CRC碼生成與效驗電路的設計

1、沈陽航空工業(yè)學院課課 程程 設設 計計 報報 告告課程設計名稱：計算機組成原理課程設計計算機組成原理課程設計課程設計題目：CRC 碼生成與效驗電路的設計碼生成與效驗電路的設計 院（系）：計算機學院專 業(yè)：計算機科學與技術班 級：4401102學 號：200403011055姓 名：劉 鵬指導教師：李 平完成日期：2006年12月31日沈陽航空工業(yè)學院課程設計報告 -I-目目 錄錄第第 1 章章 總體設計方案總體設計方案.11.1 設計原理設計原理.11.2 設計思路設計思路.21.3 設計環(huán)境設計環(huán)境.2第第 2 章章 詳細設計方案詳細設計方案.32.1 頂層方案圖的設計與實現頂層方案圖的設計

2、與實現.32.1.1 創(chuàng)建頂層圖形設計文件創(chuàng)建頂層圖形設計文件.32.1.2 器件的選擇與引腳鎖定器件的選擇與引腳鎖定.42.2 功能模塊的設計與實現功能模塊的設計與實現.52.2.1 模模 2 除模塊的設計與實現除模塊的設計與實現.52.2.2 CRC 效驗碼模塊的設計與實現效驗碼模塊的設計與實現 .62.3 仿真調試仿真調試.7第第 3 章章 編程下載與硬件測試編程下載與硬件測試.93.1 編程下載編程下載.93.2 硬件測試及結果分析硬件測試及結果分析.9參考文獻參考文獻.11附附 錄（程序清單或電路原理圖）錄（程序清單或電路原理圖）.12沈陽航空工業(yè)學院課程設計報告 第 1 章 總體設

3、計方案-1-第 1 章 總體設計方案1.1 設計原理設計原理二進制信息位流沿一條線逐位在部件之間或計算機之間傳送稱為串行傳送。CRC 碼一般是指 k 位信息碼之后拼接 r 位校驗碼。應用 CRC 碼的關鍵是如何從 k 位信息位簡便地得到 r 位效驗位，以及如何從 k+r 位信息碼判斷是否出錯。CRC 碼生成：碼生成： 多項式 M(x)x3除以生成多項式 G(x)所得的 r 位余數為效驗位（為了得到R 位余數，G(x)必須是 r+1 位） 。然后將余數拼接在信息組左移 r 位空出的 r 位上，就構成了這個有效信息的 CRC 碼。 （因為 k=4,所以 k-1=3 位）CRC 碼效驗碼效驗：將收到

4、的循環(huán)效驗碼用約定的生成多項式 G(x)去除，如果碼字無誤則余數應為 0，如果某一位出錯，則余數不為 0，不同位數出錯余數不同。更換不同的待測碼字可以證明：余數與出錯位的對應關系是不變的，只與碼制和生成多項式有關，對于其他碼制或選用其他生成多項式，出錯模式將發(fā)生變化。 如果循環(huán)碼有一位出錯，用 G(x)作模 2 除將得到一個不為 0 的余數?？赏ㄟ^異或門將它糾正后在下一次移位時送回 A7 繼續(xù)移滿一個循環(huán)，就得到一個糾正后的碼字。M(x)=1100 G(x)=1011A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 余數出錯位正確1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 無錯誤1 1 0 0 0 1 1

5、 0 0 1 7錯誤1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 6錯誤1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 5錯誤1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 4錯誤1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 3錯誤1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 2沈陽航空工業(yè)學院課程設計報告 第 1 章 總體設計方案-2-錯誤0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1表表 1.1 CRC 碼出錯模式碼出錯模式1.2 設計思路設計思路本電路的 CRC 碼的產生與校驗由一個模 2 除法器電路，異或門，3-8 譯碼器等器件實現 CRC 的生成與校驗。移位后的信息碼與生成多項式經過模 2 除法器生成 7 位 CRC 碼

