佳能镜头EOS系统EF协议逆向工程（三）解码算法

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数据结构

解码算法

解码效果

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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usbool 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 DEBUGqInfo() << "u begin: " << u->high_left->line_no;
#endifu->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;}elseu->ok = true;
#ifdef DEBUGif (u->ok)qInfo() << "u end: " << u->forward->line_no;
#endifreturn 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 DEBUGqInfo() << "byte " << iorder << " bit " << i << " at " << pu->low_left->line_no;
#endifif (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120usif (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;}
}

解码效果

如下图所示

 解码结果中通信频率、0A与AA应答信号、0x06与0x05的转动信号与实际匹配，说明解码成功。如果想要更多的通信规律，请与我私聊。下一篇讲解常见的指令。