邏輯分析儀在通訊協(xié)議分析上的應用

在科技時(shí)代里越來(lái)越多的電子裝置出現，也越來(lái)越多的裝置電子化，而在這些許許多多的裝置就會(huì )需要相互溝通與控制以及傳遞訊息與數據等，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(huì )有傳遞數據或互相控制的需求，那就必須有一相同的通訊協(xié)議，才能確保數據傳輸的正確性。為了讓通訊協(xié)議簡(jiǎn)單化以及快速化，也因為串行式訊號傳輸才可以達到簡(jiǎn)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(lái)發(fā)展。例如傳統的硬盤(pán)或光盤(pán)的傳輸界面都是以P-ATA(ParallelATA)為傳輸界面，現今大部分都已經(jīng)改用S-ATA(SerialATA)。又如計算機界面卡的PCI界面，也開(kāi)始會(huì )進(jìn)入PCIExpress。

而不同類(lèi)型的裝置也衍生出不同的通訊協(xié)議(Protocol)。在PC與外圍的應用，常見(jiàn)的有USB、PS2、1394、UART…。在其它電路之間的則有I2C、SPI…。車(chē)用常見(jiàn)的有CANBus及LINBus。這些許許多多的通訊協(xié)議也會(huì )衍生出一些變異的通訊協(xié)議出來(lái)。然而這么多的通訊協(xié)議在開(kāi)發(fā)與測試維修的時(shí)候最大的問(wèn)題是什么呢？是如何正確的擷取想要觀(guān)看的波形以及將波形轉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如圖1a,1b。

當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(kāi)發(fā)或是維修其實(shí)幫不了什么忙。因此開(kāi)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(lái)分析通訊協(xié)議的內容，這些通訊協(xié)議內容才會(huì )包含對使用者有幫助的訊息。但是這些專(zhuān)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(kāi)始陸陸續續出現許多串行通訊協(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部不是沒(méi)有操作系統，就是自行開(kāi)發(fā)的一套操作系統，所以使用者界面的開(kāi)發(fā)的難度就比較高，一臺儀器的研發(fā)過(guò)程都是相當久。如今PC-Based的儀器已經(jīng)相當普遍，連StandAlone的儀器內部也漸漸使用工業(yè)計算機(IPC)來(lái)取代，使用操作系統不是Windows就是Linux。所以這些儀器的使用者界面的開(kāi)發(fā)變得非常簡(jiǎn)單，就好像在寫(xiě)PC上的軟件一般，沒(méi)有兩樣。而且因為PC的運算功能強大，這類(lèi)儀器也會(huì )把需要大量運算或儲存的事情交給PC來(lái)做，真正儀器的部份就只要處理儀器該做的事情，復雜與瑣碎的事通通交給PC來(lái)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(lái)顯示在畫(huà)面上，讓使用者容易閱讀。因此這類(lèi)運用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、影像分析等等數不完的分析，都可經(jīng)由PC上的軟件得到解決。以往客戶(hù)必須依照業(yè)者提供的二次開(kāi)發(fā)界面(SDK)來(lái)取得波形，再自行開(kāi)發(fā)一套軟件來(lái)分析這些波形數據。如今只要是市場(chǎng)被大量運用的技術(shù)，很快就有業(yè)者將分析程序給寫(xiě)出來(lái)，使用者就不需要再花費時(shí)間來(lái)撰寫(xiě)這些分析程序。因此傳統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(lái)越強大的分析儀器。

邏輯分析儀的趨勢

邏輯分析儀一直以來(lái)讓人覺(jué)得陌生或實(shí)用性不高的刻板印象，主要是因為邏輯分析儀的高價(jià)位與使用復雜度。所以一般的工程師在除錯時(shí)，大部分都仰賴(lài)示波器來(lái)解決問(wèn)題。如今邏輯分析儀越來(lái)越普及，價(jià)格越來(lái)越低，且操作環(huán)境也拜PC之賜變得更簡(jiǎn)單，因此使用率也越來(lái)越高。況且在這數字化的時(shí)代里，數字電路不再是示波器就可以解決一切問(wèn)題。因為數字電路通常都是有相當多的測試點(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(wèn)題。

前面幾節提到的通訊協(xié)議分析或其它分析，我們統稱(chēng)為波形資料后處理，而這節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調采樣率、通道數與儲存深度等問(wèn)題，然而在串行訊號掛帥的環(huán)境里，邏輯分析儀也開(kāi)始強調提供通訊協(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據加以轉換成通訊協(xié)議的數據。換句話(huà)說(shuō)，你可能任意采集一段電路運作時(shí)的波形，或是利用觸發(fā)設定來(lái)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)議的數值設定成觸發(fā)參數，邏輯分析儀就可以非常準確的采集到真正事件發(fā)生當時(shí)的波形，再配合后處理將數值顯示出來(lái)，才能達到事半功倍的效果。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)設定的功能。

邏輯分析儀串行分析實(shí)例

接下來(lái)我們來(lái)實(shí)作一個(gè)案例。假設我們設計了一個(gè)電路，他是使用I2C通訊協(xié)議來(lái)控制某些裝置，然而每次這個(gè)I2C控制信號在送出一串數據為”ABCDE”字符串后，就會(huì )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(guān)測的控制訊號上。再來(lái)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，我們再設定I2C的觸發(fā)參數”ABCDE”字符串。這樣就可以采集到真正的問(wèn)題點(diǎn)了。

結論

由市場(chǎng)上的產(chǎn)品來(lái)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應用領(lǐng)域需求而改進(jìn)，新產(chǎn)品的推出也越來(lái)越快，對使用者來(lái)說(shuō)當然是一大福音。但是應用領(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。