数据结构

解码算法

解码效果

这篇文章基于上两篇文章继续，

佳能镜头EOS系统EF协议逆向工程（一）转接环电路设计_佳能ef自动对焦协议_岬淢箫声的博客-CSDN博客本文属于专栏——工业相机。此专栏首先提供我人工翻译的法语文档部分，然后通过STM32F103C8T6控制佳能镜头，最后协同上位机或者NVIDIA Xavier实现自动对焦。还有一个用处不大的River文档，它知道如何让相机和镜头通信，也许对当前的摄影实践几乎没有帮助。尽管如此，一些应用程序可能需要独立订购物镜的主要功能。撇开工业世界及其特殊机器不谈，在另一个品牌的图像采集系统上安装佳能光学元件是不可能的，而且是有罪的，无论是出于经济原因还是纯粹的技术原因，获得的组合提供了其他不可用的功能。https://blog.csdn.net/caoshiying/article/details/127609884?spm=1001.2014.3001.5502佳能镜头EOS系统EF协议逆向工程（二）逻辑分析仪测试_岬淢箫声的博客-CSDN博客本章描述了用于解密EF协议函数的思想和分析，如果其读数是可选的，则所获得结果的摘要将在专用章节中进行汇编，这仍然是正确理解EF协议函数的必要来源。随着函数的测试和逐步解码，它们的描述和列表中使用的注释将在过程中变得越来越精确，因为以前的分析或推理错误不会被强制纠正。所使用的逻辑分析仪是一个小型号的低成本8输入TTL USBEE AX Pro，所使用的软件是制造商的标准套件，可免费下载。软件不允许编辑或删除部分结果，某些读数或时钟意外激活，因为通电会导致SPI字解码不同步。https://blog.csdn.net/caoshiying/article/details/129057004?spm=1001.2014.3001.5502

数据结构

逻辑分析仪没有特别要求，某宝上的大部分逻辑分析仪可以用。数据格式要求很简单，举便如下：

; CSV, generated by libsigrok4DSL 0.2.0 on Fri Jul 29 10:17:48 2022
; Channels (3/16)
; Sample rate: 10 MHz
; Sample count: 50.896 M Samples
Time(s), CLK, DLC, DCL
0,1,1,1
0.0498275,1,1,0
0.0498285,1,1,1
0.0498697,1,1,0
0.049876,1,1,1
0.0499793,1,1,0
0.0499986,0,1,0
0.050005,1,1,0

分号开头表示注释，第一列是时间，这个时间是相对开始捕获的时间，用单词elapse表示列标题更合适。这款逻辑分析仪软件导出数据的表头就是这么写的，无所谓了。第二列是CLK信号，CLK是时钟的简写，搞硬件的同学是不是很熟悉呢？第三列是DLC信号。DLC是Data Lens to Camera的首字母缩写。第四列是DCL，DCL是Data Camera to Lens首字母缩写。所有信号用1表示高电平，0表示低电平。佳能相机的电平为3.3V。

我使用Qt写的解码工具，CMake工程代码如下：

cmake_minimum_required(VERSION 3.20)
project(TAMRON VERSION 1.0)

find_package(Qt5 COMPONENTS Widgets REQUIRED PATHS $ENV{Qt515_DIR})
link_libraries(Qt5::Widgets)
add_link_options(/SUBSYSTEM:CONSOLE)
file(GLOB TAMRON_SRCS *.cpp *.h *.ui *.qrc *.rc)
add_executable(${PROJECT_NAME} ${TAMRON_SRCS})
target_compile_definitions(${PROJECT_NAME} PRIVATE $<IF:$<CONFIG:DEBUG>,CWDEBUG,CWNDEBUG>)

Qt515_DIR环境变量是必须的。

解码算法

算法是关键是解决ACK干扰。核心思路是寻找U型特征的连续信号。源代码只有一个main.cpp，代码如下：

#include <QApplication>
#include <QMainWindow>
#include <QFileDialog>
#include <QFile>
#include <QMessageBox>
#include <QTextStream>
#include <QDebug>
#include <QFileInfo>
#include <QMetaEnum>

typedef struct _spi_signal_t
{
    uint32_t line_no;//行号
    double elapse;//消耗的时间，6位小数，单位为秒，存储化为us
    bool clk;//时钟是否高位
    bool dcl;//主机信号是否高位
    bool dlc;//从机信号是否高位
} spi_signal_t;

typedef struct _spi_data_t
{
    uint32_t order;//序号
    uint32_t start_line;//信号起始行号
    uint32_t end_line;//信号结束行号
    uint8_t dcl;//主机命令
    uint8_t dlc;//从机返回
    int frame_no;//字节所属帧号
    bool bad;//是否发生丢失bit的情况
    double elapse;//消耗的时间
    double frequency;//实际通讯频率，存储为KHz
} spi_data_t;

