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, write to the Free Software
  18 ## Foundation, Inc., 51 Franklin St, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301 USA
  19 ##
  20
  21 import sigrokdecode as srd
  22
  23 class SamplerateError(Exception):
  24     pass
  25
  26 class Decoder(srd.Decoder):
  27     api_version = 2
  28     id = 'can'
  29     name = 'CAN'
  30     longname = 'Controller Area Network'
  31     desc = 'Field bus protocol for distributed realtime control.'
  32     license = 'gplv2+'
  33     inputs = ['logic']
  34     outputs = ['can']
  35     channels = (
  36         {'id': 'can_rx', 'name': 'CAN RX', 'desc': 'CAN bus line'},
  37     )
  38     options = (
  39         {'id': 'bitrate', 'desc': 'Bitrate (bits/s)', 'default': 1000000},
  40         {'id': 'sample_point', 'desc': 'Sample point (%)', 'default': 70.0},
  41     )
  42     annotations = (
  43         ('data', 'CAN payload data'),
  44         ('sof', 'Start of frame'),
  45         ('eof', 'End of frame'),
  46         ('id', 'Identifier'),
  47         ('ext-id', 'Extended identifier'),
  48         ('full-id', 'Full identifier'),
  49         ('ide', 'Identifier extension bit'),
  50         ('reserved-bit', 'Reserved bit 0 and 1'),
  51         ('rtr', 'Remote transmission request'),
  52         ('srr', 'Substitute remote request'),
  53         ('dlc', 'Data length count'),
  54         ('crc-sequence', 'CRC sequence'),
  55         ('crc-delimiter', 'CRC delimiter'),
  56         ('ack-slot', 'ACK slot'),
  57         ('ack-delimiter', 'ACK delimiter'),
  58         ('stuff-bit', 'Stuff bit'),
  59         ('warnings', 'Human-readable warnings'),
  60         ('bits', 'Bits'),
  61     )
  62     annotation_rows = (
  63         ('bits', 'Bits', (17,)),
  64         ('fields', 'Fields', tuple(range(17))),
  65     )
  66
  67     def __init__(self, **kwargs):
  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     # Return True if we reached the desired bit position, False otherwise.
 109     def reached_bit(self, bitnum):
 110         bitpos = int(self.sof + (self.bit_width * bitnum) + self.bitpos)
 111         if self.samplenum >= bitpos:
 112             return True
 113         return False
 114
 115     def is_stuff_bit(self):
 116         # CAN uses NRZ encoding and bit stuffing.
 117         # After 5 identical bits, a stuff bit of opposite value is added.
 118         last_6_bits = self.rawbits[-6:]
 119         if last_6_bits not in ([0, 0, 0, 0, 0, 1], [1, 1, 1, 1, 1, 0]):
 120             return False
 121
 122         # Stuff bit. Keep it in self.rawbits, but drop it from self.bits.
 123         self.putx([15, ['Stuff bit: %d' % self.rawbits[-1],
 124                         'SB: %d' % self.rawbits[-1], 'SB']])
 125         self.bits.pop() # Drop last bit.
 126         return True
 127
 128     def is_valid_crc(self, crc_bits):
 129         return True # TODO
 130
 131     def decode_error_frame(self, bits):
 132         pass # TODO
 133
 134     def decode_overload_frame(self, bits):
 135         pass # TODO
 136
 137     # Both standard and extended frames end with CRC, CRC delimiter, ACK,
 138     # ACK delimiter, and EOF fields. Handle them in a common function.
 139     # Returns True if the frame ended (EOF), False otherwise.
 140     def decode_frame_end(self, can_rx, bitnum):
 141
 142         # Remember start of CRC sequence (see below).
 143         if bitnum == (self.last_databit + 1):
 144             self.ss_block = self.samplenum
 145
 146         # CRC sequence (15 bits)
 147         elif bitnum == (self.last_databit + 15):
 148             x = self.last_databit + 1
 149             crc_bits = self.bits[x:x + 15 + 1]
 150             self.crc = int(''.join(str(d) for d in crc_bits), 2)
 151             self.putb([11, ['CRC sequence: 0x%04x' % self.crc,
 152                             'CRC: 0x%04x' % self.crc, 'CRC']])
 153             if not self.is_valid_crc(crc_bits):
 154                 self.putb([16, ['CRC is invalid']])
 155
 156         # CRC delimiter bit (recessive)
 157         elif bitnum == (self.last_databit + 16):
 158             self.putx([12, ['CRC delimiter: %d' % can_rx,
 159                             'CRC d: %d' % can_rx, 'CRC d']])
 160
 161         # ACK slot bit (dominant: ACK, recessive: NACK)
 162         elif bitnum == (self.last_databit + 17):
 163             ack = 'ACK' if can_rx == 0 else 'NACK'
 164             self.putx([13, ['ACK slot: %s' % ack, 'ACK s: %s' % ack, 'ACK s']])
 165
 166         # ACK delimiter bit (recessive)
 167         elif bitnum == (self.last_databit + 18):
 168             self.putx([14, ['ACK delimiter: %d' % can_rx,
 169                             'ACK d: %d' % can_rx, 'ACK d']])
 170
 171         # Remember start of EOF (see below).
