【CAN信号解析】使用python-can/cantools解析CAN数据

1. 如何解析CAN消息

关于CAN的基础知识，可阅读如下链接：

1. CAN协议详解
2. CAN消息解析

此部分参考自：https://zhuanlan.zhihu.com/p/635594421

1.1 简介

用python分析asc，blf等格式数据，python-can这个包是必备的，cantools这个包虽然理论上非必须，但用它处理起来更方便。另外cantools这个包本身依赖python-can，所以直接装个cantools就能直接上手干了。

pip install python-can
pip install cantools
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另外，要分析asc, blf格式的数据，还得需要相应的数据库文件，也就是.dbc或.arxml文件。DBC（Database Container）是一种CAN数据定义文件，用于描述车辆网络系统中的消息、信号和节点之间的关系和通信规则。在Python中，我们可以使用第三方库cantools来读取和解析DBC文件，以便在开发过程中使用。

下面是以blf格式数据为例展示解析方法，asc格式数据类似。

1.2 python-can库使用

按官网的说法，python-can这个工具非常强大，不仅能离线的分析CAN数据，还能通过在线的方式与Vector工具箱、SocketCAN、PCAN等主流工具直接联动，把在线数据灌入python里进行在线运算与分析，只要写一下配置文件就行。

如果是离线分析CAN数据的话，这个工具也是简单到离谱：python-can直接提供一个.BLFReader函数（或.ASCReader(asc_path)），输入blf/asc文件名，直接输出结构化的CAN数据，简单粗暴。

import can

blf_data = can.BLFReader("log1.blf")
#asc_data = can.ASCReader("xxx.asc")

for msg in blf_data:
    print(msg)
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以上代码中，blf_data = can.BLFReader(...)实际上是建立一个can.BLFReader类，本身是不怎么耗时的。
下面的for循环实际上是调用的BLFReader类的__iter__方法，得到的msg是一个can.message类。由于can.message类重写了__str__方法，因此我们在调用print(msg)时，就会自动把message里的内容格式化输出。格式化输出的格式和Vector工具箱中的Trace几乎完全一样，因此即使用惯了Vector工具箱的人看起来也毫无压力。

更细化的，我们可以翻到can.message类__str__方法的实现代码，具体看一下我们print(msg)时，print出的究竟是什么东西。

我们在print(msg)时，输出格式里从左到右分别是：

• 这条msg的时间戳
• 这条msg的can_id
• 这条msg的属性（比如是否是canfd帧、是否是错误帧、是rx还是tx帧等等）
• 这条msg的长度（也就是dlc）
• 以16进制格式输出的raw data
• 这条msg的can channel

由于我们没有用dbc或arxml文件去解析msg里的数据，因此也只能打印出raw data，打印不出来具体的信号值。

另外，由于msg本身就是一个can.message类，因此我们也可以手动取到它的各种属性，比如：

比较常用的有：

• msg.channel —— channel，取决于录制blf时的channel mapping
• msg.timestamp —— 录制blf时记录的本条数据时间戳
• msg.arbitration_id —— can id，或者叫frame id
• msg.data —— bytearray格式的raw data

raw data如果直接打印的话，默认是按bytearray格式打印的。比如，我们可以筛选出channel=2，id=0x51的数据帧，打印出它们的raw data：

import can

blf_data = can.BLFReader("log1.blf")

for msg in blf_data:
    if msg.channel == 2 and msg.arbitration_id == 0x51:
        print(msg.data)
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更进一步的，如果我们知道相应的数据帧中的每一位的定义，也可以自己筛出我们需要的信号的物理值。

比如这里的channel=2，id=0x51的数据帧，我们通过其他工具（比如Vector Autosar Explorer）翻到其内部定义，可以看到它第2个byte中的后4个bit，以及第3个byte中的第4-6个bit都是某个有物理意义的值：

然后我们就可以按需把这个物理值取出来：

import can

blf_data = can.BLFReader("log1.blf")

for msg in blf_data:
    if msg.channel == 2 and msg.arbitration_id == 0x51:
        print(msg.timestamp, "\t", msg.data[1] & 0b1111, "\t", (msg.data[3] >> 2) & 0b111)
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这里需要用到的就是>>移位运算以及&按位与运算，可以精准的取到某个byte中的某几个bit的值。

实际上，第2个byte中的后4个bit是这条信号的Rolling Counter，第3个byte中的第4-6个bit是某个功能当前的状态，打印出来的值都符合预期。

实际我们没必要这样自己通过位运算去取各种物理值，可以通过cantools库读取 .dbc或.arxml报文格式定义文件，自动解析出我们想要的信号值！具体看下面介绍。

2. python-can库介绍

仅仅使用python-can工具的话，我们其实就可以精准的在blf中取到任何一个signal去分析了，但是需要我们知道每个signal位于哪个数据帧中哪个byte里的哪个bit，还得自己写移位和按位与，非常麻烦。为了避免这种麻烦，可以用cantools工具。

2.1 完整解析流程

1. 通过本地的example.arxml 或 xxx.dbc文件，构建一个database（是一个can.Database类）。这里的本地文件支持dbc、arxml、kcd、cdd等多种格式；

2. 通过上一节所述的python-can工具包，读取blf或asc数据文件，并筛选出channel=2，id=0x51的数据帧（或for循环遍历blf_data或asc_data 读取所有帧信号值）；

3. 把筛选出的数据帧的raw data扔给数据库，使其“解包”出有意义的物理值。

2.2 简单示例

decode_message()这个函数接收两个必要的入参：

• 数据帧的can id，
• 以及bytes类型的raw data。

另外还有一些可选参数（比如我这里指定的decode_choices指的是使用信号的symbol还是num），可选参数可以参考cantools的官方说明文档，不过它这个说明文档写的比较乱。

这样得到的signal_values其实是一个字典（type(signal_values)返回的是），字典的key是信号名称，字典的value是信号的物理值。

因此，我们就可以直接取到特定名称的信号，而不需要手动写移位和按位与从raw data里取值：

import can, cantools

database = cantools.db.load_file("example.arxml")
blf_data = can.BLFReader("log1.blf")

for msg in blf_data:
    if msg.channel == 2 and msg.arbitration_id == 0x51:
        signal_values = database.decode_message(0x51, msg.data, decode_choices=False
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