decoders/can/pd.py

   1 ##
   2 ## This file is part of the libsigrokdecode project.
   3 ##
   4 ## Copyright (C) 2012-2013 Uwe Hermann <uwe@hermann-uwe.de>
   5 ##
   6 ## This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   7 ## it under the terms of the GNU General Public License as published by
   8 ## the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
   9 ## (at your option) any later version.
  10 ##
  11 ## This program is distributed in the hope that it will be useful,
  12 ## but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13 ## MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  14 ## GNU General Public License for more details.
  15 ##
  16 ## You should have received a copy of the GNU General Public License
  17 ## along with this program; if not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  18 ##
  19
  20 import sigrokdecode as srd
  21
  22 class SamplerateError(Exception):
  23     pass
  24
  25 class Decoder(srd.Decoder):
  26     api_version = 3
  27     id = 'can'
  28     name = 'CAN'
  29     longname = 'Controller Area Network'
  30     desc = 'Field bus protocol for distributed realtime control.'
  31     license = 'gplv2+'
  32     inputs = ['logic']
  33     outputs = ['can']
  34     channels = (
  35         {'id': 'can_rx', 'name': 'CAN RX', 'desc': 'CAN bus line'},
  36     )
  37     options = (
  38         {'id': 'bitrate', 'desc': 'Bitrate (bits/s)', 'default': 1000000},
  39         {'id': 'sample_point', 'desc': 'Sample point (%)', 'default': 70.0},
  40     )
  41     annotations = (
  42         ('data', 'CAN payload data'),
  43         ('sof', 'Start of frame'),
  44         ('eof', 'End of frame'),
  45         ('id', 'Identifier'),
  46         ('ext-id', 'Extended identifier'),
  47         ('full-id', 'Full identifier'),
  48         ('ide', 'Identifier extension bit'),
  49         ('reserved-bit', 'Reserved bit 0 and 1'),
  50         ('rtr', 'Remote transmission request'),
  51         ('srr', 'Substitute remote request'),
  52         ('dlc', 'Data length count'),
  53         ('crc-sequence', 'CRC sequence'),
  54         ('crc-delimiter', 'CRC delimiter'),
  55         ('ack-slot', 'ACK slot'),
  56         ('ack-delimiter', 'ACK delimiter'),
  57         ('stuff-bit', 'Stuff bit'),
  58         ('warnings', 'Human-readable warnings'),
  59         ('bit', 'Bit'),
  60     )
  61     annotation_rows = (
  62         ('bits', 'Bits', (15, 17)),
  63         ('fields', 'Fields', tuple(range(15))),
  64         ('warnings', 'Warnings', (16,)),
  65     )
  66
  67     def __init__(self):
  68         self.samplerate = None
  69         self.reset_variables()
  70
  71     def start(self):
  72         self.out_ann = self.register(srd.OUTPUT_ANN)
  73
  74     def metadata(self, key, value):
  75         if key == srd.SRD_CONF_SAMPLERATE:
  76             self.samplerate = value
  77             self.bit_width = float(self.samplerate) / float(self.options['bitrate'])
  78             self.bitpos = (self.bit_width / 100.0) * self.options['sample_point']
  79
  80     # Generic helper for CAN bit annotations.
  81     def putg(self, ss, es, data):
  82         left, right = int(self.bitpos), int(self.bit_width - self.bitpos)
  83         self.put(ss - left, es + right, self.out_ann, data)
  84
  85     # Single-CAN-bit annotation using the current samplenum.
  86     def putx(self, data):
  87         self.putg(self.samplenum, self.samplenum, data)
  88
  89     # Single-CAN-bit annotation using the samplenum of CAN bit 12.
  90     def put12(self, data):
  91         self.putg(self.ss_bit12, self.ss_bit12, data)
  92
  93     # Multi-CAN-bit annotation from self.ss_block to current samplenum.
  94     def putb(self, data):
  95         self.putg(self.ss_block, self.samplenum, data)
  96
  97     def reset_variables(self):
  98         self.state = 'IDLE'
  99         self.sof = self.frame_type = self.dlc = None
 100         self.rawbits = [] # All bits, including stuff bits
 101         self.bits = [] # Only actual CAN frame bits (no stuff bits)
 102         self.curbit = 0 # Current bit of CAN frame (bit 0 == SOF)
 103         self.last_databit = 999 # Positive value that bitnum+x will never match
 104         self.ss_block = None
 105         self.ss_bit12 = None
 106         self.ss_databytebits = []
 107
 108     # Determine the position of the next desired bit's sample point.
