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Python实现——CAN报文转换工具

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一.CAN报文简介


CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称，是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的，并最终成为国际标准（ISO 11898），是国际上应用最广泛的



现场总线



之一。 在北美和西欧，CAN总线



协议



已经成为



汽车计算机控制系统



和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。


CAN总线以




报文



为单位进行



数据传送



。CAN报文按照帧格式可分为标准帧和扩展帧，标准帧是具有11位标识符的CAN帧，扩展帧是具有29位标识符的CAN帧。按照帧类型可分为：1.从发送节点向其它节点发送数据；2.远程帧：向其它节点请求发送具有同一识别符的数据帧；3.错误帧：指明已检测到总线错误；4.过载帧：过载帧用以在数据帧（或远程帧）之间提供一附加的延时。共有两种编码格式：Intel格式和Motorola格式，在编码优缺点上，Motorola格式与Intel格式并没有孰优孰劣之分，只不过根据设计者的习惯，由用户自主选择罢了。当然，对于使用者来讲，在进行解析之前，就必须要知道编码的格式是哪一种，否则，就不能保证正确地解析信号的含义。以下就以8位字节编码方式的CAN总线信号为例，详细分析一下两者之间的区别。




Intel编码格式

当一个信号的数据长度不超过1个字节（8位）并且信号在一个字节内实现（即该信号没有跨字节实现）：该信号的高位（S_msb）将被放在该字节的高位，信号的低位（S_lsb）将被放在该字节的低位。

当一个信号的数据长度超过1个字节（8位）或者数据长度不超过一个字节但是采用跨字节方式实现时：该信号的高位（S_msb）将被放在高字节（MSB）的高位，信号的低位（S_lsb）将被放在低字节（LSB）的低位。


Motorola编码格式

当一个信号的数据长度不超过1个字节（8位）并且信号在一个字节内实现（即该信号没有跨字节实现）：该信号的高位（S_msb）将被放在该字节的高位，信号的低位（S_lsb）将被放在该字节的低位。

当一个信号的数据长度超过1个字节（8位）或者数据长度不超过一个字节但是采用跨字节方式实现时：该信号的高位（S_msb）将被放在低字节（MSB）的高位，信号的低位（S_lsb）将被放在高字节（LSB）的低位。

可以看出，当一个信号的数据长度不超过1Byte时，Intel与Motorola两种格式的编码结果没有什么不同，完全一样。当信号的数据长度超过1Byte时，两者的编码结果出现了明显的不同。


二.CAN报文转换工具需求分析


1、 支持标准帧的CAN报文的转换，扩展帧暂不支持

2、 CAN报文支持Intel、motorola两种编码，先支持motorola格式，后期追加Intel格式

3、 工具具有一定的容错处理能力、报告生成能力

4、 制定统一格式，方便使用者修改测试脚本

5、增加交互模式，键盘输入，控制台输出；例如：

提示语：startBit:length:minValue:maxValue:setValue

输入：35:1:0:1:1

或：35:1:::1

控制台输出：00 00 00 00 08 00 00 00


Intel和Motorola编码举例：










三.交互模式


代码如下：
 
import sys
print("----------------欢迎使用CAN报文转换工具交互模式----------------")
print("请输入CAN信号,格式为:startBit:length:minValue:maxValue:setValue")
print("例如：32:1:0:1:1")
print("或者省略minValue和maxValue：35：1：：：1")
print("信号输入结束请再按一次回车")

