的波形的。例如，如果希望回顾温度传感器改变及其在CAN总线上的传播之间的时间延迟，则可以将基准光标定位在所读出的温度传感器上，并且将差值光标定位在由其ID确定的相应CAN消息上。如果希望看到对CAN节点的查询及其回复之间的延迟，则可以将光标定位在都在模拟CAN信号上的远程和数据帧上。
当对解码CAN波形进行放大时，将会显示出具体波形的更多细节。图11表示对包含有注释字段主字段1110的消息进行的放大。填充位1120和CRC校验和位1130以某种期望的方式描绘出来，比如通过用不同的颜色标注它们等等。图12表示对某一错误消息进行的放大，比如图10的1010d。图12包括如图11中所示的那些字段类似的字段。
上面介绍的注释行为是依据注释密度的概念加以管理的。注释密度代表每屏幕显示在信号上的注释(文本、图标、箭头和颜色编码段)的总数量。在任何给定的放大系数下并且考虑用户可选择的观看项目，注释密度不应该超过某一预定的阈值极限。为了展现具有合理信息量的显示结果，在任意给定放大系数下的注释总容量应当受到限制。要在必要时(即，在缩小显示时)除掉哪些注释的决定一般来说是由各个注释的重要程度决定的。例如，当在屏幕上显示500个CAN消息时，仅仅可以出现着色带。显示出每条消息的ID是不切实际的。因此只有错误消息应当得到显示，错误消息在要得到总线的大范围概观的时候，对用户来说是最重要的。
在图6中，在CAN分析选项卡610上，如果用户选择从分析选项620中选择了解码分析选项，则打开CAN波形解码UI对话框，如图11中1150处总体上示出的。这个对话框实现了图18的波形解码执行单元1840。如图11中所示，用户可以选择所要显示的解码波形的各个部分。通过从显示注释部分1160中选择一个或多个单选按钮，用户可以显示填充位、ID信息、解码数据、CRC数据和应答数据。
在信号采集期间，可能希望确定所获得的数据信号的完整性。按照本发明，为用户提供了CAN物理层坏位定位器，以及相关测定工具UI对话框，下面将对此进行介绍。
这个对话框模块包括物理层检验模块并且由两部分构成，坏位定位器(实现图18的坏位执行单元1870)和图18的总体信号测定工具(实现图18的测定管理器1890)。这两个工具都可以从CAN选项卡610打开，可以使用该对话框的分析选项部分中的点击框来打开。在访问各个测定工具时，在选择了这个视图时，CAN管理器自动打开各个测定工具，这些工具使得用户能够测定各个信号幅度、数据包内的位之间的时间变化和各个数据包之间的时序变化。
在利用坏位定位器时，CAN管理器自动建立识别坏位所需的处理链，坏位是从事CAN工作的硬件工程师最大的烦恼之一。专用的坏位选项卡使得设定少量参数就能够达到更多的效果。这两种物理层分析工具对在图7中选定的源数据流进行操作。可以通过点击图7的“示踪”选择项715可选择地显示粗略数据(CANH和CANL)。
接下来参照图14，示出了表示使用坏位定位器工具的结果的截屏图。在显示器1410上，坏位定位器显示出CAN轨迹1420(表示CAN信号)和坏位轨迹1430，二者都由图18的轨迹呈现器1880画出。坏位轨迹代表CAN轨迹1420的各个位的时间间隔误差。这两个轨迹是时间对齐的。CAN中的坏位是所观察到的宽度不在用户规定的CAN总线上的标准位的标称位宽度的容限之内的位。这个坏位是以超出轨迹的正常值之外的尖峰的形式出现在坏位轨迹1430中的。CAN轨迹1420中的坏位是与坏位轨迹1430上的尖峰时间对齐的，从而很容易查明产生坏位的CAN轨迹的部分，并且容易对CAN轨迹进行放大，以更加靠近地检查产生坏位读数的部分。
