2022-11-08
如何简单运用工具理解分析CAN数据流中的信号？
作者：triv 点击：1225
对于仅偶尔分析CAN数据流中的部分信号的用户来说，下载庞大复杂的分析软件显得有些麻烦，我们就此分享如何简单地运用现有工具理解分析CAN信号，并且这对于希望深入了解CAN，以及信号如何通过CAN传输的学习者，颇有益处。
在过去几年的合作中，有不少客户表示需要分析SAE J1939数据流中比较有限的一些CAN信号。尽管很多CAN分析软件能提供很多强大的功能，但有时我们还是需要通过现成工具来表述一个信号。在本文，我们将介绍如何通过Microsoft Excel、Notepad这些大多数人都有的工具和Kvaser网站上的免费软件CanKing，来捕捉和分析CAN框架内的一个CAN信号。这对于仅一次性需要此类工具的学生，或是一个小公司的工程师，他们仅需要了解CAN总线上的一个信号，这种方法是有意义的。
通过使用这种方法初步分析信号，工程师或学习者能更了解CAN和J1939的内部工作原理，更好地理解.dbc文件，以及其他应用程序如何使用.dbc文件。虽然本文中以J1939信号为例，但这里使用的方法适用于任何基于信号的CAN协议，包括CANOpen、RVC、NMEA-2000等等。虽然这里使用的是Excel和Notepad，但其他Spreadsheet和文本编辑器程序可以同样完成此类任务。
本次分享的目的并不是避免使用众多功能强大的CAN分析工具，这类工具都支持高级协议，例如J1939和CANOpen，具备先进的图像和信号分析功能，包括分析巨大数据量的能力。本文主要是介绍一种方法，展示仅通过一些桌面现有的工具，工程师就能获得他们想要的东西。该方法有很大的局限性，远不及CAN专用软件。在变长诊断报文、Transport Protocol帧和多路复用数据帧的情况下，这些限制将阻止或让信号分析极为复杂化。在这些情况下，用户都需要一个专用的CAN分析包，或最好通过此类专用软件，以便正确地分析数据流中的信号。
应用此方法的必要条件：
✔️能够以十六进制或十进制格式获取原始CAN数据，或者能够访问需要分析的原始CAN数据，并能够将该数据转换到.txt文件中。这将通过Kvaser的CanKing软件显示，该软件可免费下载。
✔️具备Microsoft Excel或类似软件，对如何在spread sheet软件中使用筛选功能有基本了解。
✔️了解你要查看什么数据，或者有一个.dbc文件或一个限定说明，显示在CAN帧中何处查找你需要的信号，并知道该信号在报文中是如何格式化的。
以下是具体操作步骤：
1️⃣通过CanKing获取数据，并用Notepad保存到一个文本文件中
2️⃣打开Excel，把数据导入Excel
3️⃣将数据格式转化为不同的列
4️⃣筛选数据以找到你需要的CAN帧
5️⃣分离要分析的数据字节
6️⃣将数据转换为图形格式
7️⃣创建一个图表来显示你需要的信号
1.
通过CanKing获取和保存数据
图 1. 保存到文本文件
（ Log to Text File – CanKing的一个对话框）
图1显示Kvaser CanKing的 Log To Text File 对话框，可让用户获取所需要分析的数据。确认已连接到CAN总线，通过选择Kvaser CanKing主窗口中的 Start Run 键，在CanKing中查看数据。CanKing的 Output Window 中将显示你所需要获取的数据。
当你通过一个文本编辑器查看数据，如NotePad，该数据将如下所示:
图 2. 通过CanKing获取的范例 J1939 数据
2.
把数据导入Excel
以一个空白工作表打开Microsoft Excel，然后选择 File, Open 和 Browse。在导航框的右下角，必须选择 All Files (*.*)（所有文件），以打开.txt文件。搜索工作目录，找到并选择在上面的步骤1中创建的.txt文件。显示屏将基本如下图所示：
图 3. 选择一个.txt 文件以在Excel内打开
3.
将数据格式转化为不同的列
图 4. 将文本导入向导
这个向导能帮助你快速地把.txt数据转为Excel格式。根据下面步骤来转换数据：
1️⃣在Choose the file type that best describes your data(选择最适合的数据的文件类型）下面：选择 Delimited(已定界限)。
2️⃣在Start import at row (开始导入行)一行旁边：选择包含CAN数据的第一行；在我的这个范例中是第二行。有些数据监测器加上了眉头，仅需滤掉这些眉头，后面可以通过Excel再恢复眉头。
3️⃣点击 Next >.