#十进制转换成二进制list
def octToBin(octNum, bit):
    while(octNum != 0):
        bit.append(octNum%2)
        octNum = int(octNum/2)
    for i in range(64-len(bit)):
        bit.append(0)

sig = []
startBit = []
length = []
setValue = []
#输入CAN信号
while True:
    input_str = input()
    if not len(input_str):
        break
    if(input_str.count(":")<4):
        print("输入格式错误，参数缺少setValue,请重新输入！")
        continue
    if(input_str.split(":")[4]==""):
        print("setValue参数不能为空，请重新输入！")
        continue
    sig.append(input_str)
#解析CAN信号
for i in range(len(sig)):
    startBit.append(int(sig[i].split(":")[0]))
    length.append(int(sig[i].split(":")[1]))
    setValue.append(int(sig[i].split(":")[4]))
#CAN数组存放CAN报文值   
CAN = []
for i in range(64):
    CAN.append(-1)
for i in range(len(startBit)):
    #长度超过1Byte的情况，暂不支持
    if(length[i]>16):
        print("CAN信号长度超过2Byte，暂不支持！！！")
        sys.stdin.readline()
        sys.exit()
    #长度未超过1Byte的情况且未跨字节的信号
    if((startBit[i]%8 + length[i])<=8):
        for j in range(length[i]):
            bit = []
            #setValue的二进制值按字节位从低到高填
            octToBin(setValue[i],bit)
            #填满字节长度值
            if(CAN[startBit[i]+j]==-1):
                CAN[startBit[i]+j] = bit[j]
            #字节存在冲突
            else:
                print(sig[i] + "字节位存在冲突，生成CAN报文失败！！！")
                sys.stdin.readline()
                sys.exit()
    #跨字节的信号
    else:
        #高位位数和低位位数
        highLen = 8 - startBit[i]%8
        lowLen = length[i] - highLen
        bit = []
        #setValue的二进制值按字节位从低到高填
        octToBin(setValue[i],bit)
        #先填进信号的高位
        for j1 in range(highLen):
            if(CAN[startBit[i]+j1]==-1):
                CAN[startBit[i]+j1] = bit[j1]
            #字节存在冲突
            else:
                print(sig[i] + "字节位存在冲突，生成CAN报文失败！！！")
                sys.stdin.readline()
                sys.exit()
        #再填进信号的低位
        for j2 in range(lowLen):
            if(CAN[(int(startBit[i]/8)-1)*8+j2]==-1):
                CAN[(int(startBit[i]/8)-1)*8+j2] = bit[highLen+j2]
            #字节存在冲突
            else:
                print(sig[i] + "字节位存在冲突，生成CAN报文失败！！！")
                sys.stdin.readline()
                sys.exit()
#剩余位默认值设为0
for i in range(64):
    if(CAN[i]==-1):
        CAN[i] = 0
#----------------将二进制list每隔8位转换成十六进制输出----------------
#其中，map()将list中的数字转成字符串，按照Motorola格式每隔8位采用了逆序
# ''.join()将二进制list转换成二进制字符串，int()将二进制字符串转换成十进制
#hex()再将十进制转换成十六进制，upper()转换成大写，两个lstrip()将"0X"删除,
#zfill()填充两位，输出不换行，以空格分隔
print(hex(int(''.join(map(str,CAN[7::-1])),2)).upper().lstrip("0").lstrip("X").zfill(2) + " ",end="")
print(hex(int(''.join(map(str,CAN[15:7:-1])),2)).upper().lstrip("0").lstrip("X").zfill(2) + " ",end="")
print(hex(int(''.join(map(str,CAN[23:15:-1])),2)).upper().lstrip("0").lstrip("X").zfill(2) + " ",end="")
print(hex(int(''.join(map(str,CAN[31:23:-1])),2)).upper().lstrip("0").lstrip("X").zfill(2) + " ",end="")
print(hex(int(''.join(map(str,CAN[39:31:-1])),2)).upper().lstrip("0").lstrip("X").zfill(2) + " ",end="")
print(hex(int(''.join(map(str,CAN[47:39:-1])),2)).upper().lstrip("0").lstrip("X").zfill(2) + " ",end="")
print(hex(int(''.join(map(str,CAN[55:47:-1])),2)).upper().lstrip("0").lstrip("X").zfill(2) + " ",end="")
print(hex(int(''.join(map(str,CAN[63:55:-1])),2)).upper().lstrip("0").lstrip("X").zfill(2))




