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邏輯分析儀在通訊協(xié)議分析上的應(yīng)用
2015-08-06
在科技時(shí)代里越來越多的電子裝置出現(xiàn)，也越來越多的裝置電子化，而在這些許許多多的裝置就會需要相互溝通與控制以及傳遞訊息與數(shù)據(jù)等，因此這些裝置成了相互關(guān)系或是主從關(guān)系。所以這些裝置之間就會有傳遞數(shù)據(jù)或互相控制的需求，那就必須有一相同的通訊協(xié)議，才能確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。為了讓通訊協(xié)議簡單化以及快速化，也因?yàn)榇惺接嵦杺鬏敳趴梢赃_(dá)到簡單化以及快速化的目的，通訊協(xié)議的演進(jìn)幾乎都朝串行式的通訊協(xié)議來發(fā)展。例如傳統(tǒng)的硬盤或光盤的傳輸界面都是以P-ATA(ParallelATA)為傳輸界面，現(xiàn)今大部分都已經(jīng)改用S-ATA(SerialATA)。又如計(jì)算機(jī)界面卡的PCI界面，也開始會進(jìn)入PCIExpress。
而不同類型的裝置也衍生出不同的通訊協(xié)議(Protocol)。在PC與外圍的應(yīng)用，常見的有USB、PS2、1394、UART…。在其它電路之間的則有I2C、SPI…。車用常見的有CANBus及LINBus。這些許許多多的通訊協(xié)議也會衍生出一些變異的通訊協(xié)議出來。然而這么多的通訊協(xié)議在開發(fā)與測試維修的時(shí)候最大的問題是什么呢？是如何正確的擷取想要觀看的波形以及將波形轉(zhuǎn)換成較為人性化的表示方式。
我們先談?wù)勈裁唇凶鲚^為人性化的表示方式呢？我們以RS232波形為例，使用示波器或邏輯分析儀等通用儀器量測到的波形。
當(dāng)您使用示波器或邏輯分析儀量測到上面這些波形時(shí)，對您的開發(fā)或是維修其實(shí)幫不了什么忙。因此開發(fā)者或是維修人員必須借助特殊通訊協(xié)議的分析儀，例如RS232分析儀、USB分析儀、CANBus分析儀…等等，來分析通訊協(xié)議的內(nèi)容，這些通訊協(xié)議內(nèi)容才會包含對使用者有幫助的訊息。但是這些專屬的通訊協(xié)議分析儀通常市價(jià)不蜚，且通常只能分析單一種通訊協(xié)議，因此示波器與邏輯分析儀開始陸陸續(xù)續(xù)出現(xiàn)許多串行通訊協(xié)議的分析能力。
通用儀器的演進(jìn)
早期的示波器與邏輯分析儀的內(nèi)部不是沒有操作系統(tǒng)，就是自行開發(fā)的一套操作系統(tǒng)，所以使用者界面的開發(fā)的難度就比較高，一臺儀器的研發(fā)過程都是相當(dāng)久。如今PC-Based的儀器已經(jīng)相當(dāng)普遍，連StandAlone的儀器內(nèi)部也漸漸使用工業(yè)計(jì)算機(jī)(IPC)來取代，使用操作系統(tǒng)不是Windows就是Linux。所以這些儀器的使用者界面的開發(fā)變得非常簡單，就好像在寫PC上的軟件一般，沒有兩樣。而且因?yàn)镻C的運(yùn)算功能強(qiáng)大，這類儀器也會把需要大量運(yùn)算或儲存的事情交給PC來做，真正儀器的部份就只要處理儀器該做的事情，復(fù)雜與瑣碎的事通通交給PC來處理。PC-Based的儀器或是使用IPC的儀器就可以將其采集到的波形傳送到PC，再由PC上的軟件加以分析，所有這些常用的通訊協(xié)議就可以一一的被分析出來顯示在畫面上，讓使用者容易閱讀。因此這類運(yùn)用PC的儀器不再只是單純的顯示波形的儀器而已。舉凡通訊協(xié)議分析、頻域分析(FFT)、電源分析、溫度分析、影像分析等等數(shù)不完的分析，都可經(jīng)由PC上的軟件得到解決。以往客戶必須依照業(yè)者提供的二次開發(fā)界面(SDK)來取得波形，再自行開發(fā)一套軟件來分析這些波形數(shù)據(jù)。如今只要是市場被大量運(yùn)用的技術(shù)，很快就有業(yè)者將分析程序給寫出來，使用者就不需要再花費(fèi)時(shí)間來撰寫這些分析程序。因此傳統(tǒng)的示波器及邏輯分析儀不再只是一般的波形顯示儀器，而是功能越來越強(qiáng)大的分析儀器。
