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[11715] 2017-08-27_破译优利德旗舰万用表UT181A通讯协议

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-18
2017-08-27_破译优利德旗舰万用表UT181A通讯协议 破 译 优 利 德 旗 舰 万 用 表 U T 1 8 1 A 通 讯 协 议 l o b l a b   F r e e B u f   2 0 1 7 - 0 8 - 2 7 U T 1 8 1 A 是 优 利 德 门 下 旗 舰 级 手 持 数 字 万 用 表 ， 主 打 数 据 记 录 （ 是 优 利 德 门 下 旗 舰 级 手 持 数 字 万 用 表 ， 主 打 数 据 记 录 （ D a t a   L o g g i n g ） 功 能 ， 支 持 ） 功 能 ， 支 持 U S B 联 机 通 讯 。 基 联 机 通 讯 。 基 本 评 测 可 以 看 我 以 前 发 的 文 章 。 前 文 说 到 ， 其 官 方 或 第 三 方 软 件 功 能 有 限 ， 缺 少 最 重 要 的 导 出 功 能 。 另 外 ， 数 本 评 测 可 以 看 我 以 前 发 的 文 章 。 前 文 说 到 ， 其 官 方 或 第 三 方 软 件 功 能 有 限 ， 缺 少 最 重 要 的 导 出 功 能 。 另 外 ， 数 据 传 输 的 速 度 也 比 较 慢 。 据 传 输 的 速 度 也 比 较 慢 。 所 以 ， 欲 对 其 协 议 进 行 分 析 ， 方 便 扩 展 、 改 进 、 和 其 它 设 备 （ 比 如 树 莓 派 ） 连 接 、 等 等 。 本 文 的 破 解 / 破 译 方 法 及 结 论 应 该 适 用 于 U T 1 7 1 系 列 ； U T 7 1 系 列 也 可 以 参 考 。 对 破 译 其 它 联 机 通 讯 的 设 备 也 有 借 鉴 意 义 。 可 行 性 分 析 可 行 性 分 析 U T 1 8 1 A 使 用 了 S i l i c o n   L a b s   H I D - t o - U A R T 接 口 模 块 C P 2 1 1 0 .   在 操 作 系 统 里 呈 现 为 一 个 H I D 设 备 ， 这 样 的 好 处 是 不 用 装 驱 动 。 既 然 它 最 终 表 现 为 U A R T 协 议 ， 应 该 比 较 容 易 重 写 其 通 讯 协 议 。 其 实 U T 7 1 系 列 也 是 类 似 的 方 案 （ H I D 转 U A R T ） ， 只 不 过 用 的 南 京 沁 恒 的 模 块 。 找 了 一 个 C P 2 1 1 0 的 代 码 在 L i n u x 下 试 了 下 ， 可 以 对 U T 1 8 1 A 进 行 基 本 的 连 接 设 置 。 但 因 为 会 话 层 的 协 议 未 知 ， 所 以 尝 试 读 写 操 作 时 没 反 应 。 为 了 得 到 会 话 的 详 情 ， 最 直 接 和 万 能 的 办 法 是 用 U S B   S n i f f e r 。   试 了 一 下 F r e e   U S B   A n a l y z e r ， 可 以 看 到 一 些 数 据 ， 但 不 能 解 码 为 U A R T 层 的 数 据 。 从 U S B 到 H I D ， 再 到 U A R T ， 实 际 上 是 隔 了 两 层 ， 需 要 层 层 剥 壳 ， 还 是 有 点 繁 琐 。 F r e e U S B   A n a l y z e r 的 H I D 解 码 ， 是 解 为 键 盘 / 鼠 标 数 据 的 ； 也 许 它 的 收 费 版 可 以 解 码 为 U A R T 。