运行截图：





错误提示：







四.配置项模式


配置文件如下：
 


##注释
::start
#编码格式：0=Intel；1=Motorola
encodeType=1
#帧格式：0=标准帧；1=扩展帧；
canMode=0
#帧类型：0=数据帧；...
canType=0
#默认初始值(0~1)
defaultValue=0
#MSG定义
msgName=BCM_FrP01
msgID=0x2CD
#长度（BYTE）
msgLength=8
#signal定义
#sigName=name:startBit:length:minValue:maxValue:setValue
#sigName=ReverseSw:25:6:0:1:13
#sigName=Trunk_BackDoor_Sts:33:2:0:1:2
#sigName=DRVUnlockState:37:2:0:1:3
#sigName=HeadLampLowBeam:40:8:0:1:60
#sigName=HoodStatus:51:1:0:1:0
#sigName=HeadLampHighBeam:52:1:0:1:0
#sigName=RLDoorStatus:59:1:0:1:0
#sigName=RRDoorStatus:58:1:0:1:0
#sigName=PsgDoorStatus:57:2:0:1:0
sigName=One:0:8:0:255:165
sigName=Two:24:12:0:4095:1701
sigName=Three:54:5:0:31:25
::end
::start
#编码格式：0=Intel；1=Motorola
encodeType=1
#帧格式：0=标准帧；1=扩展帧；
canMode=0
#帧类型：0=数据帧；...
canType=0
#默认初始值(0~1)
defaultValue=0
#MSG定义
msgName=BCM_FrP
msgID=0x2CD
#长度（BYTE）
msgLength=8
#signal定义
#sigName=name:startBit:length:minValue:maxValue:setValue
#sigName=ReverseSw:25:6:0:1:13
#sigName=Trunk_BackDoor_Sts:33:2:0:1:2
#sigName=DRVUnlockState:37:2:0:1:3
#sigName=HeadLampLowBeam:40:8:0:1:60
#sigName=HoodStatus:51:1:0:1:0
#sigName=HeadLampHighBeam:52:1:0:1:0
#sigName=RLDoorStatus:59:1:0:1:0
#sigName=RRDoorStatus:58:1:0:1:0
#sigName=PsgDoorStatus:57:2:0:1:0
sigName=One:35:1:0:1:1
::end

代码如下： 



#!/usr/bin/python
defaultValue = 0
sigName = []
startBit = []
length = []
minValue = []
maxValue = []
setValue = []
#CAN数组存放CAN报文值
CAN = []
logFile = open("log.txt","w")
def parseConfig():
    config = open("Config.txt","r")
    
    count = 0
    isError = False
    for line in config:
        line = line.strip()
        #注释
        if(line.find("#")>=0):
            continue
        #开始标记
        elif(line.find("::start")>=0):
            count = count + 1
            isError = False
            if(count>1):
                sigName.clear()
                startBit.clear()
                length.clear()
                setValue.clear()
                continue
            else:
                continue
        elif(isError == True):
            continue
        #编码格式
        elif(line.find("encodeType")>=0):
            encodeType = line.split("=")[1]
            if(encodeType != "1"):
                isError = True
                print(str(count) + ". CAN报文生成失败！！！目前仅支持Motorola编码格式，暂不支持Intel编码格式！")
                logFile.write("%d. CAN报文生成失败！！！目前仅支持Motorola编码格式，暂不支持Intel编码格式！\n" % count)
                continue
        #帧格式
        elif(line.find("canMode")>=0):
            canMode = line.split("=")[1]
            if(canMode != "0"):
                isError = True
                print(str(count) + ". CAN报文生成失败！！！目前仅支持标准帧，暂不支持扩展帧！")
                logFile.write("%d. CAN报文生成失败！！！目前仅支持标准帧，暂不支持扩展帧！\n" % count)
                continue
        #帧类型
        elif(line.find("canType")>=0):
            canType = line.split("=")[1]
            if(canType != "0"):
                isError = True
                print(str(count) + ". CAN报文生成失败！！！目前仅支持数据帧，暂不支持其他帧！")
                logFile.write("%d. CAN报文生成失败！！！目前仅支持数据帧，暂不支持其他帧！\n" % count)
                continue
        #默认初始值
        elif(line.find("defaultValue")>=0):
            global defaultValue
            defaultValue = int(line.split("=")[1])
        #MSG名称
        elif(line.find("msgName")>=0):
            msgName = line.split("=")[1]
        #MSGID
        elif(line.find("msgID")>=0):
            msgID = line.split("=")[1]
        #MSG长度
        elif(line.find("msgLength")>=0):
            msgLength = line.split("=")[1]
        #signal定义
        elif(line.find("sigName")>=0):
            sigName.append(line.split(":")[0].split("=")[1])
            startBit.append(int(line.split(":")[1]))
            length.append(int(line.split(":")[2]))
            #minValue.append(int(line.split(":")[3]))
            #maxValue.append(int(line.split(":")[4]))
            setValue.append(int(line.split(":")[5]))
        elif(line.find("::end")>=0):
            