6、。校驗電路是移位后的信息碼與生成多項式相除，得到的結果通過 3-8 譯碼器與異或門進行校驗，最后與原數據進行拼接，最后輸出正確的 CRC 校驗碼。1.3 設計環(huán)境設計環(huán)境硬件環(huán)境：偉福 COP2000 型計算機組成原理實驗儀、XCV200 實驗板、微機； EDA 環(huán)境：Xilinx foundation f3.1 設計軟件。沈陽航空工業(yè)學院課程設計報告 第 2 章 詳細設計方案-3-第 2 章 詳細設計方案2.1 頂層方案圖的設計與實現頂層方案圖的設計與實現CRC 碼頂層方案圖采用原理圖設計輸入方式，電路實現基于 XCV200 可編程邏輯芯片。在完成原理圖的功能設計后，把輸入/輸出信號安排到

7、XCV200 指定的引腳上去，實現芯片的引腳鎖定。2.1.1 創(chuàng)建頂層圖形設計文件創(chuàng)建頂層圖形設計文件頂層圖形文件主要由一個求余數模 2 除法器-U18 和 3-8 譯碼器、異或門、模2 除法器封裝在一個芯片中的-U21 組成的一個完整的設計實體?？衫?Xilinx foundation f3.1 模塊實現頂層圖形文件的設計，頂層圖形文件結構如圖 2.1 所示。圖圖 2.1 CRC 碼頂層圖形文件結構碼頂層圖形文件結構沈陽航空工業(yè)學院課程設計報告 第 2 章 詳細設計方案-4-2.1.2 器件的選擇與引腳鎖定器件的選擇與引腳鎖定（1）器件的選擇）器件的選擇由于硬件設計環(huán)境是基于偉福 COP2

8、000 型計算機組成原理實驗儀和 XCV200實驗板，故采用的目標芯片為 Xlinx XCV200 軟件所包含的邏輯芯片。（2）引腳鎖定）引腳鎖定把頂層圖形文件中的輸入/輸出信號安排到 Xlinx XCV200 芯片指定的引腳上去，實現芯片的引腳鎖定，各信號及 Xlinx XCV200 芯片引腳對應關系如表 2.1 所示。沈陽航空工業(yè)學院課程設計報告 第 2 章 詳細設計方案-5-表表 2.1 信號和芯片引腳對應關系信號和芯片引腳對應關系2.2 功能模塊的設計與實現功能模塊的設計與實現電路由兩個模 2 除法器，七個異或門，3-8 譯碼器三個模塊構成，實現 CRC 碼的生成與校驗。圖形文件中的輸

9、入圖形文件中的輸入/輸出信號輸出信號XCV200 芯片引腳芯片引腳CLOCK213G1100G2101G3102G4103Z0152Z1178Z2184Z3185Z4203Z5111Z6110A199A2107A3108A4109T1124T293T399T4107T5108T6124T7125VCC95沈陽航空工業(yè)學院課程設計報告 第 2 章 詳細設計方案-6-2.2.1 模模 2 除法器模塊的設計與實現除法器模塊的設計與實現模 2 除由四個異或門和四個 T 觸發(fā)器構成，C,G1,G2,G3,G4 為輸入，Z0，Z1，Z2 為輸出，其設計過程如下。（1）創(chuàng)建模塊電路圖）創(chuàng)建模塊電路圖（2）功

10、能仿真）功能仿真對創(chuàng)建的的模 2 除法器進行功能仿真，可用 Xilinx foundation f3.1 對模塊實現。2.2.2 CRC 碼校驗模塊的設計與實現碼校驗模塊的設計與實現 本電路由一個模 2 除法器電路,3-8 譯碼器，七個異或門組成。沈陽航空工業(yè)學院課程設計報告 第 2 章 詳細設計方案-7-（1）創(chuàng)建模塊電路圖）創(chuàng)建模塊電路圖（2）功能仿真）功能仿真對創(chuàng)建的的總線輸出進行功能仿真，可用 Xilinx foundation f3.1 對模塊實現。沈陽航空工業(yè)學院課程設計報告 第 2 章 詳細設計方案-8-2.3 仿真調試仿真調試仿真調試主要驗證設計電路邏輯功能、時序的正確性，本設