 172         elif bitnum == (self.last_databit + 19):
 173             self.ss_block = self.samplenum
 174
 175         # End of frame (EOF), 7 recessive bits
 176         elif bitnum == (self.last_databit + 25):
 177             self.putb([2, ['End of frame', 'EOF', 'E']])
 178             self.reset_variables()
 179             return True
 180
 181         return False
 182
 183     # Returns True if the frame ended (EOF), False otherwise.
 184     def decode_standard_frame(self, can_rx, bitnum):
 185
 186         # Bit 14: RB0 (reserved bit)
 187         # Has to be sent dominant, but receivers should accept recessive too.
 188         if bitnum == 14:
 189             self.putx([7, ['Reserved bit 0: %d' % can_rx,
 190                            'RB0: %d' % can_rx, 'RB0']])
 191
 192             # Bit 12: Remote transmission request (RTR) bit
 193             # Data frame: dominant, remote frame: recessive
 194             # Remote frames do not contain a data field.
 195             rtr = 'remote' if self.bits[12] == 1 else 'data'
 196             self.put12([8, ['Remote transmission request: %s frame' % rtr,
 197                             'RTR: %s frame' % rtr, 'RTR']])
 198
 199         # Remember start of DLC (see below).
 200         elif bitnum == 15:
 201             self.ss_block = self.samplenum
 202
 203         # Bits 15-18: Data length code (DLC), in number of bytes (0-8).
 204         elif bitnum == 18:
 205             self.dlc = int(''.join(str(d) for d in self.bits[15:18 + 1]), 2)
 206             self.putb([10, ['Data length code: %d' % self.dlc,
 207                             'DLC: %d' % self.dlc, 'DLC']])
 208             self.last_databit = 18 + (self.dlc * 8)
 209
 210         # Remember all databyte bits, except the very last one.
 211         elif bitnum in range(19, self.last_databit):
 212             self.ss_databytebits.append(self.samplenum)
 213
 214         # Bits 19-X: Data field (0-8 bytes, depending on DLC)
 215         # The bits within a data byte are transferred MSB-first.
 216         elif bitnum == self.last_databit:
 217             self.ss_databytebits.append(self.samplenum) # Last databyte bit.
 218             for i in range(self.dlc):
 219                 x = 18 + (8 * i) + 1
 220                 b = int(''.join(str(d) for d in self.bits[x:x + 8]), 2)
 221                 ss = self.ss_databytebits[i * 8]
 222                 es = self.ss_databytebits[((i + 1) * 8) - 1]
 223                 self.putg(ss, es, [0, ['Data byte %d: 0x%02x' % (i, b),
 224                                        'DB %d: 0x%02x' % (i, b), 'DB']])
 225             self.ss_databytebits = []
 226
 227         elif bitnum > self.last_databit:
 228             return self.decode_frame_end(can_rx, bitnum)
 229
 230         return False
 231
 232     # Returns True if the frame ended (EOF), False otherwise.
 233     def decode_extended_frame(self, can_rx, bitnum):
 234
 235         # Remember start of EID (see below).
 236         if bitnum == 14:
 237             self.ss_block = self.samplenum
 238
 239         # Bits 14-31: Extended identifier (EID[17..0])
 240         elif bitnum == 31:
 241             self.eid = int(''.join(str(d) for d in self.bits[14:]), 2)
 242             s = '%d (0x%x)' % (self.eid, self.eid)
 243             self.putb([4, ['Extended Identifier: %s' % s,
 244                            'Extended ID: %s' % s, 'Extended ID', 'EID']])
 245
 246             self.fullid = self.id << 18 | self.eid
 247             s = '%d (0x%x)' % (self.fullid, self.fullid)
 248             self.putb([5, ['Full Identifier: %s' % s, 'Full ID: %s' % s,
 249                            'Full ID', 'FID']])
 250
 251             # Bit 12: Substitute remote request (SRR) bit
 252             self.put12([9, ['Substitute remote request: %d' % self.bits[12],
 253                             'SRR: %d' % self.bits[12], 'SRR']])
 254
 255         # Bit 32: Remote transmission request (RTR) bit
 256         # Data frame: dominant, remote frame: recessive
 257         # Remote frames do not contain a data field.
 258         if bitnum == 32:
 259             rtr = 'remote' if can_rx == 1 else 'data'
 260             self.putx([8, ['Remote transmission request: %s frame' % rtr,
 261                            'RTR: %s frame' % rtr, 'RTR']])
 262
 263         # Bit 33: RB1 (reserved bit)
 264         elif bitnum == 33:
 265             self.putx([7, ['Reserved bit 1: %d' % can_rx,
 266                            'RB1: %d' % can_rx, 'RB1']])
 267
 268         # Bit 34: RB0 (reserved bit)
 269         elif bitnum == 34:
 270             self.putx([7, ['Reserved bit 0: %d' % can_rx,
 271                            'RB0: %d' % can_rx, 'RB0']])
 272
 273         # Remember start of DLC (see below).
