如何簡單運用工具理解分析CAN數(shù)據(jù)流中的信號？

在過去幾年的合作中，有不少客戶表示需要分析SAE J1939數(shù)據(jù)流中比較有限的一些CAN信號。盡管很多CAN分析軟件能提供很多強大的功能，但有時我們還是需要通過現(xiàn)成工具來表述一個信號。在本文，我們將介紹如何通過Microsoft Excel、Notepad這些大多數(shù)人都有的工具和Kvaser網(wǎng)站上的免費軟件CanKing，來捕捉和分析CAN框架內(nèi)的一個CAN信號。這對于僅一次性需要此類工具的學生，或是一個小公司的工程師，他們僅需要了解CAN總線上的一個信號，這種方法是有意義的。

通過使用這種方法初步分析信號，工程師或?qū)W習者能更了解CAN和J1939的內(nèi)部工作原理，更好地理解.dbc文件，以及其他應(yīng)用程序如何使用.dbc文件。雖然本文中以J1939信號為例，但這里使用的方法適用于任何基于信號的CAN協(xié)議，包括CANOpen、RVC、NMEA-2000等等。雖然這里使用的是Excel和Notepad，但其他Spreadsheet和文本編輯器程序可以同樣完成此類任務(wù)。

本次分享的目的并不是避免使用眾多功能強大的CAN分析工具，這類工具都支持高級協(xié)議，例如J1939和CANOpen，具備的圖像和信號分析功能，包括分析巨大數(shù)據(jù)量的能力。本文主要是介紹一種方法，展示僅通過一些桌面現(xiàn)有的工具，工程師就能獲得他們想要的東西。該方法有很大的局限性，遠不及CAN專用軟件。在變長診斷報文、Transport Protocol幀和多路復用數(shù)據(jù)幀的情況下，這些限制將阻止或讓信號分析極為復雜化。在這些情況下，用戶都需要一個專用的CAN分析包，或通過此類專用軟件，以便正確地分析數(shù)據(jù)流中的信號。

??能夠以十六進制或十進制格式獲取原始CAN數(shù)據(jù)，或者能夠訪問需要分析的原始CAN數(shù)據(jù)，并能夠?qū)⒃摂?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到.txt文件中。這將通過Kvaser的CanKing軟件顯示，該軟件可免費下載。

??具備Microsoft Excel或類似軟件，對如何在spread sheet軟件中使用篩選功能有基本了解。

??了解你要查看什么數(shù)據(jù)，或者有一個.dbc文件或一個限定說明，顯示在CAN幀中何處查找你需要的信號，并知道該信號在報文中是如何格式化的。

1??通過CanKing獲取數(shù)據(jù)，并用Notepad保存到一個文本文件中

2??打開Excel，把數(shù)據(jù)導入Excel

3??將數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化為不同的列

4??篩選數(shù)據(jù)以找到你需要的CAN幀

5??分離要分析的數(shù)據(jù)字節(jié)

6??將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形格式

7??創(chuàng)建一個圖表來顯示你需要的信號

圖1顯示Kvaser CanKing的 Log To Text File 對話框，可讓用戶獲取所需要分析的數(shù)據(jù)。確認已連接到CAN總線，通過選擇Kvaser CanKing主窗口中的 Start Run 鍵，在CanKing中查看數(shù)據(jù)。CanKing的 Output Window 中將顯示你所需要獲取的數(shù)據(jù)。

當你通過一個文本編輯器查看數(shù)據(jù)，如NotePad，該數(shù)據(jù)將如下所示:

圖 2. 通過CanKing獲取的范例 J1939 數(shù)據(jù)

以一個空白工作表打開Microsoft Excel，然后選擇 File, Open 和 Browse。在導航框的右下角，必須選擇 All Files (*.*)（所有文件），以打開.txt文件。搜索工作目錄，找到并選擇在上面的步驟1中創(chuàng)建的.txt文件。顯示屏將基本如下圖所示：

這個向?qū)軒椭憧焖俚匕?txt數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為Excel格式。根據(jù)下面步驟來轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)：

1??在Choose the file type that best describes your data(選擇的數(shù)據(jù)的文件類型）下面：選擇 Delimited(已定界限)。

2??在Start import at row (開始導入行)一行旁邊：選擇包含CAN數(shù)據(jù)的行；在我的這個范例中是第二行。有些數(shù)據(jù)監(jiān)測器加上了眉頭，僅需濾掉這些眉頭，后面可以通過Excel再恢復眉頭。

3??點擊 Next >.

