FPGA學(xué)習(xí)之CRC校驗(yàn)

一、CRC原理。

CRC校驗(yàn)的原理非常簡(jiǎn)單，如下圖所示。

其中，生成多項(xiàng)式是利用抽象代數(shù)的一些規(guī)則推導(dǎo)出來(lái)的，而模2加（也就是異或），是對(duì)應(yīng)于有限域的除法。

二、CRC算法。

那么在FPGA當(dāng)中，也有好幾種算法。

1、比特型算法。

這種算法，跟手算的差不多，一個(gè)時(shí)鐘周期處理一個(gè)bit，速度慢，但消耗的面積小。

可能你會(huì)有疑問(wèn)，本來(lái)是第15位（對(duì)應(yīng)于x^15），再移位就是第16位，怎樣把第16位轉(zhuǎn)化成低于16位的數(shù)？

利用生成多項(xiàng)式就可以了，crc16 ：1+x^2+x^15+x^16，類(lèi)似于小學(xué)數(shù)學(xué)的約分。

下圖為關(guān)鍵的代碼。

2、字節(jié)型算法。

原理是把上面比特型的算法展開(kāi)，一次性把8個(gè)bit的情況都列出來(lái)，化簡(jiǎn)，如下圖所示（只列出關(guān)鍵的代碼）。

字節(jié)型算法的使用方法跟比特型類(lèi)似，只是一次處理8個(gè)bit，算出來(lái)的crc，也要留在寄存器里面（LSFR）。

3、查表法。

跟字節(jié)型算法類(lèi)似，把所有情況都算出來(lái)，存在一個(gè)表里，來(lái)一個(gè)byte查一次表。

三、常用工具。

介紹幾個(gè)常用的crc工具（前4個(gè)為在線(xiàn)工具），除了可以計(jì)算crc以外，有的還可以自動(dòng)生成c、verilog、vhdl代碼。??

1、CRC calculation

2、CRC Generator

3、On-line CRC calculation

4、Easics

5、CRC計(jì)算器

6、格西計(jì)算器

四、CRC參數(shù)模型。

從上面兩張圖，可以看出來(lái)，這個(gè)CRC-DNP算出來(lái)的結(jié)果不為0（跟我們常識(shí)中的CRC不一樣）。

其實(shí)，這只是有少量改動(dòng)的CRC而已，于是得到CRC的參數(shù)模型，如下圖所示。

Name：CRC名稱(chēng)。

Width：CRC寄存器的位寬。

Poly：生成多項(xiàng)式（這里用16進(jìn)制表示）。

Init：CRC寄存器初始值（圖中為全0）。

RefIn：True代表每個(gè)輸入的字節(jié)都倒置（原本是bit0的，換成bit7；原本是bit1的，換成bit6）。False代表不倒置。

RefOut：True代表在輸出CRC結(jié)果之前，把CRC寄存器倒置。False代表不倒置。

XorOut：執(zhí)行完RefOut之后，異或全0或者全1，（圖中為異或全0）。

好了，搞懂CRC參數(shù)模型，才算是真正搞懂CRC，而不像書(shū)本上說(shuō)的那么膚淺。

其中有的CRC寄存器初始值設(shè)置為全1，如以太網(wǎng)的CRC32，目的就是為了能檢測(cè)出數(shù)據(jù)前面的0的個(gè)數(shù)。1234算出來(lái)的CRC，跟01234算出來(lái)的，不一樣，這就能應(yīng)對(duì)前面帶0的數(shù)據(jù)了。

此外，CRC的生成多項(xiàng)式，也有可能倒置，所以必須以參數(shù)模型中Poly的值為準(zhǔn)。

五、Verilog/VHDL的仿真和綜合。

如下圖所示，輸入2個(gè)0x30，算出來(lái)的CRC32結(jié)果跟工具的一樣。

關(guān)鍵的地方，在于倒置。

仿真器和綜合器，支持的語(yǔ)法不同，所以在寫(xiě)倒置的時(shí)候，可能要嘗試各種不同的寫(xiě)法（試出來(lái)），如果你使用工具不支持的語(yǔ)法，出來(lái)的結(jié)果可能是未知。

以下給出幾種，可以嘗試的寫(xiě)法。

1、reg [7:0] A;
???? reg [0:7] B;
???? assign A=B;
2、reg [7:0] A,B;
?????assign A = {B[0],B[1],B[2],B[3],B[4],B[5],B[6],B[7]};

3、reg [7:0] A,B;
?????assign A[0] = B[7];

assign A[1] = B[6];

assign A[2] = B[5];

assign A[3] = B[4];

assign A[4] = B[3];

assign A[5] = B[2];

assign A[6] = B[1];

assign A[7] = B[0];

4、reg [7:0] A,B;

integer i = 0;

for (i = 0; i <= 7; i = i + 1) begin
?? ??? ??? ???? A[i] <= B[7-i] ^ 1'b1; //?RefIn為False時(shí)，使用A[i] <= B[7-i];
?? ?? end

不管是把輸入數(shù)據(jù)倒置，還是把CRC寄存器倒置，原理都是一樣的。

上面第三點(diǎn)的常用工具所生成的代碼，都沒(méi)做這一步的功能。使用時(shí)，請(qǐng)注意。

此外，在使用邏輯分析儀，查看CRC寄存器的數(shù)據(jù)時(shí)（比如，我這里是32位的reg變量oCrcOut），直接看oCrcOut結(jié)果是錯(cuò)誤的，但是看下一模塊的輸入端口，卻是正確的（中間有綜合器生成的電路）。

六、其它。

利用CRC算出來(lái)的值，不一定要為0才能使用，不為0也一樣使用的（發(fā)送端跟接收端算出來(lái)的結(jié)果一樣即可）。

一般，書(shū)上寫(xiě)的CRC參數(shù)模型初始值為全0，RefIn和RefOut為False，XorOut為全0。這樣，接收端算出來(lái)的CRC結(jié)果為0。

更多的參數(shù)模型，可以下載第三點(diǎn)，常用工具的第5個(gè)工具，此工具包含21個(gè)CRC參數(shù)模型。

審核編輯 ：李倩

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