邏輯分析儀的趨勢
邏輯分析儀一直以來讓人覺得陌生或?qū)嵱眯圆桓叩目贪逵∠?，主要是因?yàn)檫壿嫹治鰞x的高價(jià)位與使用復(fù)雜度。所以一般的工程師在除錯時(shí)，大部分都仰賴示波器來解決問題。如今邏輯分析儀越來越普及，價(jià)格越來越低，且操作環(huán)境也拜PC之賜變得更簡單，因此使用率也越來越高。況且在這數(shù)字化的時(shí)代里，數(shù)字電路不再是示波器就可以解決一切問題。因?yàn)閿?shù)字電路通常都是有相當(dāng)多的測試點(diǎn)需要同時(shí)量測，光靠示波器是不夠用的，邏輯分析儀的多信道特性正好可以解決這個(gè)問題。
前面幾節(jié)提到的通訊協(xié)議分析或其它分析，我們統(tǒng)稱為波形資料后處理，而這節(jié)我們要提到的是通訊協(xié)議的觸發(fā)功能。以往邏輯分析儀總是在強(qiáng)調(diào)采樣率、通道數(shù)與儲存深度等問題，然而在串行訊號掛帥的環(huán)境里，邏輯分析儀也開始強(qiáng)調(diào)提供通訊協(xié)議觸發(fā)的功能，藉以提升邏輯分析儀的價(jià)值與實(shí)用性。
通訊協(xié)議分析與通訊協(xié)議觸發(fā)兩者之間有何不同呢？前面提到通訊協(xié)議分析就是所謂的通訊協(xié)議的后處理，也就是將邏輯分析儀采集到所有波形數(shù)據(jù)加以轉(zhuǎn)換成通訊協(xié)議的數(shù)據(jù)。換句話說，你可能任意采集一段電路運(yùn)作時(shí)的波形，或是利用觸發(fā)設(shè)定來采集該觸發(fā)訊號發(fā)生的同時(shí)所產(chǎn)生的波形。但是這樣采集到的波形通常都不是你除錯時(shí)真正想要看到的波形。如果能使用通訊協(xié)議的觸發(fā)，將通訊協(xié)議的數(shù)值設(shè)定成觸發(fā)參數(shù)，邏輯分析儀就可以非常準(zhǔn)確的采集到真正事件發(fā)生當(dāng)時(shí)的波形，再配合后處理將數(shù)值顯示出來，才能達(dá)到事半功倍的效果。因此有通訊協(xié)議后處理的邏輯分析儀，最好能有通訊協(xié)議觸發(fā)設(shè)定的功能。
邏輯分析儀串行分析實(shí)例
接下來我們來實(shí)作一個(gè)案例。假設(shè)我們設(shè)計(jì)了一個(gè)電路，他是使用I2C通訊協(xié)議來控制某些裝置，然而每次這個(gè)I2C控制信號在送出一串?dāng)?shù)據(jù)為”ABCDE”字符串后，就會造成電路工作不正常。首先我們可以將邏輯分析儀的某兩個(gè)通道接到I2C的SCK與SDA的接腳上，再接上一些需要觀測的控制訊號上。再來我們將I2C這兩個(gè)信道的顯示方式由波形方式改成I2CBus的通訊協(xié)議分析方式。最后，我們再設(shè)定I2C的觸發(fā)參數(shù)”ABCDE”字符串。這樣就可以采集到真正的問題點(diǎn)了。
結(jié)論
由市場上的產(chǎn)品來看，不管是示波器、邏輯分析儀或甚至是二合一的混合儀器，在功能方面不斷的根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域需求而改進(jìn)，新產(chǎn)品的推出也越來越快，對使用者來說當(dāng)然是一大福音。但是應(yīng)用領(lǐng)域不斷的在變化的同時(shí)，能夠選擇一個(gè)軟件(通訊協(xié)議分析)可升級，硬件(通訊協(xié)議觸發(fā))也可升級的儀器，或許是一個(gè)比較好的方案。
示波器產(chǎn)品鏈接：http://www.91zenqing.cn/product/oscilloscope/
邏輯分析儀產(chǎn)品鏈接：http://www.91zenqing.cn/product/Logic-Analyser/
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