            rV,errMsg = getCANMessage()
            if(rV == "-1"):
                isError = True
                print(str(count) + ". CAN报文生成失败！！！" + errMsg)
                logFile.write("%d. CAN报文生成失败！！！%s\n" % (count,errMsg))
                continue
            
            print(str(count) + ". CAN报文生成成功！！！")
            logFile.write("%d. CAN报文生成成功！！！\n" % count)
            #----------------------------输出标题信息----------------------------
            print("msgName\t\tmsgID\t\tmsgLen\t\tmsgData")
            logFile.write("msgName\t\tmsgID\t\tmsgLen\t\tmsgData\n")
            if(len(msgName)<8):
                print(msgName + "\t\t",end="")
                logFile.write("%s\t\t" % msgName)
            else:
                print(msgName + "\t",end="")
                logFile.write("%s\t" % msgName)
            print(msgID + "\t\t",end="")
            logFile.write("%s\t\t" % msgID)
            print(msgLength + "\t\t",end="")
            logFile.write("%s\t\t" % msgLength)
            #----------------将二进制list每隔8位转换成十六进制输出----------------
            #其中，map()将list中的数字转成字符串，按照Motorola格式每隔8位采用了逆序
            # ''.join()将二进制list转换成二进制字符串，int()将二进制字符串转换成十进制
            #hex()再将十进制转换成十六进制，upper()转换成大写，两个lstrip()将"0X"删除,
            #zfill()填充两位，输出不换行，以空格分隔
            print(hex(int(''.join(map(str,CAN[7::-1])),2)).upper().lstrip("0").lstrip("X").zfill(2) + " ",end="")
            print(hex(int(''.join(map(str,CAN[15:7:-1])),2)).upper().lstrip("0").lstrip("X").zfill(2) + " ",end="")
            print(hex(int(''.join(map(str,CAN[23:15:-1])),2)).upper().lstrip("0").lstrip("X").zfill(2) + " ",end="")
            print(hex(int(''.join(map(str,CAN[31:23:-1])),2)).upper().lstrip("0").lstrip("X").zfill(2) + " ",end="")
            print(hex(int(''.join(map(str,CAN[39:31:-1])),2)).upper().lstrip("0").lstrip("X").zfill(2) + " ",end="")
            print(hex(int(''.join(map(str,CAN[47:39:-1])),2)).upper().lstrip("0").lstrip("X").zfill(2) + " ",end="")
            print(hex(int(''.join(map(str,CAN[55:47:-1])),2)).upper().lstrip("0").lstrip("X").zfill(2) + " ",end="")
            print(hex(int(''.join(map(str,CAN[63:55:-1])),2)).upper().lstrip("0").lstrip("X").zfill(2))
            logFile.write("%s " % hex(int(''.join(map(str,CAN[7::-1])),2)).upper().lstrip("0").lstrip("X").zfill(2))
            logFile.write("%s " % hex(int(''.join(map(str,CAN[15:7:-1])),2)).upper().lstrip("0").lstrip("X").zfill(2))
            logFile.write("%s " % hex(int(''.join(map(str,CAN[23:15:-1])),2)).upper().lstrip("0").lstrip("X").zfill(2))
            logFile.write("%s " % hex(int(''.join(map(str,CAN[31:23:-1])),2)).upper().lstrip("0").lstrip("X").zfill(2))
            logFile.write("%s " % hex(int(''.join(map(str,CAN[39:31:-1])),2)).upper().lstrip("0").lstrip("X").zfill(2))
            logFile.write("%s " % hex(int(''.join(map(str,CAN[47:39:-1])),2)).upper().lstrip("0").lstrip("X").zfill(2))
            logFile.write("%s " % hex(int(''.join(map(str,CAN[55:47:-1])),2)).upper().lstrip("0").lstrip("X").zfill(2))
            logFile.write("%s\n" % hex(int(''.join(map(str,CAN[63:55:-1])),2)).upper().lstrip("0").lstrip("X").zfill(2))
            
