CRC编解码要点

通信系统课程设计报告第1页共15页目录序言……………………………………………………………………………………………2第一章通信系统课程设计要求要求和方案…………………………………31.1通信系统课程设计总体要求…………………………………………………………31.2课程设计题目……………………………………………………………………………31.3CRC编解码器设计方案…………………………………………………………………3第二章QuartusⅡ简介……………………………………………………………52.1QuartusII简介………………………………………………………………………5第三章(24，16）CRC循环码编解码器的设计……………………………73.1CRC循环校验码的基本原理…………………………………………………………73.1.1CRC校验码的生成……………………………………………………………………73.2（24，16）CRC循环码编解码器的实现……………………………………………73.2.1CRC-8生成多项式………………………………………………………………73.2.2（24，16）CRC循环码编码器的设计……………………………………………83.2.3（24，16）CRC循环码解码器的设计…………………………………………93.2.4（24，16）CRC循环冗余校验码编解码器总图………………………………11体会与心得…………………………………………………………………………………12参考文献……………………………………………………………………………………13附录…………………………………………………………………………………………14通信系统课程设计报告第2页共15页序言CRC校验码是数据通信领域中最常用的一种差错校验码，其特征是信息字段和校验字段的长度可以任意选定。CRC校验码，在早期的通信中运用广泛，因为早期的通信技术不够可靠（不可靠性的来源是通信技术决定的，比如电磁波通信时受雷电等因素的影响），不可靠的通信就会带来“确认信息”的困惑，所以对通信的可靠性检查就需要“校验”，校验是从数据本身进行检查，它依靠某种数学上约定的形式进行检查，校验的结果是可靠或不可靠，如果可靠就对数据进行处理，如果不可靠，就丢弃重发或者进行修复。通常，数据通信中的编码可以分为两大类，分别是信源编码和信道编码。在实际应用中，为了提高数据通信的可靠性而采取的编码称为信道编码，也称做抗干扰编码。一般来讲，数据通信要求传输过程中的误码率应该足够低，这样才能真正符合实际应用的具体要求，为了降低数据通信线路传输的误码率，通常有改善数据通信线路传输质量和差错检测控制两种方法。CRC校验码码的作用是：发送方发送的数据发送给了接收方，但是由于在传输过程中信号干扰，可能出现错误的码，造成的结果就是接收方不清楚收到的数据是否就是发送方要发的数据，所以就有了CRC校验码。CRC也是数据通信领域中最常用的一种差错校验码，其特征是信息字段和校验字段的长度可以任意选定。它是利用除法及余数的原理来作错误侦测的。实际应用时，发送装置计算出CRC值并随数据一同发送给接收装置，接收装置对收到的数据重新计算CRC并与收到的CRC相比较，若两个CRC值不同，则说明数据通讯出现错误。本次课程设计主要设计（24，16）校验码的编码与解码，主要内容是通过Quartus软件，采用原理图输入法，分别完成相应的编码和解码；最后将编码和解码电路图结合，检查编码解码过程是否发生错误。通过课程设计验证CRC校验码的检错纠错功能。通信系统课程设计报告第3页共15页第一章通信系统课程设计总体要求和方案1.1通信系统课程设计总体要求1、根据题目要求的功能进行设计；设计出整体电路图和流程框图；2、设计的电路图的每个组成部分须有设计说明；以及整体电路概述；3、采用原理图或VHDL语言输入法，在计算机上进行编译和软件仿真。1.2课程设计题目（24，16）CRC循环码编解码器设计（2人合作）1、采用原理图输入法。2、根据CRC循环码的编解码原理，确定编解码器具体设计方案。3、设计（24，16）CRC循环码编解码器电路图。4、调试及彷真时序波形。1.3CRC编解码器设计方案本次设计中，CRC编码采用移位计算法。移位计算法就是直接模拟CRC校验码基本原理中除法的过程，来得到余数从而得到即CRC值。设生成多项式g(x)有r位，由于最高位是要一直消掉的，所以只需要一个r位的寄存器。通信系统课程设计报告第4页共15页图1移位算法实现框图由R0~Rr-1构成的CRC寄存器是一个r位移位寄存器组，用来存储r位的CRC校验码R(x)。运算控制开关g1~gr-1的位置与生成多项式G(x)的系数相关，对应系数1的开关接通反馈支路，否则接地。编解码前清零CRC寄存器，在时钟驱动下，待校验的信息码B(x)经运算处理逐位移入CRC寄存器中，当信息码全部输入之后，CRC寄存器中存放的值即为生成的CRC码。另只须输出开关C开始接下端，在时钟驱动下逐位输出待校验的k位信息码B(x)，然后改接上端，再逐位将CRC寄存器中的校验码R(x)输出。该算法原理简单，易于硬件实现。通信系统课程设计报告第5页共15页第二章QuratusII简介2.1QuartusII简介QuartusII是Altera公司开发的综合性PLD/FPGA开发软件，支持原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。图2Quartus软件打开后的界面QuartusII的优点：QuartusII提供了完全集成且与电路结构无关的开发包环境，具有数字逻辑设计的全部特性，包括：（1）可利用原理图、结构框图、VerilogHDL、AHDL和VHDL完成电路描述，并将其保存为设计实体文件；（2）可用于芯片（电路）平面布局连线编辑；（3）是一款功能强大的逻辑综合工具；完备的电路功能仿真与时序逻辑仿真工具；（4）支持软件源文件的添加和创建，并将它们链接起来生成编程文件；通信系统课程设计报告第6页共15页（5）使用组合编译方式可一次完成整体设计流程；自动定位编译错误；（6）是一款高效的期间编程与验证工具；（7）可读入标准的EDIF网表文件、VHDL网表文件和Verilog网表文件；（8）QuartusII能生成第三方EDA软件使用的VHDL网表文件和Verilog网表文件。