图 ： 用 F r e e   U S B   A n a l y z e r 截 获 U T 1 8 1 A 通 讯 不 过 我 还 有 另 一 条 完 全 不 同 的 思 路 ， 也 许 会 更 简 单 。 A P I   H o o k 十 几 年 前 ， 我 用 过 这 种 方 法 对 S C S I 设 备 的 通 讯 进 行 劫 获 。 这 些 设 备 的 通 讯 软 件 ， 通 常 会 有 一 个 通 讯 模 块 （ 动 态 库 ） ， 提 供 诸 如 S e n d / R e c e i v e 的 A P I 。 所 以 ， 只 要 自 己 写 一 个 提 供 同 样 A P I 的 动 态 库 取 代 原 有 的 动 态 库 ， 但 在 每 个 A P I 的 实 现 上 ， 还 是 转 到 原 动 态 库 上 ， 就 可 以 实 现 钩 子 （ H o o k ） 的 效 果 。 这 样 截 获 的 数 据 块 是 应 用 层 ／ 会 话 层 的 ， 比 数 据 链 路 层 ／ 驱 动 层 的 数 据 有 更 好 的 可 读 性 。 同 时 ， 还 可 以 根 据 A P I 的 调 用 顺 序 ， 得 到 和 设 备 的 交 互 流 程 ， 比 如 : 初 始 化 时 要 进 行 哪 些 设 置 ， 通 讯 参 数 ， 等 等 。 查 看 U T 1 8 1 A 软 件 的 目 录 ， 果 然 有 两 个 这 样 的 动 态 库 。 用 d u m p b i n   / e x p o r t s 查 看 其 A P I ， 初 步 判 断 应 该 只 要 替 换 S L A B H I D t o U A R T . d l l   就 可 以 了 。 图 ： U T 1 8 1 A 使 用 的 动 态 库 及 A P I 从 版 本 信 息 上 ， 可 以 看 到 这 个 动 态 库 来 自 S i l i c o n   L a b s 。 到 其 网 站 上 找 到 了 C P 2 1 1 0 / 4   的 S D K ， 用 S D K 里 的 动 态 库 替 换
这 两 个 动 态 库 ， 6 4 位 版 崩 溃 ， 换 3 2 位 版 ， 果 然 可 以 运 行 。 其 实 优 利 德 使 用 的 版 本 较 老 （ 2 0 1 0 年 的 1 . 4 ） ， S D K 里 的 版 本 是 2 0 1 7 年 的 6 . 7 。 其 中 ， A P I 数 目 由 4 2 增 加 到 了 5 8 。 不 管 怎 样 ， 能 跑 。 这 样 就 容 易 开 展 下 一 步 的 工 作 了 。 图 ： C P 2 1 1 x   S D K 里 的 动 态 库 及 A P I 有 了 S D K 就 有 了 头 文 件 ， 有 头 文 件 就 可 以 写 出 八 股 文 一 样 的 代 码 了 。 弄 两 行 脚 本 ， 自 动 生 成 大 部 分 苦 力 代 码 。 。
图 ： H o o k A P I 实 现 代 码 示 意 很 快 ， 就 有 了 一 个 “ 山 寨 ” 动 态 库 。 图 ： 自 己 实 现 的 S L A B H I D t o U A R T . d l l 及 A P I 正 版 的 要 改 名 ； 山 寨 版 要 记 住 它 名 字 。 — — 活 都 找 它 干 。
图 ： H o o k A P I 的 文 件 名 替 换 弄 好 了 ， 发 现 山 寨 版 的 比 老 正 版 的 A P I 都 少 了 2 个 。 能 跑 ， 就 没 深 究 了 ， 毕 竟 优 利 德 的 软 件 不 会 用 到 所 有 A P I 。 看 看 L o g 文 件 ， A P I 的 调 用 一 目 了 然 。 这 样 ， 我 们 就 有 了 一 个 坚 实 的 基 础 。 图 ： 通 过 H o o k A P I 截 获 的 A P I 调 用 序 列 C P 2 1 1 x   S D K 发 现 C P 2 1 1 x 的 S D K 里 还 提 供 了 L i n u x 版 L i b r a r y （ - l s l a b h i d t o u a r t   - l s l a b h i d d e v i c e ） 的 源 代 码 及 例 子 。 这 两 个 L i b r a r y 和 W i n d o w s 的 S L A B H I D t o U A R T . d l l ， S L A B H I D D e v i c e . d l l 对 应 。 于 是 ， 重 写 通 讯 协 议 就 更 容 易 了 。 对 M a k e f i l e 略 做 修 改 后 ， 可 以 在 I n t e l 和 A R M （ 树 莓 派 ） 架 构 下 编 译 、 运 行 。