 109     def get_sample_point(self, bitnum):
 110         bitpos = int(self.sof + (self.bit_width * bitnum) + self.bitpos)
 111         return bitpos
 112
 113     def is_stuff_bit(self):
 114         # CAN uses NRZ encoding and bit stuffing.
 115         # After 5 identical bits, a stuff bit of opposite value is added.
 116         # But not in the CRC delimiter, ACK, and end of frame fields.
 117         if len(self.bits) > self.last_databit + 16:
 118             return False
 119         last_6_bits = self.rawbits[-6:]
 120         if last_6_bits not in ([0, 0, 0, 0, 0, 1], [1, 1, 1, 1, 1, 0]):
 121             return False
 122
 123         # Stuff bit. Keep it in self.rawbits, but drop it from self.bits.
 124         self.bits.pop() # Drop last bit.
 125         return True
 126
 127     def is_valid_crc(self, crc_bits):
 128         return True # TODO
 129
 130     def decode_error_frame(self, bits):
 131         pass # TODO
 132
 133     def decode_overload_frame(self, bits):
 134         pass # TODO
 135
 136     # Both standard and extended frames end with CRC, CRC delimiter, ACK,
 137     # ACK delimiter, and EOF fields. Handle them in a common function.
 138     # Returns True if the frame ended (EOF), False otherwise.
 139     def decode_frame_end(self, can_rx, bitnum):
 140
 141         # Remember start of CRC sequence (see below).
 142         if bitnum == (self.last_databit + 1):
 143             self.ss_block = self.samplenum
 144
 145         # CRC sequence (15 bits)
 146         elif bitnum == (self.last_databit + 15):
 147             x = self.last_databit + 1
 148             crc_bits = self.bits[x:x + 15 + 1]
 149             self.crc = int(''.join(str(d) for d in crc_bits), 2)
 150             self.putb([11, ['CRC sequence: 0x%04x' % self.crc,
 151                             'CRC: 0x%04x' % self.crc, 'CRC']])
 152             if not self.is_valid_crc(crc_bits):
 153                 self.putb([16, ['CRC is invalid']])
 154
 155         # CRC delimiter bit (recessive)
 156         elif bitnum == (self.last_databit + 16):
 157             self.putx([12, ['CRC delimiter: %d' % can_rx,
 158                             'CRC d: %d' % can_rx, 'CRC d']])
 159             if can_rx != 1:
 160                 self.putx([16, ['CRC delimiter must be a recessive bit']])
 161
 162         # ACK slot bit (dominant: ACK, recessive: NACK)
 163         elif bitnum == (self.last_databit + 17):
 164             ack = 'ACK' if can_rx == 0 else 'NACK'
 165             self.putx([13, ['ACK slot: %s' % ack, 'ACK s: %s' % ack, 'ACK s']])
 166
 167         # ACK delimiter bit (recessive)
 168         elif bitnum == (self.last_databit + 18):
 169             self.putx([14, ['ACK delimiter: %d' % can_rx,
 170                             'ACK d: %d' % can_rx, 'ACK d']])
 171             if can_rx != 1:
 172                 self.putx([16, ['ACK delimiter must be a recessive bit']])
 173
 174         # Remember start of EOF (see below).
 175         elif bitnum == (self.last_databit + 19):
 176             self.ss_block = self.samplenum
 177
 178         # End of frame (EOF), 7 recessive bits
 179         elif bitnum == (self.last_databit + 25):
 180             self.putb([2, ['End of frame', 'EOF', 'E']])
 181             if self.rawbits[-7:] != [1, 1, 1, 1, 1, 1, 1]:
 182                 self.putb([16, ['End of frame (EOF) must be 7 recessive bits']])
 183             self.reset_variables()
 184             return True
 185
 186         return False
 187
 188     # Returns True if the frame ended (EOF), False otherwise.
 189     def decode_standard_frame(self, can_rx, bitnum):
 190
 191         # Bit 14: RB0 (reserved bit)
 192         # Has to be sent dominant, but receivers should accept recessive too.
 193         if bitnum == 14:
 194             self.putx([7, ['Reserved bit 0: %d' % can_rx,
 195                            'RB0: %d' % can_rx, 'RB0']])
 196
 197             # Bit 12: Remote transmission request (RTR) bit
 198             # Data frame: dominant, remote frame: recessive
 199             # Remote frames do not contain a data field.
 200             rtr = 'remote' if self.bits[12] == 1 else 'data'
 201             self.put12([8, ['Remote transmission request: %s frame' % rtr,
 202                             'RTR: %s frame' % rtr, 'RTR']])
 203
 204         # Remember start of DLC (see below).