该软件界面友好，使用便捷，功能强大，是一个完全集成化的可编程逻辑设计环境，是先进的EDA工具软件。QuartusII可以在XP、Linux以及Unix上使用，提供了完善的用户图形界面设计方式。具有运行速度快，界面统一，功能集中，易学易用等特点。作为一种可编程逻辑的设计环境,由于其强大的设计能力和直观易用的接口，越来越受到数字系统设计者的欢迎。使用软件时，我们可以双击桌面快捷方式图标，打开软件进行编辑。参照设计方案与软件结合使用，我们选择移位计算法来设计CRC-8循环码的编解码器。该方法简单实用，易于quartus进行硬件电路的设计仿真。通信系统课程设计报告第7页共15页第三章（24，16）CRC循环码编解码器的设计3.1CRC循环校验码的基本原理CRC码共由两部分构成：k位有效信息数据和r位CRC校验码。其中r位CRC校验码是信息数据移位所得序列被一个事先选择的r+1位“生成多项式”相除后得到，r位余数即为CRC码的校验码，此处的除法就是“模2”除运算,即不考虑进借位。每组CRC码都有自己的生成多项式G(X)（一个r阶多项式），循环码中每一个码字都可由这个生成多项式得到。3.1.1CRC校验码的生成校验码的具体生成过程为：（1）设发送的信息码用多项式m(x)表示，它的生成多项式为g（x）。则m(x)的最高次项为k-1。将m(x)乘以xn-k,得到m(x)*xn-k；（2）用xn-k*m(x)去模2除g(x)，得到余式r(x)，即r（x）=m（x）*xn-k[modg（x）]r(x)的次数必小于g(x)的次数，即小于n-k。（3）将余式加于信息位之后作为监督位，即将r(x)与xn-k*m(x)相加，得到的多项式为码多项式，因为它必能被g(x)整除，且商的次数不大于k-1。因此循环码的码多项式可表示为T(x)=m(x)*xn-k+r(x)其中，xn-k*m(x)代表信息位；r(x)是m（x）*xn-k与g(x)模2相除得到的余式，代表监督位。3.2（24，16）CRC循环码编解码器的实现3.2.1CRC-8生成多项式生成多项式特点如下：通信系统课程设计报告第8页共15页（1）g（x）是常数项为1的且r=n-k次，也是循环码中次数最低的多项式；（2）所有许用码组多项式都是g（x）的倍式；（3）g（x）是xn+1的一个因式。CRC-8的生成多项式为：g（x）=x8+x5+x4+1或g（x）=x8+x2+x+13.2.2（24，16）CRC循环码编码器的设计CRC循环码的生成多项式并不唯一，在设计中我们选择g(x)=x8+x5+x4+1作为（24，16）CRC循环码的生成多项式。（1）编码步骤如下：①将m(x)乘以xn-k②求余式r(x)=m(x)*xn-k[modg(x)]③求码多项式T(x)=m(x)*xn-k+r(x)（2）具体电路图如下：图3（24，16）CRC循环编码器电路图4（24，16）CRC编码器电路封装(3)电路工作原理:①g（x）的最高次数r等于移位寄存器的级数；g（x）的非零系数对应移位寄存器的反馈抽头。通信系统课程设计报告第9页共15页②执行时，首先将移位寄存器清零，前16位信息位输入时，门1断开，门2接通，直接输出信息码元，同时送入移位寄存器进入除法运算。③第16位移位脉冲到来时，将除法电路运算所得的余数存入移位寄存器。第17-24次移位时，门1接通，门2断开，输出监督码。输入的信息元不同，得到的码元序列也不同。由附录可见：若信息码为1111111100001111，可以得到信息序列为111111110000111110101111；若信息码为1010101010101010，可以得到信息序列为101010101010101000110110。若信息码为0000000011111111，可以得到信息序列为000000001111111110101100；编码仿真结果波形为：图5输入信息码为1111111100001111时的仿真波形由图可知，得到的循环码与计算所得结果一致，证明了编码器设计无误，符合基本要求。3.2.3（24，16）CRC循环码解码器的设计具体电路图如下：通信系统课程设计报告第10页共15页图6（24，16）CRC循环解码器电路图7（24，16）CRC解码器电路封装解码仿真结果波形为：图8信息码为111111110000111110101111时的解码波形分析：当接收端信息为111111110000111110101111时，输出从第25个时钟开始，由于图中每个周期为20us，所以从480us开始观察可以发现输出z为正确信息序列，且信号位z1为低电平，说明解码正确。又如输入错误码组：110111110000111110101111时：通信系统课程设计报告第11页共15页图9输入错误码组时的解码波形波形分析：如图，当输入信息为110111110000111110101111即错误序列码组时，输出从第25个时钟开始，输出z为接收信息，与输入信息一致，然而信号位z1为高电平，表明接收误码。3.2.4（24，16）CRC循环冗余校验码编解码器总图将CRC编解码时建模的图形连接在一起，组成（24，16）CRC循环编解码器。如下所示：图10（24，16）CRC循环编解码器通信系统课程设计报告第12页共15页体会与心得课程设计是培养学生综合运用所学知识发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对我们的实际工作能力的具体训练和考察过程，本次课程设计从开始到验收检查花费了大概一周时间，查阅了很多相关资料和书籍