Four Thirds Communication Protocol

Five years after I first prepared an Olympus lens with connections to capture the camera to lens communication, I finally managed do obtain (well, buy) a logic analyzer to actually do this. Might be a little late already, though, since Four Thirds seems to be abandoned - or at least it's getting replaced by the new Standard ''Micro Four Thirds''.

Four Thirds Pinout

Figuring out the connections wasn't that hard at all. Of course I'm not sure wether I'm perfectly right with my suggestions made here, so please take this information ''as is'' and with no warranty! Clock and Data are correct for sure, as are VCC (Battery power), GND and VDD (Microcontroller power; goes low if you press the lens release button). The Reset line stays low all the time, so I guess it's a reset line going high while flashing a new lens firmware.
The other two are just educated guesses. They look like some DTR/ACK lines for Body and Lens respectively. Here's an example: The Camera Body wants to send a Byte to the Lens, so Pin 5 goes high. The Lens needs some microseconds to wake up and pulls Pin 4 high. Now the Body sends it's Byte and the Lens does whatever it has to do with it and pulls Pin 4 low when it has finished. The lens may need some time for this, so I guess it may keep the line high for several microseconds. Otherwise a protocol with fixed time frames could have been used, conserving at least two pins. I may be totally wrong with this, though.
Data is transmitted via the ubiquitous SPI protocol. Or at least something the like. Clock speed is 500kHz, Transfer size 8 Bits, pretty standard. On a quick test I've noticed that the camera seems to pull all the lines low (including Clock!) on several occassions like when you push the shutter and when the exposure has finished. Here are the settings from the Logic Analyzer:

SPI Protocol Analyzer Settings

Here is what the transmission looks like in graphical form:

Initial Data Transmission on camera switch-on

Lens transmitting its name

Note that on the second picture it is apparent that the lens is trying to send the characters in a fixed interval, while the body takes different times to acknowledge and start the transmission.
Some of the transmitted Data makes perfect sense, the text ''OLYMPUS DIGITAL 14-45mm LENS'' for example is the lens designator, the serial number and some other values are found in the EXIF's MakerNotes. On the other hand, I'm not quite sure what all that other stuff is for :(. I've read something about ballistics tables and focus correction values in several forums, but I have no idea yet how to figure that out.

These are my findings regarding the polling of the lens which occurs about every 104 milliseconds:

    Byte Number:

 1 ,  2 ,  3 ,  4 ,  5 ,  6 ,  7 ,  8 ,  9 ,  10,  11,  12,  13,  14,  15,  16,  17,  18
----------------------------------------------------------------------------------------

    Infinity focus:

192, 241,   0,   0, 177,  11,   0, 160,   0,  31, 255, 255,   2,   5,   0,   0,   0, 196

    Focusing closer:

192, 241,   0,   0, 177,  11,   0, 128,   0,  31,  43,   1,   2,   5,  11,   2,   0, 223
192, 241,   0,   0, 177,  11,   0, 128,   0,  31, 155,   0,   2,   5,  85,   3,   0, 153
192, 241,   0,   0, 177,  11,   0, 128,   0,  31,  87,   0,   2,   5, 121,   5,   0, 123

    Close focus:

192, 241,   0,   0, 177,  11,   0, 144,   0,  31,  78,   0,   2,   5, 254,   5,   0,   7

----------------------------------------------------------------------------------------

Byte 8:   0 - 0000 0000 - Single Autofocus active
        160 - 1010 0000 - Manual Focus @ infinity
        144 - 1001 0000 - Manual Focus @ close-up
        128 - 1000 0000 - Manual Focus in between

Byte 10: Changes linearly while zooming from 31 @ 45mm to 0 @ 14mm

Bytes 11 + 12: FF FF - 65535 - infinity focus
               4E 00 -    78 - close focus
               Focus distance ?

Bytes 13 + 14: Seem to depend on the zoom position at switch-on.
               Do not change while zooming or focusing manually.

Bytes 15 + 16: 00 00 -     0 - infinity focus
               FE 05 -  1534 - close focus
               Focus mechanism position ?

Byte 18: Checksum of Bytes 8 to 17, maybe 7 to 17

The first 4 Bytes are sent from Body to Lens, the remaining 14 from Lens to Body.