 274         elif bitnum == 35:
 275             self.ss_block = self.samplenum
 276
 277         # Bits 35-38: Data length code (DLC), in number of bytes (0-8).
 278         elif bitnum == 38:
 279             self.dlc = int(''.join(str(d) for d in self.bits[35:38 + 1]), 2)
 280             self.putb([10, ['Data length code: %d' % self.dlc,
 281                             'DLC: %d' % self.dlc, 'DLC']])
 282             self.last_databit = 38 + (self.dlc * 8)
 283
 284         # Remember all databyte bits, except the very last one.
 285         elif bitnum in range(39, self.last_databit):
 286             self.ss_databytebits.append(self.samplenum)
 287
 288         # Bits 39-X: Data field (0-8 bytes, depending on DLC)
 289         # The bits within a data byte are transferred MSB-first.
 290         elif bitnum == self.last_databit:
 291             self.ss_databytebits.append(self.samplenum) # Last databyte bit.
 292             for i in range(self.dlc):
 293                 x = 38 + (8 * i) + 1
 294                 b = int(''.join(str(d) for d in self.bits[x:x + 8]), 2)
 295                 ss = self.ss_databytebits[i * 8]
 296                 es = self.ss_databytebits[((i + 1) * 8) - 1]
 297                 self.putg(ss, es, [0, ['Data byte %d: 0x%02x' % (i, b),
 298                                        'DB %d: 0x%02x' % (i, b), 'DB']])
 299             self.ss_databytebits = []
 300
 301         elif bitnum > self.last_databit:
 302             return self.decode_frame_end(can_rx, bitnum)
 303
 304         return False
 305
 306     def handle_bit(self, can_rx):
 307         self.rawbits.append(can_rx)
 308         self.bits.append(can_rx)
 309
 310         # Get the index of the current CAN frame bit (without stuff bits).
 311         bitnum = len(self.bits) - 1
 312
 313         # Emit a bit value annotation.
 314         self.putx([17, [str(can_rx)]])
 315
 316         # If this is a stuff bit, remove it from self.bits and ignore it.
 317         if self.is_stuff_bit():
 318             self.curbit += 1 # Increase self.curbit (bitnum is not affected).
 319             return
 320
 321         # Bit 0: Start of frame (SOF) bit
 322         if bitnum == 0:
 323             if can_rx == 0:
 324                 self.putx([1, ['Start of frame', 'SOF', 'S']])
 325             else:
 326                 self.putx([16, ['Start of frame (SOF) must be a dominant bit']])
 327
 328         # Remember start of ID (see below).
 329         elif bitnum == 1:
 330             self.ss_block = self.samplenum
 331
 332         # Bits 1-11: Identifier (ID[10..0])
 333         # The bits ID[10..4] must NOT be all recessive.
 334         elif bitnum == 11:
 335             self.id = int(''.join(str(d) for d in self.bits[1:]), 2)
 336             s = '%d (0x%x)' % (self.id, self.id),
 337             self.putb([3, ['Identifier: %s' % s, 'ID: %s' % s, 'ID']])
 338
 339         # RTR or SRR bit, depending on frame type (gets handled later).
 340         elif bitnum == 12:
 341             # self.putx([0, ['RTR/SRR: %d' % can_rx]]) # Debug only.
 342             self.ss_bit12 = self.samplenum
 343
 344         # Bit 13: Identifier extension (IDE) bit
 345         # Standard frame: dominant, extended frame: recessive
 346         elif bitnum == 13:
 347             ide = self.frame_type = 'standard' if can_rx == 0 else 'extended'
 348             self.putx([6, ['Identifier extension bit: %s frame' % ide,
 349                            'IDE: %s frame' % ide, 'IDE']])
 350
 351         # Bits 14-X: Frame-type dependent, passed to the resp. handlers.
 352         elif bitnum >= 14:
 353             if self.frame_type == 'standard':
 354                 done = self.decode_standard_frame(can_rx, bitnum)
 355             else:
 356                 done = self.decode_extended_frame(can_rx, bitnum)
 357
 358             # The handlers return True if a frame ended (EOF).
 359             if done:
 360                 return
 361
 362         # After a frame there are 3 intermission bits (recessive).
 363         # After these bits, the bus is considered free.
 364
 365         self.curbit += 1
 366
 367     def decode(self, ss, es, data):
 368         if not self.samplerate:
 369             raise SamplerateError('Cannot decode without samplerate.')
 370         for (self.samplenum, pins) in data:
 371
 372             (can_rx,) = pins
 373
 374             # State machine.
 375             if self.state == 'IDLE':
 376                 # Wait for a dominant state (logic 0) on the bus.
 377                 if can_rx == 1:
 378                     continue
 379                 self.sof = self.samplenum
 380                 self.state = 'GET BITS'
 381             elif self.state == 'GET BITS':
 382                 # Wait until we're in the correct bit/sampling position.
 383                 if not self.reached_bit(self.curbit):
 384                     continue
 385                 self.handle_bit(can_rx)