//信号数据中的U型结构，全部为引用指针，不管理内存
typedef struct _u_shape_t
{
    spi_signal_t *high_left;//U槽左端
    spi_signal_t *low_left;//U槽底左边
    spi_signal_t *low_right;//U槽底右边
    spi_signal_t *high_right;//U槽右端
    spi_signal_t *forward;//遍历前进到达的位置
    bool ok;//此U型结构是否能用
    int index_cursor;//信号列表遍历时当前的位置
} u_shape_t;

typedef QSharedPointer<spi_signal_t> pspi_signal_t;
typedef QSharedPointer<spi_data_t> pspi_data_t;
typedef QSharedPointer<u_shape_t> pu_shape_t;
#define ZERR_CAPTION u8"系统错误"
#define ZOK_CAPTION u8"系统提示"

//CSV文件文件转换为信号数据
QList<pspi_signal_t> resolve_csv(const QString &zcsv_path);
//信号数据转换为真实的主机与从机之间交换的信息
QList<pspi_data_t> resolve_signal(const QList<pspi_signal_t> &ps);
//保存信息
void save_spi_data(const QString &zcsv_path, const QList<pspi_data_t> &ds);
//寻找信号中的U形，返回下一个U形右端索引+1，返回值index_cursor与istart_cursor相等表示结束，ok为false表示出错
pu_shape_t find_u_shape(const QList<pspi_signal_t> &ps, int istart_cursor, int ilen);
//保存程序日志
void save_log(QtMsgType type, const QMessageLogContext &cxt, const QString &zlog);
//解析帧
void resolve_frame(QList<pspi_data_t> &ds);

//入口函数
int main(int argc, char **argv)
{
    qInstallMessageHandler(save_log);
    QApplication app(argc, argv);

    auto zcsv_path = QFileDialog::getOpenFileName(
                         nullptr,
                         u8"选择一个CSV文件",
                         "D:/tamron"
                     );
    if (zcsv_path.isEmpty())
        return 1;
    auto ps = resolve_csv(zcsv_path);
    if (ps.isEmpty())
        return 2;
    auto ds = resolve_signal(ps);
    if (ds.isEmpty())
        return 3;
    resolve_frame(ds);
    save_spi_data(zcsv_path, ds);
    return 0;
}

//CSV文件文件转换为信号数据
QList<pspi_signal_t> resolve_csv(const QString &zcsv_path)
{
    QFile f(zcsv_path);
    QList<pspi_signal_t> ps;
    if (!f.open(QFile::ReadOnly | QFile::Text))
    {
        QMessageBox::warning(nullptr, ZERR_CAPTION, f.errorString());
        return ps;
    }
    QTextStream ts(&f);
    ts.skipWhiteSpace();
    //DSView导出数据有5行注释和1行标头，应当跳过。
    for (short i = 0; i < 4; i++)
    {
        auto zline = ts.readLine();
        if (ts.atEnd() || !zline.startsWith(";"))
        {
            QMessageBox::warning(nullptr, ZERR_CAPTION, u8"无效的CSV文件。");
            break;
        }
    }
    ts.readLine();
    if (ts.atEnd())
        return ps;
    uint32_t iline = 6;
    while (!ts.atEnd())
    {
        QString zline = ts.readLine();
        if (zline.isEmpty())
            continue;
        QStringList cols = zline.split(u8",");
        if (cols.length() < 4)
        {
            QMessageBox::critical(nullptr, ZERR_CAPTION, QString(u8"第%1行无效数据").arg(iline));
            return ps;
        }
        spi_signal_t r;
        r.line_no = iline++;
        if (iline >= UINT32_MAX)
        {
            QMessageBox::warning(nullptr,
                                 ZERR_CAPTION,
                                 u8"input data amount exceed system capacity."
                                );
            break;
        }
        r.elapse = cols[0].toDouble() * 1000000;
        r.clk = cols[1].toInt() != 0;
        r.dlc = cols[2].toInt() != 0;
        r.dcl = cols[3].toInt() != 0;
        pspi_signal_t p = QSharedPointer<spi_signal_t>::create(r);
        ps.append(p);
    }
    qInfo() << u8"合计" << ps.length() << u8"个信号\n";
    return ps;
}