坏位轨迹1430周围的时标1440(实现图18的时标1876、时标比较1878和时标呈现器1882)有助于定位坏位，用圆1450来表示实际的时标违规。垂直时标容限(时标的垂直宽度和时标偏离中心的偏离值的平均值)反映出用户对他的CAN信号上的坏位的表达容限。例如，当针对100kbit/秒的CAN线路进行工作时，位宽度为10μs。如果用户对位时序规定了10％的容限，则要将时标宽度设置为10μs的10％，因此是1μs。在对波形放大时，用户可以更加详细地观察坏位，同时保持坏位定位器与CAN轨迹时间对齐。放大功能保持CAN轨迹与坏位轨迹的时间对齐状态。
这些参数，比如坏位容限和放大是使用图15中描绘的对话框设定的。如图所示，通过选择信号完整性选项卡1510，用户可以访问设置菜单1520来设置位时序容限，访问测定菜单1530来选择测定设置子菜单，以对波形进行各种测定，并且访问观看菜单1540来定义是否应当将时序基准电平和/或位时标显示在显示器上。用户还可以从用于存储数据和菜单选择项、自动选择显示比例等的多个按钮中进行选择。还是如图15所示，用户可以选择放大选项卡1550来对轨迹的显示实施各种放大功能，以实现它们的更加详细观看，如上所述。
如上所指出的，除了将所获得的模拟信号解码成其数字表达之外，用户可以要求将解码数据解译成各种CAN消息，因此实现了图18的CAN协议解码器1850。按照本发明，CAN协议解码模块能够显示这种功能的性能，如图16中所示。因此，如参照图18所指出的，这一模块比波形解码模块多了一个解译和显示符号CAN消息而不是解释和显示解码的十六进制值的步骤。例如，不是显示“ID＝0x123，数据字节2＝0x78”，而是显示器可以读出“VEHICLE_SPEED＝1.2m/s”。如图16中所示，在选择协议解码选项卡1610的时候，用户首先能够指出要在解译解码数字数据的过程中使用的协议文件1620。此外，在部分1630，用户能够要求某些选择项来管理符号注释等级，并且因此定义在显示器上显示什么，包括符号ID、物理数据和物理单元以及在各种放大轨迹上的注释密度。
因此，按照本发明，用户能够捕获到代表数字信息信号的模拟波形，并且解码出模拟波形来产生数字数据。数字数据(或者模拟数据，如果期望)中的任何错误将会在检测器中产生触发，这样就将数字数据与错误与作为基础的信息信号的某一部分关联起来。于是用户能够观看产生数字错误的模拟信号的部分。在使用CANBus系统的情况下，本发明使得用户能够监控CANBus消息，并且在出现某种预定事件的时候，观察CANBus上的数据或者其它参数对产生触发条件的状态的反应。这样，可以相对简单地并且高效地执行传统上要求用户进行进行大量运算的复杂分析。
因此可以看到，在通过前述说明书而变得显而易见的目的当中，有效地达到了前文中提出的目的，并且因为在执行上述方法和在所提出的(多种)结构中可以作出某些改变，而不会超出本发明的思想和范围，所以我们的意图是，包含在上述说明书和图中所示的所有问题都应该理解成是说明性的并且不要从限定的角度理解。
还应理解，所附的权利要求意在覆盖本文介绍的发明的所有一般化的和具体的特征以及本发明范围的所有阐述，作为语言的使用，本发明的范围可被描述成是在一般化的和具体的特征之间。

Claims (44)

1.一种捕获串行总线上的模拟波形的方法，包括步骤：
指定预定数字数据序列；
对串行数据总线上传送的串行数据信号进行解码；
将经过解码的串行数据信号与预定数字数据序列进行比较；和
在判定经过解码的串行数据的一部分与预定数字数据序列相匹配时，对与解码串行数据信号的匹配部分相应的串行数据信号部分做标记。
2.按照权利要求1所述的方法，其中预定数字数据序列是以二进制计数法指定的。
3.按照权利要求2所述的方法，其中预定数字数据序列是以由用户结合特定应用指定的格式来指定的。
4.按照权利要求1所述的方法，此外还包括按照预定的协议将经过解码的串行数据信号分离成多个独立的消息的步骤。
5.按照权利要求1所述的方法，其中解码步骤此外还包括步骤：
