使用Python解析CAN总线

缘起

在新能源车辆的开发和维护中，经常需要对CAN总线数据进行分析。CANOE等总线软件虽然方便，但功能有限，难以满足数据分析的要求。Matlab的Vehicle Network Toolbox可以方便的进行数据解析和分析，它是闭源且收费的。因此，使用Python解析CAN总线并进行分析就十分必要。

Python的CAN总线库

Python处理CAN总线的库主要有python-can和cantools。这里我的CAN总线数据保存为asc格式，database保存为dbc格式。

from can import ASCReader
from cantools.database import load_file

# 我的数据
asc_path = 'xx.asc'
dbc_path = 'xx.dbc'

# 读取dbc文件
database = load_file(dbc_path) # 变量database的数据类型cantools.db.can.database.Database
'''
cantools.database.load_file(filename: StringPathLike,
              database_format: Optional[str] = None,
              encoding: Optional[str] = None,
              frame_id_mask: Optional[int] = None,
              prune_choices: bool = False,
              strict: bool = True,
              cache_dir: Optional[str] = None,
              sort_signals: utils.type_sort_signals = utils.sort_signals_by_start_bit,
              ) -> Union[can.Database, diagnostics.Database]:
可以读取以下5种不同类型的Database文件：
	+-----------+-----------------+
    | Extension | Database format |
    +===========+=================+
    | .arxml    | ``'arxml'``     |
    +-----------+-----------------+
    | .dbc      | ``'dbc'``       |
    +-----------+-----------------+
    | .kcd      | ``'kcd'``       |
    +-----------+-----------------+
    | .sym      | ``'sym'``       |
    +-----------+-----------------+
    | .cdd      | ``'cdd'``       |
    +-----------+-----------------+
    |  | ``None``        |
    +-----------+-----------------+
要注意它们默认的编码格式是不同的，当然你也可以指定编码格式：
	+-----------------+-------------------+
    | Database format | Default encoding  |
    +=================+===================+
    | ``'arxml'``     | ``'utf-8'``       |
    +-----------------+-------------------+
    | ``'dbc'``       | ``'cp1252'``      |
    +-----------------+-------------------+
    | ``'kcd'``       | ``'utf-8'``       |
    +-----------------+-------------------+
    | ``'sym'``       | ``'cp1252'``      |
    +-----------------+-------------------+
    | ``'cdd'``       | ``'utf-8'``       |
    +-----------------+-------------------+
    | ``None``        | ``'utf-8'``       |
    +-----------------+-------------------+

与之效果相同的读取方法：
第一种：cantools.db.can.database.add_dbc_file(filename: StringPathLike,
                     						encoding: str = 'cp1252') -> None:
                     
    >>> db = cantools.database.Database()
    >>> db.add_dbc_file('foo.dbc')
    
第二种：cantools.db.can.database.add_dbc_string(string: str) -> None:

    >>> db = cantools.database.Database()
    >>> with open ('foo.dbc', 'r') as fin:
    ...     db.add_dbc_string(fin.read())
    
值得注意的是，以上两种方法可以在原有database上增加，如：
	>>> db = cantools.database.Database()
	>>> db.add_dbc_file('foo1.dbc')
	>>> db.add_dbc_file('foo2.dbc')
这里的db就包含了'foo1.dbc'和'foo2.dbc'两个dbc文件的信息。
如果两个dbc有ID相同的报文，则后面添加的dbc会覆盖前面id相同的报文。
'''



# 读取asc文件
asc = ASCReader(asc_path) # 注意asc是一个迭代器
'''
can.ASCReader类
ASC日志文件中CAN消息的迭代器。元数据（comments，总线统计、J1939传输协议消息）被忽略。
接收参数：
file: Union[StringPathLike, TextIO]
base: str = "hex"
relative_timestamp: bool = True
'''
# 使用DBC逐行解析报文
for msg in asc:
    msg_id = msg.arbitration_id # 获取这帧报文的id
    msg_data = msg.data # 获取这帧报文的原始数据
    message = dbc.decode_message(msg_id,msg_data) # 将报文的id和原始数据传入dbc进行解析，获得真实数据
    print(message)

cantools.db.can.database.Database包含CAN网络的所有报文、信号和定义，是我们经常会用到的一个类。

cantools.db.can.database.Database常用的类属性有messages，nodes和buses，分别返回所有报文的list，所有节点的list和所有总线的list。如果想查看某个报文，则可以使用.get_message_by_frame_id()或.get_message_by_name()

>>> dbc_path = 'xx.dbc'
>>> db = cantools.database.load_file(dbc_path)
>>> db.messages
[message('msg1', 0x18ffffff, True, 8, None), message('smg2', 0x18000000, True, 8, None)]

# 通过id检索
>>> db.get_message_by_frame_id(0x18ffffff)
message('msg1', 0x18ffffff, True, 8, None)

# 通过名称检索
>>> db.get_message_by_name('msg1')
message('msg1', 0x18ffffff, True, 8, None)

参考：

Python-can 4.3.0 documentation

cantools 39.4.1.dev1+gcb2c7cf documentation