//寻找信号中的U形，返回下一个U形右端索引+1，返回值index_cursor与istart_cursor相等表示结束，ok为false表示出错
pu_shape_t find_u_shape(const QList<pspi_signal_t> &ps, int istart_cursor, int ilen)
{
    pu_shape_t pu(new u_shape_t
    {
        0,
    });
    u_shape_t *u = pu.data();
    u->index_cursor = istart_cursor;
    //1.寻找U槽
    //1.1.寻找下降沿，定位U槽左端
    while (u->index_cursor < ilen && ps[u->index_cursor]->clk)
        u->index_cursor++;
    u->forward = ps[u->index_cursor].data();
    if (u->index_cursor - 1 < 0)
    {
        u->ok = false;
        u->index_cursor++;
        return pu;
    }
    if (u->index_cursor + 1 >= ilen)
    {
        qWarning() << "data end on finding u->high_left and u->low_left";
        u->ok = false;
        return pu;
    }
    u->high_left = ps[u->index_cursor - 1].data();
    u->low_left = ps[u->index_cursor].data();
    u->forward = u->low_left;
#ifdef DEBUG
    qInfo() << "u begin: " << u->high_left->line_no;
#endif
    u->index_cursor++;
    if (u->index_cursor >= ilen)
    {
        qWarning() << "data end on finding u->low_right";
        u->ok = false;
        return pu;
    }
    //1.2.寻找上升沿，定位U槽底有多长
    while (u->index_cursor < ilen && !ps[u->index_cursor]->clk)
        u->index_cursor++;
    u->low_right = ps[u->index_cursor - 1].data();
    u->forward = u->low_right;
    if (u->index_cursor >= ilen)
    {
        qWarning() << "data end on finding u->high_right";
        u->ok = false;
        return pu;
    }
    //1.3.寻找下降沿，定位U槽右端
    //while (u->index_cursor < ilen && ps[u->index_cursor]->clk)
    //    u->index_cursor++;
    u->high_right = ps[u->index_cursor].data();
    u->forward = u->high_right;
    //1.4.如果U槽的时间跨度大于28us则不是数据传输，暂不处理佳能中的拱门
    double fuspan1 = u->high_right->elapse - u->low_right->elapse;
    double fuspan2 = u->low_right->elapse - u->low_left->elapse;
    if (fuspan1 > 28 || fuspan1 < 0 || fuspan2 > 28 || fuspan2 < 0)
    {
        qWarning() << "elapse time out: " << fuspan2 << ", " << fuspan1;
        u->ok = false;
    }
    else
        u->ok = true;
#ifdef DEBUG
    if (u->ok)
        qInfo() << "u end: " << u->forward->line_no;
#endif
    return pu;
}

//信号数据转换为真实的主机与从机之间交换的信息
QList<pspi_data_t> resolve_signal(const QList<pspi_signal_t> &ps)
{
    int icursor = 0;//遍历ps列表的索引
    int ilen = ps.length(); //总长度减2，双指针遍历
    int iorder = 1;
    QList<pspi_data_t> ds;
    if (ilen < 17)
    {
        QMessageBox::critical(nullptr, ZERR_CAPTION, u8"数据量太少。");
        return ds;
    }
    while (icursor < ilen - 17)
    {
        int ifor_cursor = icursor;
        //发现问题则回到U槽右端
        int iu_cursor = 0;
        pspi_data_t byte(new spi_data_t);
        pu_shape_t pu;
        byte->order = iorder;
        byte->frame_no = 0;
        byte->dcl = 0;
        byte->dlc = 0;
        byte->bad = false;
        byte->start_line = 0;
        byte->end_line = 0;
        byte->elapse = 0;
        byte->frequency = 0;
        qInfo() << "byte " << iorder << " begin: " << ps[icursor]->line_no;
        for (short i = 0; i < 8; i++)
        {
            pu = find_u_shape(ps, ifor_cursor, ilen);
            ifor_cursor = pu->index_cursor;
            if (iu_cursor == 0)
                iu_cursor = ifor_cursor;
            if (pu->ok)
            {
#ifdef DEBUG
                qInfo() << "byte " << iorder << " bit " << i << " at " << pu->low_left->line_no;
#endif
                if (byte->start_line == 0)
                {
                    byte->start_line = pu->low_left->line_no;
                    byte->elapse = pu->low_left->elapse;
                }
                if (pu->high_right->dcl)
                    byte->dcl |= 1 << (7 - i);
                if (pu->high_right->dlc)
                    byte->dlc |= 1 << (7 - i);
            }
            else
            {
                byte->bad = true;
                break;
            }
        }
        if (byte->bad)
        {
            icursor = iu_cursor;
            qWarning() << "byte " << iorder << " break: " << pu->forward->line_no;
        }
        else
        {
            icursor = ifor_cursor;
            byte->end_line = pu->forward->line_no;
            byte->elapse =  pu->forward->elapse - byte->elapse;
            byte->frequency = 8000 / byte->elapse;
            qInfo() << "byte " << iorder << " end: " << pu->high_right->line_no;
            icursor++;
            //跳过第9个下降沿
            while (ps[icursor]->clk && icursor < ilen)
                icursor++;
            while (!ps[icursor]->clk && icursor < ilen)
                icursor++;
            iorder++;
            //80KHz下每个bit用时约为13us，1个byte不超过120us
            if (byte->elapse > 120)
                byte->bad = true;
            ds.append(byte);
        }
    }
    return ds;
}