    config.close()

#十进制转换成二进制list            
def octToBin(octNum, bit):
    while(octNum != 0):
        bit.append(octNum%2)
        octNum = int(octNum/2)
    for i in range(64-len(bit)):
        bit.append(0)

#获取CAN报文值
def getCANMessage():
    CAN.clear()
    for i in range(64):
        CAN.append(-1)
    for i in range(len(startBit)):
        #长度超过1Byte的情况，暂不支持
        if(length[i]>16):
            errMsg = " CAN信号长度超过2Byte，暂不支持！！！"
            #print(sigName[i] + errMsg)
            return "-1",errMsg
        #长度未超过1Byte的情况且未跨字节的信号
        if((startBit[i]%8 + length[i])<=8):
            for j in range(length[i]):
                bit = []
                #setValue的二进制值按字节位从低到高填
                octToBin(setValue[i],bit)
                #填满字节长度值
                if(CAN[startBit[i]+j]==-1):
                    CAN[startBit[i]+j] = bit[j]
                #字节存在冲突
                else:
                    errMsg = " 字节位存在冲突，生成CAN报文失败！！！"
                    #print(sigName[i] + errMsg)
                    return "-1",errMsg
        #跨字节的信号
        else:
            #高位位数和低位位数
            highLen = 8 - startBit[i]%8
            lowLen = length[i] - highLen
            bit = []
            #setValue的二进制值按字节位从低到高填
            octToBin(setValue[i],bit)
            #先填进信号的高位
            for j1 in range(highLen):
                if(CAN[startBit[i]+j1]==-1):
                    CAN[startBit[i]+j1] = bit[j1]
                #字节存在冲突
                else:
                    errMsg = " 字节位存在冲突，生成CAN报文失败！！！"
                    #print(sigName[i] + errMsg)
                    return "-1",errMsg
            #再填进信号的低位
            for j2 in range(lowLen):
                if(CAN[(int(startBit[i]/8)-1)*8+j2]==-1):
                    CAN[(int(startBit[i]/8)-1)*8+j2] = bit[highLen+j2]
                #字节存在冲突
                else:
                    errMsg = " 字节位存在冲突，生成CAN报文失败！！！"
                    #print(sigName[i] + errMsg)
                    return "-1",errMsg
    #剩余位设为默认值
    for i in range(64):
        if(CAN[i]==-1):
            CAN[i] = defaultValue
    
    #若无错误则返回正确值
    return "0","success!"

if __name__ == "__main__":
    #调用parseConfig()函数开始执行程序
    parseConfig()


运行结果：
 



1. CAN报文生成成功！！！
msgName		msgID		msgLen		msgData
BCM_FrP01	0x2CD		8		A5 00 06 A5 00 06 40 00
2. CAN报文生成成功！！！
msgName		msgID		msgLen		msgData
BCM_FrP		0x2CD		8		00 00 00 00 08 00 00 00






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