This is the whole initial communication between Lens and Body:

   µs since       value     value           
 last value     decimal     char.   dir.    notes                                                
-------------------------------------------------------------------------------------------------
          0                                 camera switch on                                     
    102.073         176              BTL    
         56         242              BTL    
         81           0              BTL    
        166           0              BTL    
        387         162              BTL    
     26.540           0              BTL    
        661         192              BTL    
         77         246              BTL    
         79           0              BTL    
        164           0              BTL    
        376         182              LTB    
        230           5              LTB    
        384           0              LTB    
        206          10              LTB    
        115          11              LTB    
        118          12              LTB    
        115          13              LTB    
        260          46         .    LTB    
        648         192              BTL    
         86         240              BTL    
         82          32              BTL    
        336           0              BTL    
        379         208              LTB    
      2.197         237              LTB    
        215           7              LTB    
        200          67         C    LTB    LensProperties (2 Bytes)
        121         192              LTB    
        212           0              LTB    
        122           0              LTB    Lens ID (3 Bytes)
        120          24              LTB    
        118           0              LTB    
        116           2              LTB    
        254           0              LTB    
        124          79         O    LTB    Start lens designation                               
        339          76         L    LTB    
        301          89         Y    LTB    
        251          77         M    LTB    
        227          80         P    LTB    
        257          85         U    LTB    
        238          83         S    LTB    
        427          32              LTB    
        272          68         D    LTB    
        254          73         I    LTB    
        237          71         G    LTB    
        245          73         I    LTB    
        238          84         T    LTB    
        245          65         A    LTB    
        237          76         L    LTB    
        413          32              LTB    
        271          49         1    LTB    
        246          52         4    LTB    
        237          45         -    LTB    
        246          52         4    LTB    
        240          53         5    LTB    
        249         109         m    LTB    
        237         109         m    LTB    
        323          32              LTB    
        270          76         L    LTB    
        254         101         e    LTB    
        232         110         n    LTB    
        253         115         s    LTB    ? stop lens designation (28 chars)                   
        232           0              LTB    
        253           0              LTB    
        232           0              LTB    
        426           0              LTB    ? stop lens designation (32 chars)                   
        260          32              LTB    ? length of the following blocks (32x 2 Bytes)       
        397          26              LTB    ? number of the following blocks                     
        248          16              LTB    
        255          14              LTB    ? minimum focal length (2 Bytes)                     
        232           0              LTB    
        253          45         -    LTB    ? maximum focal length (2 Bytes)                     
        232           0              LTB    
        320          49         1    LTB    start lens serial number                             
        289          48         0    LTB    
        234          50         2    LTB    
        246          51         3    LTB    
        238          53         5    LTB    
        245          55         7    LTB    
        239          52         4    LTB    
        245          56         8    LTB    
        320          51         3    LTB    ? stop lens serial number (9 chars)                  
        291           0              LTB    
        233           0              LTB    
        253           0              LTB    ? stop lens serial number (12 chars)                 
        277           4              LTB    lens Firmware version (2 Bytes)
        124          16              LTB    
        382           0              LTB    
        125         255              LTB    
        117         255              LTB    
      2.337          15              LTB    start of block #1. ?(14mm + 1)?                      
        197           0              LTB    
        230          16              LTB    
        212           0              LTB    
        214          17              LTB    
        229           0              LTB    
        216          18              LTB    
        214           0              LTB    
        229          18              LTB    
        422           0              LTB    
        261          19              LTB    
        216           0              LTB    
        214          20              LTB    
        229           0              LTB    
        216          21              LTB    
        214           0              LTB    
        228          22              LTB    
        380           0              LTB    
        240          23              LTB    
        229           0              LTB    
        216          24              LTB    
        214           0              LTB    
        229          25              LTB    
        216           0              LTB    
        214          26              LTB    
        228           0              LTB    
        296          27              LTB    
        260           0              LTB    
        217          28              LTB    
        214           0              LTB    
        228          29              LTB    
        217           0              LTB    
        214          30              LTB    
        228           0              LTB    
        216          31              LTB    
        307           0              LTB    
        245          32              LTB    
        214           0              LTB    
        229          32              LTB    
        217           0              LTB    
        214          33         !    LTB    
        229           0              LTB    
        216          34         "    LTB    
        214           0              LTB    
        310          35         #    LTB    
        244           0              LTB    
        228          36         $    LTB    
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        120           3              LTB     
        116           7              LTB     
        116           0              LTB     
        118          16              LTB     
        125           0              LTB     
        116          28              LTB     
        112           0              LTB     
        125          62         >    LTB    
        571           0              LTB    
        356         160              LTB    
        319           0              LTB    
        265         219              LTB    
        277           0              LTB    
        263           7              LTB    
        273           0              LTB    
        273          16              LTB    
        258           0              LTB    
        272          29              LTB    
        261           0              LTB    
        273          67         C    LTB    
        273           0              LTB    
        257         172              LTB    
        271           0              LTB    
        262         233              LTB    
        273           0              LTB    
        273           6              LTB    
        257           0              LTB    
        272          16              LTB    
        262           0              LTB    
        273          29              LTB    
        273           0              LTB    
        258          80         P    LTB    
        271           0              LTB    
        262         200              LTB    
        273           0              LTB    
        273          17              LTB    
        258           1              LTB    
        272           3              LTB    
        262           0              LTB    
        273          11              LTB    
        272           0              LTB    
        257          21              LTB    
        271           0              LTB    
        263          31              LTB    
        409           0              LTB    
        283          69         E    LTB    
        258           0              LTB    
        271          91         [    LTB    
        262           0              LTB    
        274           3              LTB    
        273           0              LTB    
        258          11              LTB    
        271           0              LTB    
        262          19              LTB    
        274           0              LTB    
        273          30              LTB    
        257           0              LTB    
        272          69         E    LTB    
        262           0              LTB    
        273          92         \    LTB    
        273           0              LTB    
        257           3              LTB    
        271           0              LTB    
        263          12              LTB    
        273           0              LTB    
        273          19              LTB    
        257           0              LTB    
        271          31              LTB    
        263           0              LTB    
        273          71         G    LTB    
        273           0              LTB    
        257          93         ]    LTB    
        272           0              LTB    
        262           4              LTB    
        273           0              LTB    
        274           9              LTB    
        257           0              LTB    
        271          12              LTB    
        261           0              LTB    
        274          59         ;    LTB    
        273           0              LTB    
        302         159              LTB    
        273           0              LTB    
        274         221              LTB    
        258           0              LTB    
        271           3              LTB    
        263           0              LTB    
        273           9              LTB    
        273           0              LTB    
        258          13              LTB    
        271           0              LTB    
        263          60         <    LTB    
        272           0              LTB    
        274         161              LTB    
        257           0              LTB    
        272         221              LTB    
        263           0              LTB    
        273           3              LTB    
        273           0              LTB    
        257           9              LTB    
        270           0              LTB    
        263          12              LTB    
        273           0              LTB    
        273          60         <    LTB    
        257           0              LTB    
        271         164              LTB    
        263           0              LTB    
        273         225              LTB    
        272           0              LTB    
        374         140              LTB    
      2.801         192              BTL    start of first poll                                  
         79         241              BTL    
         84           0              BTL    
        164           0              BTL    
        371         177              LTB    
      1.253          11              LTB    
        212           0              LTB    
        269           0              LTB    
        119           0              LTB    
        119          31              LTB    
        117         255              LTB    
        120         255              LTB    
        117           2              LTB    
        118           5              LTB    
        119         134              LTB    
        116           0              LTB    
        116           0              LTB    
        261         170              LTB    checksum of preceding 10 Bytes                       
    104.740         192              LTB    start of next poll, repeating every ~104ms           
         78         241              BTL    
         80           0              BTL    
        168           0              BTL    
        377         177              BTL    
      1.243          11              LTB    
        413           0              LTB    
        278           0              LTB    
        170           0              LTB    
        196          31              LTB    
        193         255              LTB    
        193         255              LTB    
        193           2              LTB    
        193           5              LTB    
        193         134              LTB    
        192           0              LTB    
        193           0              LTB    
        333         170              LTB    checksum of preceding 10 Bytes