4??在 Delimiters 下面的第二個方框內(nèi)選擇 Space.

5??點擊 Next >.

6??點擊 Finish.

現(xiàn)在應(yīng)該有一個Excel工作表打開，并以多列顯示CAN幀，分別顯示標識符、Flag、DLC和數(shù)據(jù)字節(jié)，還有時間列和方向列。如果讓每列的標題位于數(shù)據(jù)上方，請確保列標題與數(shù)據(jù)正確對應(yīng)。有時在轉(zhuǎn)換過程中，列標題會錯位1-2列。如果沒有保持列標題在數(shù)據(jù)上方，應(yīng)該把它們加上。我使用的列標題是 Type, Ch, Pri, PGN, SA/DA, DLC, D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, Time, 和 Dir。下面是添加列標題后，我的工作表的前幾行:

在我的示例中，我們將分析一個名稱為Engine Speed( 發(fā)動機轉(zhuǎn)速)的信號。此信號的詳細信息可在SAE J1939DA 的數(shù)字附件(即Digital Annex)中看到。Engine Speed 標識為SPN 190，下面圖表顯示數(shù)字附件中的一些詳細信息：

如果未在Excel中使用過Filters (篩選)，請單擊Excel頂部的Data tap，然后找到Filter。突出顯示數(shù)據(jù)的行(標題行)，然后選擇篩選功能，你將看到工作表每一列的行都有小方框，每個方框里都有一個向下的箭頭。選擇PGN列上的箭頭，將看到一個方框，如圖7所示。

不要選擇Select All(全選框)，然后只選擇你要篩選的報文，在本例中為0F004 。選擇OK，對要查看的數(shù)據(jù)進行篩選。現(xiàn)在工作表僅顯示你繪制圖表所需CAN幀 – 它們包含SPN 190，發(fā)動機轉(zhuǎn)速信息的報文。

返回到表1，可以看到 Engine Speed 是在位置4和位置5的雙字節(jié)信號，或者以標題名表述，即D4列和D5列。由于這是雙字節(jié)信號，在對此數(shù)據(jù)進行任何運算之前，必須考慮字節(jié)順序。圖8顯示了我們篩選出的數(shù)據(jù)的一個截面，D4和D5以黃色突出顯示。只要看一下這些數(shù)據(jù)，就很容易看出字節(jié)順序。可以看到，有效字節(jié)在D4中，并且被首先傳輸。之所以知道這一點，是因為它是變化的字節(jié)，而且我們可以看到，當它變化時，它將D5推高了1。

如果我們查看圖8中的行數(shù)據(jù)，并看到 Engine Speed 作為單位數(shù)，則可以將發(fā)動機轉(zhuǎn)速的十六進制值寫為0x1466。現(xiàn)在已經(jīng)從在CAN總線上采集的數(shù)據(jù)中剝離出PN 190。這已經(jīng)顯示在D4和D5列中，即PGN 0x0F004或PGN 61444。

1??將兩個字節(jié)的SPN 190轉(zhuǎn)換為一個十進制數(shù)，如 0x1466 = 5,222。

2??這個數(shù)字乘以分辨率 – 或者我稱之為縮放比例: (5,222 bits) x (0.125 rpm/bit) = 652.75 rpm

3??加上偏移量，這里偏移量為零，所以結(jié)果值為652.75 rpm

利用工作表的強大功能，可以很容易地統(tǒng)計我們要繪制的所有信號樣本。首先要做的是在D5列的右側(cè)添加一個空白列。有了此列，就可以通過上述步驟，用它來計算RPM。如果不清楚這一點，你需要了解Excel的函數(shù)功能，方法是去一個空白單元格并鍵入“=”，然后單擊菜單欄的fx。我的數(shù)據(jù)在J和K列中，所以我要在標題行下新列的個小方框中輸入函數(shù)：

=HEX2DEC(CONCAT(K3,J3))*0.125

這一行將以正確的順序連接兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)（首先是K3，然后是J3），從十六進制轉(zhuǎn)換為十進制，然后乘以縮放值，所有這些都在一個簡單的等式中。

我稱此圖為SPN 190，在通過Insert Line or Area Cart創(chuàng)建此圖之后，沒有做任何其他事情。此工作表應(yīng)提供許多極為有效的函數(shù)和方法創(chuàng)建圖形，以多種不同的方式顯示不同的信號，這些步驟幫助工程師或技師，通過這些函數(shù)，分析CAN總線上的大多數(shù)數(shù)據(jù)，前提是他們有一個具體特性或.dbc文件，顯示數(shù)據(jù)的位置和格式。