4️⃣在 Delimiters 下面的第二个方框内选择 Space.
5️⃣点击 Next >.
6️⃣点击 Finish.
现在应该有一个Excel工作表打开，并以多列显示CAN帧，分别显示标识符、Flag、DLC和数据字节，还有时间列和方向列。如果让每列的标题位于数据上方，请确保列标题与数据正确对应。有时在转换过程中，列标题会错位1-2列。如果没有保持列标题在数据上方，应该把它们加上。我使用的列标题是 Type, Ch, Pri, PGN, SA/DA, DLC, D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, Time, 和 Dir。下面是添加列标题后，我的工作表的前几行:
图 5. 当前的工作表
4.
筛选数据，查找有意义的CAN帧
在我的示例中，我们将分析一个名称为Engine Speed( 发动机转速)的信号。此信号的详细信息可在SAE J1939DA 的数字附件(即Digital Annex)中看到。Engine Speed 标识为SPN 190，下面图表显示数字附件中的一些详细信息：
图表1. 从 SAE J1939DA 说明里获取的信息
图6. Excel 工作表，已选择数据筛选，并显示所有数据
如果未在Excel中使用过Filters (筛选)，请单击Excel顶部的Data tap，然后找到Filter。突出显示数据的第一行(标题行)，然后选择筛选功能，你将看到工作表每一列的第一行都有小方框，每个方框里都有一个向下的箭头。选择PGN列上的箭头，将看到一个方框，如图7所示。
不要选择Select All(全选框)，然后只选择你要筛选的报文，在本例中为0F004 。选择OK，对要查看的数据进行筛选。现在工作表仅显示你绘制图表所需CAN帧 – 它们包含SPN 190，发动机转速信息的报文。
图 7. Excel 工作表
5.
剥离出需要分析的数据字节
图 8
返回到表1，可以看到 Engine Speed 是在位置4和位置5的双字节信号，或者以标题名表述，即D4列和D5列。由于这是双字节信号，在对此数据进行任何运算之前，必须考虑字节顺序。图8显示了我们筛选出的数据的一个截面，D4和D5以黄色突出显示。只要看一下这些数据，就很容易看出字节顺序。可以看到，最低有效字节在D4中，并且被首先传输。之所以知道这一点，是因为它是变化最大的字节，而且我们可以看到，当它变化时，它将D5推高了1。
如果我们查看图8中的第一行数据，并看到 Engine Speed 作为单位数，则可以将发动机转速的十六进制值写为0x1466。现在已经从在CAN总线上采集的数据中剥离出PN 190。这已经显示在D4和D5列中，即PGN 0x0F004或PGN 61444。
6.
将数据转换为图表模式
1️⃣将两个字节的SPN 190转换为一个十进制数，如 0x1466 = 5,222。
2️⃣这个数字乘以分辨率 – 或者我称之为缩放比例: (5,222 bits) x (0.125 rpm/bit) = 652.75 rpm
3️⃣加上偏移量，这里偏移量为零，所以结果值为652.75 rpm
利用工作表的强大功能，可以很容易地统计我们要绘制的所有信号样本。首先要做的是在D5列的右侧添加一个空白列。有了此列，就可以通过上述步骤，用它来计算RPM。如果不清楚这一点，你需要了解Excel的函数功能，方法是去一个空白单元格并键入“=”，然后单击菜单栏的fx。我的数据在J和K列中，所以我要在标题行下新列的第一个小方框中输入函数：
=HEX2DEC(CONCAT(K3,J3))*0.125
这一行将以正确的顺序连接两个字节的数据（首先是K3，然后是J3），从十六进制转换为十进制，然后乘以缩放值，所有这些都在一个简单的等式中。
7.
创建图表显示我们感兴趣的数据
图 9. 我的数据所显示的发动机转速
我称此图为SPN 190，在通过Insert Line or Area Cart创建此图之后，没有做任何其他事情。此工作表应提供许多极为有效的函数和方法创建图形，以多种不同的方式显示不同的信号，这些步骤帮助工程师或技师，通过这些函数，分析CAN总线上的大多数数据，前提是他们有一个具体特性或.dbc文件，显示数据的位置和格式。