 205         elif bitnum == 15:
 206             self.ss_block = self.samplenum
 207
 208         # Bits 15-18: Data length code (DLC), in number of bytes (0-8).
 209         elif bitnum == 18:
 210             self.dlc = int(''.join(str(d) for d in self.bits[15:18 + 1]), 2)
 211             self.putb([10, ['Data length code: %d' % self.dlc,
 212                             'DLC: %d' % self.dlc, 'DLC']])
 213             self.last_databit = 18 + (self.dlc * 8)
 214             if self.dlc > 8:
 215                 self.putb([16, ['Data length code (DLC) > 8 is not allowed']])
 216
 217         # Remember all databyte bits, except the very last one.
 218         elif bitnum in range(19, self.last_databit):
 219             self.ss_databytebits.append(self.samplenum)
 220
 221         # Bits 19-X: Data field (0-8 bytes, depending on DLC)
 222         # The bits within a data byte are transferred MSB-first.
 223         elif bitnum == self.last_databit:
 224             self.ss_databytebits.append(self.samplenum) # Last databyte bit.
 225             for i in range(self.dlc):
 226                 x = 18 + (8 * i) + 1
 227                 b = int(''.join(str(d) for d in self.bits[x:x + 8]), 2)
 228                 ss = self.ss_databytebits[i * 8]
 229                 es = self.ss_databytebits[((i + 1) * 8) - 1]
 230                 self.putg(ss, es, [0, ['Data byte %d: 0x%02x' % (i, b),
 231                                        'DB %d: 0x%02x' % (i, b), 'DB']])
 232             self.ss_databytebits = []
 233
 234         elif bitnum > self.last_databit:
 235             return self.decode_frame_end(can_rx, bitnum)
 236
 237         return False
 238
 239     # Returns True if the frame ended (EOF), False otherwise.
 240     def decode_extended_frame(self, can_rx, bitnum):
 241
 242         # Remember start of EID (see below).
 243         if bitnum == 14:
 244             self.ss_block = self.samplenum
 245
 246         # Bits 14-31: Extended identifier (EID[17..0])
 247         elif bitnum == 31:
 248             self.eid = int(''.join(str(d) for d in self.bits[14:]), 2)
 249             s = '%d (0x%x)' % (self.eid, self.eid)
 250             self.putb([4, ['Extended Identifier: %s' % s,
 251                            'Extended ID: %s' % s, 'Extended ID', 'EID']])
 252
 253             self.fullid = self.id << 18 | self.eid
 254             s = '%d (0x%x)' % (self.fullid, self.fullid)
 255             self.putb([5, ['Full Identifier: %s' % s, 'Full ID: %s' % s,
 256                            'Full ID', 'FID']])
 257
 258             # Bit 12: Substitute remote request (SRR) bit
 259             self.put12([9, ['Substitute remote request: %d' % self.bits[12],
 260                             'SRR: %d' % self.bits[12], 'SRR']])
 261
 262         # Bit 32: Remote transmission request (RTR) bit
 263         # Data frame: dominant, remote frame: recessive
 264         # Remote frames do not contain a data field.
 265         if bitnum == 32:
 266             rtr = 'remote' if can_rx == 1 else 'data'
 267             self.putx([8, ['Remote transmission request: %s frame' % rtr,
 268                            'RTR: %s frame' % rtr, 'RTR']])
 269
 270         # Bit 33: RB1 (reserved bit)
 271         elif bitnum == 33:
 272             self.putx([7, ['Reserved bit 1: %d' % can_rx,
 273                            'RB1: %d' % can_rx, 'RB1']])
 274
 275         # Bit 34: RB0 (reserved bit)
 276         elif bitnum == 34:
 277             self.putx([7, ['Reserved bit 0: %d' % can_rx,
 278                            'RB0: %d' % can_rx, 'RB0']])
 279
 280         # Remember start of DLC (see below).
 281         elif bitnum == 35:
 282             self.ss_block = self.samplenum
 283
 284         # Bits 35-38: Data length code (DLC), in number of bytes (0-8).
 285         elif bitnum == 38:
 286             self.dlc = int(''.join(str(d) for d in self.bits[35:38 + 1]), 2)
 287             self.putb([10, ['Data length code: %d' % self.dlc,
 288                             'DLC: %d' % self.dlc, 'DLC']])
 289             self.last_databit = 38 + (self.dlc * 8)
 290
 291         # Remember all databyte bits, except the very last one.
