CAN Omega 1.1版本开发笔记（一）

Jarvis · 2016-12-13

关于CAN Omega：

CAN Omega项目是我发起的，由浙江大学USS Lab.支持的一个开源汽车总线安全分析/测试工具，之所以叫这个名字，顾名思义，Omega是希腊字母的最后一个，代表终结，也就是说希望这款开源工具可以作为一个终极工具出现，可以支持一切已知协议的分析和调试。关键在于，这个项目是以MIT协议开源的，大家可以随意使用其中的成果在自己的项目或者产品里。

目前支持的协议有：

ISO15765 CAN250Kbps 标准11bit协议
ISO15765 CAN250Kbps 扩展29bit协议
ISO15765 CAN500Kbps 标准11bit协议
ISO15765 CAN500Kbps 扩展29bit协议
ISO9141-2 5波特率初始化
ISO14230 KWP2000 5波特率初始化
ISO14230 KWP2000 快速初始化
SAE J1850 PWM
SAE J1850 VPW
以及对CAN协议的“多帧”模式支持

另外，在电路设计上是考虑了将来很可能会普及的CAN FD协议，因此收发器已经使用了对CAN FD优化的收发器，而CAN Controller由于MCP2517FD还未量产，量产后估计是和MCP2515的引脚应该是兼容的，所以在这一版中仍然采用2515，等2517发布了之后，换芯片也应该比较容易，不需要重新画PCB。

关于CAN Omega的1.0版本：

首版在2016年10月23日已经公布了所有的源代码，大家可以在我的github上找到：

https://github.com/zjlywjh001/CAN_OMEGA

另外其中项目的软件部分，也就是下位机STM32的固件以及上位机用Java写的跨平台图形界面我分成了2个子项目以方便代码的维护和版本管理：

下位机程序：

https://github.com/zjlywjh001/CAN_Omega_Firmware

上位机软件：

https://github.com/zjlywjh001/CAN_OMEGA_Tools

1.0版本上位机支持的功能有：

1.CAN总线、K线和J1850的协议收发，

2.CAN总线报文差分分析（按ID分类）

3.CAN总线fuzz测试

4.下位机固件升级

其中下位机的串口协议也是完全公开的，也方便有需要的朋友开发自己的上位机软件。

在2016年11月20号左右的时候，那时候老师给了个任务，让我带学弟去参加一下SysCan360的冬季汽车破解大赛，主要是针对CAN总线协议的分析，想想这个机会正好可以测试一下这款工具，毕竟工具还是需要在实战中检验的，而且目前设备只在模拟器上调试过，而对于真实环境还没有很完备的测试，所以就报名参加了。看了规则之后，比赛设定的CAN总线是工作在125kbps 11bit协议上的，这不是一个标准的OBD协议，所以在比赛之前，我又发布了1.01版上位机软件，增加了2个协议，同时修了一些新发现的bug：

CAN125Kbps 标准11bit协议
CAN125Kbps 扩展29bit协议

虽然最后得了冠军，但在比赛过程中还发现了工具存在的一些不足和严重问题，虽然不足以影响到比赛操作，也感谢这次机会吧，让我发现了一些工具的不足和缺陷，所以就萌生后续的开发计划，所以1.1版本就要就来了。

CAN Omega 1.1版本硬件上的改变：

由于1.0版本硬件已经足够稳定，所以1.1版本并没有对其大刀阔斧的修改，而是针对之前的问题做了一些小改动：

原理图改动：

1.1版本原理图基本上没有改动其他地方，而是在CAN总线发送处增加了一个模拟开关：

1.0版本是直接在CAN_H和CAN_L之间并联了120欧姆电阻，要去掉只能拆除。

实际上当时设计时对120欧姆电阻的理解是有偏差的，120欧姆的含义在于，为了匹配线路阻抗和消除反射，通常我们将CAN总线看成是无限长的，而120欧姆是两根无限长平行导线的等效端阻抗，所以这个120欧姆并不是随便选取的，另外，120欧姆是总线的端电阻，也就意味着只需要在CAN总线最远的2个端点接上即可，而不是每个CAN总线设备都需要加上120欧姆的端电阻。

如上图所示，其中Node#1~3在接入CAN_H和CAN_L之间时是不需要接入120欧姆端电阻的，且中间节点的接入线长通常不超过3m，当然，我们这里再讨论另一种情况，就是两个CAN总线设备对发的情况，这种情况就是比赛时候的情况，主办方使用一个发送设备，而我们比赛选手的接收方使用的设备都是并联在CAN总线上的，在只有2个设备对发的情况下，确实对于每个终端设备都需要并联120欧姆匹配电阻。而如果接收方想要接多个监听设备，则只需其中1个接入120欧姆电阻即可，其他设备无需接入电阻。

这也就是说：

CAN_H和CAN_L之间的电阻应该是60欧姆！(两个最远点的120欧姆并联)，并不存在其他情况，另外，实际比赛时候，主办方表示需要我们把终端匹配电阻设成60欧姆，这个实际上是对CANalyst-II的2个120欧姆的错误理解，关于这一点，我会专门写一篇文章来分析120欧姆电阻的问题。

因此，由于之前CAN Omega的终端电阻是直接焊死的120欧姆，虽然在大多数传输线长度不长的使用环境下都不会有特别大的问题，但这样的设计并不严谨，因此在1.1版本中予以改进。本来是想弄个拨码开关来控制，但是这个并不符合当下的潮流，毕竟机械式的控制容易坏且存在噪声和静电的影响，所以在CAN Omeage 1.1的设计里，我还是打算采用我最喜爱的单片机软件来控制，这样就可以直接在上位机界面中选择了，用模拟开关来控制终端120欧姆电阻的接入。

另外，在PCB的layout上也有些调整，例如1.0版本在CP2102的QFN封装底下走了一根线：（如黑色箭头所示）

实际上这样是非常危险的做法，一旦覆盖这根线的阻焊层脱落，由于QFN封装底部会有一个方形的散热用的pad，这个pad一般是接地的，此时若在这个pad与裸露的走线接触，就会造成这跟信号线对地短路，造成不可预料的问题，图中那根线恰好是UART的RX线，因此会造成单片机能发送但收不到UART数据，不要认为这个是多虑，在实际焊接当中，我确实碰到了因为阻焊层脱落而短路的这个问题，因此最后改成下图这样：