直 接 用 S D K 里 的 例 子 做 个 测 试 ， 发 出 第 一 条 命 令 ” A B   C D   0 4   0 0   0 5   0 1   0 A   0 0 ” 后 ， 就 可 以 源 源 不 断 地 收 到 数 据 了 。 图 ： C P 2 1 1 x   S D K 里 例 子 和 U T 1 8 1 A 通 讯 后 续 的 工 作 就 是 根 据 A P I   H o o k 的 L o g ， 给 U T 1 8 1 A 发 不 同 的 命 令 ， 研 究 其 反 应 ， 搜 集 更 多 的 数 据 ， 以 便 发 现 数 据 的 模 式 （ P a t t e r n ） 。 协 议 解 码 协 议 解 码 起 始 码 、 长 度 字 起 始 码 、 长 度 字 上 图 中 ， 通 过 观 察 每 个 输 入 / 输 出 的 数 据 包 ， 发 现 会 间 隔 地 出 现 ” A B   C D ” 。 用 这 两 个 字 节 对 包 进 行 分 隔 后 ， 数 据 看 起 来 更 有 规 律 ， 然 后 可 以 看 出 接 下 来 两 个 字 节 应 该 是 包 的 长 度 。 长 度 可 以 和 起 始 字 起 到 相 互 验 证 / 确 认 的 作 用 。 图 ： 基 本 的 会 话 数 据 结 束 码 结 束 码 / 检 验 字 检 验 字 对 收 到 的 数 据 包 与 其 实 际 意 义 进 行 初 步 的 对 应 后 ， 发 现 最 后 两 字 节 是 多 余 的 。 推 测 应 该 是 校 验 字 。 在 C R C 在 线 计 算 网 站 上 对 包 中 的 数 据 做 C R C 计 算 ， 发 现 与 任 何 一 种 C R C 编 码 都 不 能 匹 配 。
其 实 ， 对 收 到 的 数 据 ， 可 以 忽 略 这 个 校 验 码 ， 因 为 U S B 协 议 保 证 了 数 据 不 会 出 错 ， 除 非 是 软 件 层 发 生 了 错 误 。 但 后 来 发 现 ， 对 发 送 的 命 令 ， 也 多 了 两 个 字 节 。 如 果 万 用 表 那 端 要 对 它 收 到 的 数 据 做 校 验 ， 主 机 端 则 必 须 生 成 校 验 码 了 。 下 图 的 命 令 中 ， 带 有 参 数 。 9 字 节 长 的 包 中 有 一 个 参 数 ， 1 3 字 节 长 的 包 有 2 个 参 数 。 根 据 参 数 的 变 化 ， 可 以 观 察 出 最 后 两 字 节 的 变 化 规 律 。 观 察 9 字 节 长 的 包 ， 发 现 最 后 两 字 节 是 在 参 数 上 增 加 了 0 x 1 1 ， 但 这 显 然 不 能 解 释 1 3 字 节 长 的 包 。 进 一 步 的 分 析 发 现 ， 原 来 这 个 校 验 就 是 最 简 单 的 “ 校 验 和 ” ， 即 把 前 面 的 所 有 字 节 （ 除 起 始 码 ” A B   C D ” 外 ） 相 加 。 对 于 长 达 2 2 5 8 字 节 的 包 也 是 这 样 ， 只 不 过 高 位 溢 出 忽 略 。 图 ： 观 察 结 束 码 浮 点 数 的 表 示 浮 点 数 的 表 示 理 论 上 ， 测 量 值 可 以 用 整 数 或 小 数 表 示 ， 小 数 又 可 以 用 定 点 或 浮 点 。 可 以 用 程 控 电 源 输 出 不 同 的 电 压 来 联 机 测 量 ， 观 察 数 据 的 变 化 规 律 。 当 然 ， 也 可 以 直 接 猜 一 猜 ， 反 正 就 只 有 3 种 可 能 。 下 图 是 一 个 例   子 。 图 ： 记 录 列 表 及 浮 点 值
