循环冗余校验确保正确的数据通信

发表于 2012/2/29 9:49:58 阅读（1960）

作者：Ken Kavanagh

在工业环境中，电子系统通常工作在极端的温度条件下，或处于电子噪声环境，或是其它恶劣条件，而系统在这种条件下能否正常工作至关重要。举例来说，如果发送给控制机器臂位置的DAC 的数据遭到破坏，机器臂就会按非预期的方向移动，这不仅危险，而且代价巨大。试想一下，机器臂如果砸到生产线上的新车，或者更糟，砸到生产工人，后果会怎样？

有几种方法可以确保收到正确数据后才执行动作。最简单的方式就是控制器回读所发送的数据。如果接收的数据与发送的数据不匹配，则说明其中一者已受到破坏，必须发送新数据并进行验证。这种方法的确可靠，但产生的开销也很大，每段数据都必须经过验证，传输的数据量要翻一倍。

另一种替代方法是循环冗余校验（CRC），即随每个数据包发送一个校验和（checksum），接收器就会指示是否存在问题，所以控制器无需验证接收。校验和一般通过向数据应用一个多项式方程式来生成。应用于一个24 位字时，CRC-8 可产生一个8 位校验和。将校验和与数据组合在一起，全部32 位都发送到能够分析该组合的器件，并指示是否出错——这种方法虽然不是无可挑剔解决方案，但却比读写方法更加高效。

ADI 公司的众多DAC 都采用了分组差错校验（PEC）的形式来实现CRC。不需要PEC 功能时，则写入24 位数据。要添加 PEC 功能，24 位数据需增加相应的8 位校验和。如果接收的校验和与数据不一致，输出引脚被拉低，指示存在错误。控制器清除错误，使引脚返回高电平，并重新发送数据。图1 所示为如何用SPI 接口应用数据的示例。表1 列出了能够采用分组差错校验的ADI 器件示例。

图1. 采用和不采用分组差错校验的SPI 写入

生成分组差错校验和
CRC-8 算法采用多项式 C(x) = x⁸ + x² + x¹ + 1. For x = 2时，此式等于二进制值100000111。要生成校验和，需将24 位数据左移 8 位，产生一个后8 位为逻辑0 的32 位数。对齐CRC 多项式，使其MSB 与该32 位数据最左侧的逻辑1 对齐。对该数据施加一个异或（XOR）函数，以产生一个新（更短）的数字。（数字匹配得到逻辑0，不匹配得到逻辑1。）再次对齐CRC 多项式，使其MSB 与第一个结果最左侧的逻辑1 对齐，重复上述步骤。最后，原始数据将减少至小于CRC 多项式的值。此值即是8 位校验和。图2 演示了推演校验和的方法。