11、計中主要采用功能仿真方法對設計的電路進行仿真。（1）建立仿真波形文件及仿真信號選擇）建立仿真波形文件及仿真信號選擇功能仿真時，首先建立仿真波形文件，選擇仿真信號，對選定的輸入信號設置參數，選定的仿真信號和設置的參數如表 2.2 所示。輸入輸入信號信號輸入信輸入信號號輸入信號輸入信號輸入信號輸入信號輸出信號輸出信號輸出信號輸出信號CLKVCCG1G2G3G4A1 A2 A3 A4Z0Z1Z2Z3Z4Z5Z6T1T2T3T4T5T6T70 1 11 1 0 10 0 1 1表表 2.2 仿真信號選擇和參數設置仿真信號選擇和參數設置（2）功能仿真結果與分析）功能仿真結果與分析功能仿真波形結果如圖 2

12、.2 所示，仿真數據結果如表 2.3 所示。對表 2.3 與表1.1 的內容進行對比，可以看出功能仿真結果是正確的，進而說明電路設計的正確性。沈陽航空工業(yè)學院課程設計報告 第 2 章 詳細設計方案-9-圖圖 2.2 功能仿真波形結果功能仿真波形結果輸入輸入信號信號輸入信輸入信號號輸入信號輸入信號輸入信號輸入信號輸出信號輸出信號輸出信號輸出信號CLKVCCG1G2G3G4A1 A2 A3 A4Z0Z1Z2Z3Z4Z5Z6T1T2T3T4T5T6T70 1 11 1 0 10 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1表表 2.3 仿真數據結果仿真數據結果沈陽航空工業(yè)學院課

13、程設計報告 第 3 章 編程下載與硬件測試-10-第 3 章 編程下載與硬件測試3.1 編程下載編程下載利用 Xilinx ISE 的編程下載功能，將得到的*.bit 文件下載到 XCV200 實驗板的 XCV200 可編程邏輯芯片中。3.2 硬件測試及結果分析硬件測試及結果分析利用 XCV200 實驗板進行硬件功能測試。 其對應關系如表 3.1 所示。表表 3.1 XCV200 實驗板信號對應關系實驗板信號對應關系利用表 2.2 中的輸入參數作為輸入數據，逐個測試輸出結果，即用 XCV200實驗板的開關 K1、K2、K3 輸入數據，觀察 LED1 和 LED2 的輸出，得到如下表 XCV20

14、0 芯片引腳信號芯片引腳信號XCV200 實驗板實驗板XCV200 實驗板實驗板AK0:5A0CLKCLOCKA2G0K0:1A3G1K0:2A4G2K0:3A5G3K0:4A6沈陽航空工業(yè)學院課程設計報告 第 3 章 編程下載與硬件測試-11-硬件測試后結果如圖 3.1 示 ： 輸入信號輸入信號輸出信號輸出信號K0:8A0A1A2A3A4A5A6111000000011000011011000001011000001011000001011沈陽航空工業(yè)學院課程設計報告 第 3 章 編程下載與硬件測試-12-沈陽航空工業(yè)學院課程設計報告 參考文獻-13-參考文獻1 曹昕燕. EDA 技術實驗與

15、課程設計M.北京：清華大學出版社，20062 范延濱.微型計算機系統(tǒng)原理、接口與 EDA 設計技術M.北京：北京郵電大學出版社，20063 王愛英.計算機組成與結構(第 4 版)M.北京：清華大學出版社，20064 王愛英.計算機組成與結構 (第 2 版)M.北京：清華大學出版社，20005 江國強，EDA 技術與應用M北京：電子工業(yè)出版社，20046 侯伯亨 顧新，VHDL 硬件描述語言與數字邏輯電路設計M西安，西安電科技大學出版社，19997 莊鎮(zhèn)泉 胡慶生，電子設計自動化M北京，科學出版社，2000 沈陽航空工業(yè)學院課程設計報告 附 錄-14-附 錄（電路原理圖）沈陽航空工業(yè)學院課程設計報告-15-課程設計總結：課程設計總結：主要從以下幾方面總結：1設計過程中出現的問題及采用的解決方法；2設計達到的目的；3感受。這次課設我的收獲很多，在一開始的幾天中一直沒什么頭緒，不知道該從哪處下手去做。光是憑借著自己想所以浪費了很多時間還沒什么進展。后來自己查了幾本書，知道了大概的步驟和電路圖。但