//保存信息
void save_spi_data(const QString &zcsv_path, const QList<pspi_data_t> &ds)
{
    //避免多次执行QChar的构造函数和析构函数
    static const QChar cfill('0');
    QFileInfo fi(zcsv_path);
    QString zresolve_path = fi.dir().absoluteFilePath(fi.baseName() + "resolve.csv");
    QFile f(zresolve_path);
    if (!f.open(QFile::ReadWrite | QFile::Text | QFile::Truncate))
    {
        QMessageBox::warning(nullptr, ZERR_CAPTION, f.errorString());
        return;
    }
    QTextStream ts(&f);
    ts << u8" command,sequence,   start,     end,   dcl,   dlc,elapse(us),frequency(KHz),bad\n";
    for (const pspi_data_t &d : ds)
    {
        // char c = ' ';
        // if (d->dlc >= 0x20 && d->dlc <= 0x7E && d->dcl == 0)
        //     c = (char)d->dlc;
        // if (c == ',')
        //     c = ' ';
        QString zline = QString("%1,%2,%8,%9,    %3,    %4,%5,%6,%7\n")
                        .arg(d->frame_no, 8)
                        .arg(d->order, 8)
                        .arg(d->dcl, 2, 16, cfill)
                        .arg(d->dlc, 2, 16, cfill)
                        .arg(d->elapse, 10, 'f', 0)
                        .arg(d->frequency, 14, 'f', 0)
                        .arg(d->bad, 3)
                        .arg(d->start_line, 8)
                        .arg(d->end_line, 8);
        // .arg(c, 4);
        zline = zline.toUpper();
        ts << zline;
    }
    ts.flush();
    f.close();
    QMessageBox::information(nullptr, ZOK_CAPTION, u8"数据转换完成。");
    qInfo() << u8"数据转换完成。";
}

void save_log(QtMsgType type, const QMessageLogContext &cxt, const QString &zlog)
{
    static QFile f;
    static QTextStream output(stdout);
    static QTextStream ts;
    if (!f.isOpen())
    {
        QDir d(QApplication::applicationDirPath());
        f.setFileName(d.absoluteFilePath("main.log"));
        if (!f.open(QFile::Append | QFile::Text | QFile::ReadWrite))
        {
            QMessageBox::warning(nullptr, ZERR_CAPTION, u8"无法打开日志文件。");
            return;
        }
        ts.setDevice(&f);
        ts.setAutoDetectUnicode(true);
    }
    QString ztype;
    switch (type)
    {
    case QtDebugMsg:
        ztype = u8"DEBG";
        break;
    case QtWarningMsg:
        ztype = u8"WARN";
        break;
    case QtCriticalMsg:
        ztype = u8"CRIT";
        break;
    case QtFatalMsg:
        ztype = u8"FATA";
        break;
    case QtInfoMsg:
        ztype = u8"INFO";
        break;
    default:
        Q_ASSERT(false);
        break;
    }
    ts << ztype << ", " << zlog.toUtf8() << "\n";
    ts.flush();
    output << ztype << " " << zlog.toUtf8() << "\n";
    output.flush();
}

//解析帧
void resolve_frame(QList<pspi_data_t> &ds)
{
    if (ds.length() < 2)
        return;
    int ilen = ds.length();
    int iframe = 0;
    for (int i = 0; i < ilen; i++)
    {
        if (ds[i]->dcl > 0)
            iframe++;
        ds[i]->frame_no = iframe;
    }
}