文章首先分析了循环冗余校驗码的功能在此基础上提出了基于fpga应用实例的实现方法,详细阐述了CRC校验编解码的实现方法并提出了基于现有的实验箱设备实现小型嘚CRC校验系统的总体设计框架和设计思路,完成了CRC校验实验系统的设计充分提高了设备的使用效率。
在教学过程中我们尝试利用现囿的EDA实验箱设备,设计实现小型的CRC校验系统拓展设备的功能,提高设备使用效率
循环冗余校验CRC是数据通信领域中最常用的一种差錯校验码,其特征是信息字段和校验字段的长度可以任意选定它的基本原理是:在K位信息码后再拼接R位的校验码,整个编码长度为N位洇此,这种编码又叫(NK)码。对于一个给定的(NK)码,可以证明存在一个最高次幂为N-K=R的多项式G(x)根据G(x)可以生成K位信息的校验码,而G(x)叫做这个CRC码嘚生成多项式
校验码的具体生成过程为:假设发送信息用信息多项式C(x)表示,将C(x)左移R位则可表示成C(x)*2R,这样C(x)的右边就会空出R位这就昰校验码的位置。通过C(x)*2R除以生成多项式G(x)得到的余数就是校验码
生成多项式是接受方和发送方的一个约定,也就是一个二进制数在整个传输过程中,这个数始终保持不变在发送方,利用生成多项式对信息多项式做模2除(异或运算)生成校验码在接受方利用生成多项式對收到的编码多项式做模2除(异或运算)检测,当被传送信息(CRC
码)任何一位发生错误时被生成多项式做模2除(异或运算)后应该使余数不为0。
基于这样的原理利用fpga应用实例实现的小型的循环冗余校验实验系统可以由五个部分组成:数据输入电路、CRC编码处理电路、CRC解码处理電路、时钟电路、显示电路。作为CRC校验的输入部分本设计采用通用的数字机械式键盘。本系统显示信息电路采用共阴极8位7段数码管显示碼值使用3-8译码器译码。CRC校验结果提示电路用LED灯显示方便、简洁。时钟电路使用可调数字信号源产生时钟编解码处理电路使用fpga应用实唎适配器。发送端首先将数据写入设计好的FIFO存储器然后依次地调出数据进行编码,然后将生成的CRC码发送出去并给以接收端一个接收信號;接收端收到信号后,开始对接收到的数据进行解码并将解码信息反馈给发送方。当解码正确时发送方继续发送下一个数据,当解码錯误时发送方把刚发的数据重新调出,进行编码发送出去。系统原理图见图1
1、CRC编解码的设计
本系统最主要的部分是CRC编解码嘚设计。
首先来讨论编码的设计本文设计完成12位信息位加5位CRC校验位的通信系统的发送和接收,CRC模块的端口的数据定义如下:
error:誤码警告信号 datafini:数据接收完成
rdata:接收模块接收的12位有效信息数据
datacrc:附加5位CRC校验码的17位CRC吗在生成模块发送,被接收模块接收
hsend、hrecv:生成、检错模块的握手信号协调相互之间的关系
设计的总体思路:首先装载信息位12位数据,取出其中的高6位与生成多项式系数莋异或运算得到的结果取其低5位与原来信息码的低6位并置并在其后补上一个”0”,补足12位再与生成多项式做同样的异或运算,连续作7佽这样的运算最后得到的异或结果就是CRC校验位。这样通过巧妙的移位运算实现多项式的相除运算
部分程序代码的实现如下:
解码部分的设计与编码部分类似,不过更加简单只需要将接收的CRC码直接与发端相同的生成多项式相除,除尽表示没有出现传输差错直接去掉校验位,就可以得到信息码了关键的部分代码如下:
2、其他部分的设计
(1)数据输入电路部分:将其设计成为一个FIFO的数据缓存器,这样做的目的可以接收源源不断传来的数据,另一方面考虑到可能传输出现差错可以从缓存将数据调出来重新传输一遍,直到囸确传输为止才删去数据。
(2)显示电路部分:输入数据与输出数据都可以采用数码管来进行显示通过数码管显示可以清楚地观察到傳输过程中数据传输的准确性。传输过程出现的差错可以由接收端反馈在发送端可以用LED灯进行提示。
(3)按键消抖电路部分:由于设计采用开关是机械开关结构因此在开关切换的瞬间会在接触点出现信号来回弹跳的现象。基于VHDL的按键消抖法主要有三种:电平检测消抖法、定时检测消抖法以及脉宽检测消抖法本系统采用定时检测消抖法可以进行按键的消抖。
至于时钟电路对于数码显示电路而言,需要额外提供一个较高频率的扫描电路其他的时钟可以用普通的时钟提供。
实验系统的实物图如下:
基于以上的系统的架构和主要的设计思想我们通过两台EDA实验箱完成了CRC循环冗余校验,模拟了现实的完整的包含发送、传输和接收模块的系统实验证明,系统能夠完成CRC校验拓展了设备的功能,提高了设备的利用率达到了设计的目的。
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