I haven't figured out yet where or how the lens tells the body it's minimum and maximum aperture. Here's how the body tells the lens to stop down, though:

close aperture: 176  210 xxx xxx
open aperture:  176  215   0   0


aperture         command
value               data
                   
estimated
                   
1.0               0    0
1.1              85    0
1.2             170    0
1.4               0    1
1.6              85    1
1.8             170    1
2                 0    2
2.2              85    2
2.5             170    2
2.8               0    3
3.2              85    3
3.5             170    3
                   
                   
determined
                   
3.5             157  131
3.6             171  131
3.7             198  131
3.8             211  131
3.9             236  131
4.0             248  131
4.1              17  132
4.2              28  132
4.3              51  132
4.4              62  132
4.5              84  132
4.6             106  132
4.7             116  132
4.8             137  132
4.9             156  132
5.0             166  132
5.1             176  132
5.2             195  132
5.3             213  132
5.4             222  132
5.5             231  132
5.6             249  132

4                 0    4
4.5              85    4
5.0             170    4
5.6               0    5
6.3              85    5
7.1             170    5
8                 0    6
9                85    6
10              170    6
11                0    7
13               85    7
14              170    7
16                0    8
18               85    8
20              170    8
22                0    9

Here are all the command sequences I inspected closer. Couldn't make sense of them all just yet:


160 176 254   0		? stop of exposure ?
160 177   0   0		? start of exposure ?

176 160   0   0         prepare for shutdown

176 161 xxx xxx		change focus to/by value
176 173   0   0		start single autofocus

176 209 xxx xxx		close aperture to value for depth of field preview
176 210 xxx xxx		close aperture to value
176 215   0   0		open aperture

176 242   0   0		(first command on switch-on)

192 240  32   0		? request full lens data ?
192 241   0   0		poll
192 246   0   0		?

192 250 xxx xxx		?
192 251   0   0		?

I've attached some files for your personal enjoyment. You'll need the free software from Saleae Logic to view these.
Note these are only the first tests I've done so far. If you want to help me in decoding this stuff, feel free to request some more log files. I'll do my best to accomplish them :).

ft_logic01.7z – 7z archive – 398 216 Bytes
ft_logic02.7z – 7z archive – 804 347 Bytes