图 中 标 示 了 2 7 . 0 ,   2 7 . 1 ,   2 7 . 2 。 不 太 像 整 型 ， 直 接 拿 浮 点 试 一 试 。 图 ： 浮 点 数 测 试 代 码 运 气 不 错 ， 就 是 普 通 的 浮 点 。 同 时 ， 可 以 看 出 ， 二 进 制 的 数 据 并 不 是 万 用 表 或 软 件 界 面 上 显 示 的 值 ， 而 是 看 起 来 有 着 “ 更 高 精 度 ” 的 原 始 数 据 。 当 然 ， 这 个 “ 更 高 精 度 ” 应 该 是 无 意 义 的 。 事 实 上 ， 每 个 数 值 后 面 还 有 一 个 字 节 （ 1 0 / 2 0 / 3 0 ） ， 应 该 是 用 于 描 述 其 精 度 （ 有 效 位 ） 的 。 日 期 日 期 / 时 间 的 表 示 时 间 的 表 示 最 后 剩 下 的 ， 也 是 最 难 的 ， 就 是 日 期 时 间 了 。 时 间 戳 也 是 增 加 U T 1 8 1 A 价 值 的 地 方 。 像 U T 7 1 D 虽 然 也 记 录 数 据 ， 但 测 量 值 没 有 时 间 戳 ， 只 有 序 号 。 抓 取 采 样 数 据 进 行 分 析 ， 每 个 数 据 包 最 大 是 2 2 5 8 字 节 ， 2 5 0 个 采 样 ， 所 以 每 个 采 样 用 了 9 个 字 节 ： 4 字 节 浮 点 值 ， 1 字 节 描 述 精 度 ， 还 有 4 字 节 就 是 时 间 了 。 是 的 ， 只 有 4 字 节 ， 用 来 表 示 年 / 月 / 日 / 时 / 分 / 秒 。 — — 够 吗 ？ 在 采 集 的 数 据 中 ， 每 个 采 样 对 应 于 什 么 时 间 是 已 知 的 。 取 一 段 连 续 的 采 样 数 据 ， 观 察 其 变 化 规 律 。 尤 其 是 分 钟 ， 小 时 ， 日 期 和 月 份 发 生 变 化 时 ， 看 数 据 如 何 变 化 。 如 下 图 。
图 ： 时 间 数 据 观 察 理 论 上 ， 这 种 时 间 的 表 示 可 以 用 一 个 整 型 ， 像 U n i x 时 间 戳 那 样 。 但 分 析 上 面 的 变 化 规 律 ， 看 起 来 像 是 位 域 表 示 法 。 据 此 推 演 ， 结 果 如 下 。
图 ： U T 1 8 1 A 的 时 间 的 表 示 法 由 于 年 份 使 用 的 是 6   b i t ， 需 要 固 定 加 上 2 0 0 0 。 所 以 ， 这 意 味 着 U T 1 8 1 A 只 能 用 到 2 0 6 3 年 （ 的 最 后 一 天 ） 。 当 然 ， 这 总 比 用 U n i x 时 间 戳 编 码 要 好 一 点 ， 因 为 后 者 只 能 用 到 2 0 3 8 年 。 传 输 速 度 传 输 速 度 非 常 遗 憾 ， 波 特 率 只 能 设 置 为 9 6 0 0 。 通 过 A P I 调 用 ， 设 置 更 高 的 波 特 率 是 成 功 的 。 但 传 输 中 得 到 的 数 据 是 乱 的 。 在 树 莓 派 上 测 试 传 输 1 3 3 6 8 5 个 采 样 ， 耗 时 1 4 0 1 秒 ， 传 输 速 度 为 9 5 . 4 2 采 样 / 秒 。 这 与 P C 上 的 速 度 （ 自 己 写 的 代 码 或 官 方 软 件 ） 是 一 致 的 。 树 莓 派 树 莓 派 在 D e b i a n 系 的 L i n u x 上 （ U b u n t u 或 树 莓 派 ） ， C P 2 1 1 0 都 被 识 别 为 H I D 设 备 ， 不 需 要 安 装 驱 动 即 可 使 用 。 而 且 ， 树 莓 派 的 A R M 和 I n t e l 都 是 小 字 节 序 ， 所 以 不 用 改 代 码 ， 重 新 编 译 一 下 就 可 以 运 行 。 下 图 是 在 树 莓 派 上 （ 远 程 ） 编 译 、 运 行 。
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