定义用于对串行数据信号进行解码的阈值；
对与位周期相应的时间期间的串行数据信号的值求平均，以产生所述位周期的平均值；和
将所述位周期的平均值与所定义的阈值进行比较。
6.按照权利要求1所述的方法，此外还包括对各个解码周期期间的串行数据信号的值进行分组以定义测定值的步骤。
7.按照权利要求6所述的方法，此外还包括产生各个解码周期期间的串行数据信号的测量值的直方图的步骤。
8.按照权利要求6所述的方法，此外还包括产生串行数据信号的测量值随时间变化的趋势的图形表示的步骤。
9.一种确定数字数据流中的坏位的方法，包括步骤：
接收串行数据总线上的模拟数据信号；
将预定时刻的模拟数据信号的值与预定解码值进行比较；
确定何时模拟信号的值与预定解码值不匹配；和
用图形表示与预定编码值不匹配的模拟信号的部分。
10.按照权利要求9所述的方法，其中预定编码值包括时间间隔误差。
11.按照权利要求9所述的方法，其中预定编码值包括幅度误差。
12.按照权利要求11所述的方法，其中幅度误差是通过判断位周期内的信号值是否跨越预定阈值来测定的。
13.按照权利要求11所述的方法，其中幅度误差是通过对位周期内的信号值求平均并且将平均信号值与预定阈值进行比较来测定的。
14.按照权利要求9所述的方法，其中与各个预定时刻相应的模拟数据信号的解码值是与所述解码值相应的模拟信号的部分一起显示的。
15.按照权利要求14所述的方法，其中在按照预定义的协议不能识别解码值时，和与解码值相应的模拟信号部分一起显示错误指示符。
16.一种观看与CAN总线上给出的第一数据流的预定值相应的第二数据信号的参数的方法，包括步骤：
接收CAN串行数据总线上的模拟第一数据信号；
将预定时刻上的模拟第一数据信号的值与预定解码值相比较；
确定何时模拟第一数据信号的值与预定解码值相匹配；和
用图形表示在时间上与模拟第一数据信号与预定编码值相匹配的部分相对应的第二数据流的部分。
17.按照权利要求16所述的方法，此外还包括步骤：
对CAN串行数据总线上的模拟第一数据信号进行解码，以产生经过解码的数字数据；
将经过解码的数字数据与预定数字数据值进行比较；和
用图形表示在时间上与解码第一数据信号与预定数字数据值相匹配的部分相对应的第二数据信号的部分。
18.按照权利要求17所述的方法，此外还包括步骤：
按照预定的协议解译经过解码的数字数据；和
显示解译出来的值。
19.按照权利要求18所述的方法，此外还包括步骤：
将经过解译的数字数据与由预定义协议定义的多个数字值相比较；和
指出何时经过解译的数字数据与由预定义协议定义的多个数字值中的任何一个不一致。
20.一种依照CAN总线上给出的数据流的值触发测试器材的方法，包括步骤：
接收CAN串行数据总线上的模拟数据信号；
将预定时刻上的模拟数据信号的值与预定解码值进行比较；
确定何时模拟第一数据信号的值与预定解码值相匹配；和
当判定模拟第一数据信号的值与预定解码值相匹配时，产生对测试器材的触发信号。
21.按照权利要求20所述的方法，其中测试器材接收触发信号和CAN总线上给出的数据流。
22.按照权利要求21所述的方法，其中测试器材此外还经由可供选用的传输路径接收来自传感器的信号，该传感器还经由CAN总线将数据提供到收发机/接收机。
23.一种捕获串行总线上的模拟波形的设备，包括：
存储器，用于存储预定数字数据序列；
解码器，用于对串行数据总线上传送的串行数据信号进行解码；
比较器，用于将经过解码的串行数据信号与预定数字数据序列进行比较；和
数据标记器，用于在判定经过解码的串行数据的一部分与预定数字数据序列相匹配时，对与解码的串行数据信号的匹配部分相应的串行数据信号部分做标记。
24.按照权利要求23所述的设备，其中预定数字数据序列是以二进制计数法指定的。
25.按照权利要求24所述的设备，其中预定数字数据序列是以由用户结合特定应用指定的格式来指定的。