 292         elif bitnum in range(39, self.last_databit):
 293             self.ss_databytebits.append(self.samplenum)
 294
 295         # Bits 39-X: Data field (0-8 bytes, depending on DLC)
 296         # The bits within a data byte are transferred MSB-first.
 297         elif bitnum == self.last_databit:
 298             self.ss_databytebits.append(self.samplenum) # Last databyte bit.
 299             for i in range(self.dlc):
 300                 x = 38 + (8 * i) + 1
 301                 b = int(''.join(str(d) for d in self.bits[x:x + 8]), 2)
 302                 ss = self.ss_databytebits[i * 8]
 303                 es = self.ss_databytebits[((i + 1) * 8) - 1]
 304                 self.putg(ss, es, [0, ['Data byte %d: 0x%02x' % (i, b),
 305                                        'DB %d: 0x%02x' % (i, b), 'DB']])
 306             self.ss_databytebits = []
 307
 308         elif bitnum > self.last_databit:
 309             return self.decode_frame_end(can_rx, bitnum)
 310
 311         return False
 312
 313     def handle_bit(self, can_rx):
 314         self.rawbits.append(can_rx)
 315         self.bits.append(can_rx)
 316
 317         # Get the index of the current CAN frame bit (without stuff bits).
 318         bitnum = len(self.bits) - 1
 319
 320         # If this is a stuff bit, remove it from self.bits and ignore it.
 321         if self.is_stuff_bit():
 322             self.putx([15, [str(can_rx)]])
 323             self.curbit += 1 # Increase self.curbit (bitnum is not affected).
 324             return
 325         else:
 326             self.putx([17, [str(can_rx)]])
 327
 328         # Bit 0: Start of frame (SOF) bit
 329         if bitnum == 0:
 330             self.putx([1, ['Start of frame', 'SOF', 'S']])
 331             if can_rx != 0:
 332                 self.putx([16, ['Start of frame (SOF) must be a dominant bit']])
 333
 334         # Remember start of ID (see below).
 335         elif bitnum == 1:
 336             self.ss_block = self.samplenum
 337
 338         # Bits 1-11: Identifier (ID[10..0])
 339         # The bits ID[10..4] must NOT be all recessive.
 340         elif bitnum == 11:
 341             self.id = int(''.join(str(d) for d in self.bits[1:]), 2)
 342             s = '%d (0x%x)' % (self.id, self.id),
 343             self.putb([3, ['Identifier: %s' % s, 'ID: %s' % s, 'ID']])
 344             if (self.id & 0x7f0) == 0x7f0:
 345                 self.putb([16, ['Identifier bits 10..4 must not be all recessive']])
 346
 347         # RTR or SRR bit, depending on frame type (gets handled later).
 348         elif bitnum == 12:
 349             # self.putx([0, ['RTR/SRR: %d' % can_rx]]) # Debug only.
 350             self.ss_bit12 = self.samplenum
 351
 352         # Bit 13: Identifier extension (IDE) bit
 353         # Standard frame: dominant, extended frame: recessive
 354         elif bitnum == 13:
 355             ide = self.frame_type = 'standard' if can_rx == 0 else 'extended'
 356             self.putx([6, ['Identifier extension bit: %s frame' % ide,
 357                            'IDE: %s frame' % ide, 'IDE']])
 358
 359         # Bits 14-X: Frame-type dependent, passed to the resp. handlers.
 360         elif bitnum >= 14:
 361             if self.frame_type == 'standard':
 362                 done = self.decode_standard_frame(can_rx, bitnum)
 363             else:
 364                 done = self.decode_extended_frame(can_rx, bitnum)
 365
 366             # The handlers return True if a frame ended (EOF).
 367             if done:
 368                 return
 369
 370         # After a frame there are 3 intermission bits (recessive).
 371         # After these bits, the bus is considered free.
 372
 373         self.curbit += 1
 374
 375     def decode(self):
 376         if not self.samplerate:
 377             raise SamplerateError('Cannot decode without samplerate.')
 378
 379         while True:
 380             # State machine.
 381             if self.state == 'IDLE':
 382                 # Wait for a dominant state (logic 0) on the bus.
 383                 (can_rx,) = self.wait({0: 'l'})
 384                 self.sof = self.samplenum
 385                 self.state = 'GET BITS'
 386             elif self.state == 'GET BITS':
 387                 # Wait until we're in the correct bit/sampling position.
 388                 pos = self.get_sample_point(self.curbit)
 389                 (can_rx,) = self.wait({'skip': pos - self.samplenum})
 390                 self.handle_bit(can_rx)