26.按照权利要求23所述的设备，此外还包括数据分割器，用于按照预定的协议将解码的串行数据信号分离成多个独立的消息。
27.按照权利要求23所述的设备，此外还包括：
存储器，用于存储为了对串行数据信号进行解码而定义的阈值；
平均器，用于对与位周期相应的时间期间的串行数据信号的值求平均，以产生所述位周期的平均值；和
比较器，用于将所述位周期的平均值与所定义的阈值进行比较。
28.按照权利要求23所述的设备，此外还包括存储器，用于对各个解码周期期间的串行数据信号的值进行分组以定义测定值。
29.按照权利要求28所述的设备，其中产生各个解码周期期间的串行数据信号的测量值的直方图。
30.按照权利要求28所述的设备，其中产生串行数据信号的测量值随时间变化的趋势的图形表示。
31.一种确定数字数据流中的坏位的设备，包括：
通道，用于接收串行数据总线上的模拟数据信号；
比较器，用于将预定时刻的模拟数据信号的值与预定解码值进行比较，并且用于确定何时模拟信号的值与预定解码值不匹配；和
显示器，用于用图形表示与预定编码值不匹配的模拟信号的部分。
32.按照权利要求31所述的设备，其中预定编码值包括时间间隔误差。
33.按照权利要求31所述的设备，其中预定编码值包括阈值。
34.按照权利要求33所述的设备，其中幅度误差是通过判断位周期内的信号值是否跨越预定阈值来测定的。
35.按照权利要求33所述的设备，其中幅度误差是通过对位周期内的信号值求平均并且将平均信号值与预定阈值进行比较来测定的。
36.按照权利要求31所述的设备，其中与各个预定时刻相应的模拟数据信号的解码值是与所述解码值相应的模拟信号的部分一起显示的。
37.按照权利要求36所述的设备，其中在按照预定义的协议不能识别解码值时，和与解码值相应的模拟信号部分一起显示错误指示符。
38.一种观看与CAN总线上给出的第一数据流的预定值相应的第二数据信号的参数的设备，包括：
通道，用于接收CAN串行数据总线上的模拟第一数据信号；
比较器，用于将预定时刻上的模拟第一数据信号的值与预定解码值相比较，并且用于确定何时模拟第一数据信号的值与预定解码值相匹配；和
显示器，用于用图形表示在时间上与模拟第一数据信号和预定编码值相匹配的部分相对应的第二数据流的部分。
39.按照权利要求38所述的设备，此外还包括：
解码器，用于对CAN串行数据总线上的模拟第一数据信号进行解码，以产生解码数字数据；
比较器，用于将解码数字数据与预定数字数据值进行比较；和
显示器，用于用图形表示在时间上与解码第一数据信号和预定数字数据值相匹配的部分相对应的第二数据信号的部分。
40.按照权利要求39所述的设备，此外还包括步骤：
按照预定的协议解译经过解码的数字数据；和
显示解译出来的值。
41.按照权利要求40所述的设备，此外还包括比较器，用于将经过解译的数字数据与由预定义协议定义的多个数字值相比较，并且用于指出何时经过解译的数字数据与由预定义协议定义的多个数字值中的任何一个不一致。
42.一种依照CAN总线上给出的数据流的值触发测试器材的设备，包括：
通道，用于接收CAN串行数据总线上的模拟数据信号；
比较器，用于将预定时刻上的模拟数据信号的值与预定解码值进行比较，并且用于确定何时模拟第一数据信号的值与预定解码值相匹配；和
触发信号发生器，用于当判定模拟第一数据信号的值与预定解码值相匹配时，产生对测试器材的触发信号。
43.按照权利要求42所述的设备，其中测试器材接收触发信号和CAN总线上给出的数据流。
44.按照权利要求43所述的设备，其中测试器材此外还经由可供选用的传输路径接收来自传感器的信号，该传感器还经由CAN总线将数据提供到收发机/接收机。
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