基于USB的CRC算法及其VHDL實(shí)現(xiàn)

1、基于USB的CRC算法及其VHDL實(shí)現(xiàn)     1概述    在數(shù)據(jù)通信中，由于隨機(jī)噪聲和干擾等因素的影響可能會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤。為了檢測(cè)這類(lèi)錯(cuò)誤，一方面可采用硬件措施來(lái)提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，另一方面也可以在?shù)據(jù)包中加人檢測(cè)位來(lái)檢測(cè)數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中是否發(fā)生錯(cuò)誤。檢測(cè)的方法很多，常用的有奇偶校驗(yàn)、重復(fù)碼校驗(yàn)、恒碼比校驗(yàn)、行列冗余碼校驗(yàn)等，這些方法都是通過(guò)增加數(shù)據(jù)的冗余量，將數(shù)據(jù)和校驗(yàn)碼一起發(fā)送到接收端。接收端對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相同的校驗(yàn)，將算出的校驗(yàn)碼和接收到的校驗(yàn)碼進(jìn)行比較，如果相同則認(rèn)為傳輸正確，若不同，則認(rèn)為數(shù)據(jù)包已經(jīng)損

2、壞。循環(huán)冗余校驗(yàn)(Cyclic Redundancy Check)是由分組線(xiàn)性碼的分支而來(lái)的，其主要應(yīng)用于二元碼組。編碼簡(jiǎn)單且誤判率低，在數(shù)據(jù)通信中應(yīng)用廣泛。    VHDL是目前應(yīng)用廣泛的硬件描述語(yǔ)言之一，用于數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)。應(yīng)用VHDL可以進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)的仿真、設(shè)計(jì)、時(shí)序分析和邏輯綜合等，是EDA技術(shù)中主要的輸人工具。隨著EDA技術(shù)的普及和發(fā)展，VHDL在嵌人式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。2循環(huán)冗余碼原理       CRC校驗(yàn)采用多項(xiàng)式編碼的方法，需要一個(gè)生成多項(xiàng)式，生成多項(xiàng)式通常用:次二進(jìn)制多項(xiàng)式g(x)=b1x

3、r+br-1xr-1+.+b1+bo來(lái)定義，其中bi=0或l,i=1,2,.,r。多項(xiàng)式的乘除法過(guò)程與普通代數(shù)多項(xiàng)式的乘除法相同。多項(xiàng)式的加減法以2為模，加減時(shí)不進(jìn)/借位時(shí)，和邏輯異或運(yùn)算一致。 設(shè)被處理的數(shù)據(jù)塊t(x)可以看成是一個(gè)m位的二進(jìn)制多項(xiàng)式am-1xm-1+ am-2xm-2+.+ amx +a0 . CRC校驗(yàn)碼的編碼方法是用發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)t(x)除以生成多項(xiàng)式g(x)，將最后的余數(shù)作為CRC校驗(yàn)碼。其實(shí)現(xiàn)如下: (1)設(shè)待發(fā)送的數(shù)據(jù)塊是m位多項(xiàng)式t(x)，生成多項(xiàng)式為r階的g(x)。在數(shù)據(jù)塊2(x)的末尾添加r個(gè)0,數(shù)據(jù)塊的長(zhǎng)度增加到m+r，對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制多項(xiàng)式可記為xrt(x

4、) o (2)用生成多項(xiàng)式g(x)去除xrt(x)，求得的余數(shù)為階數(shù)為r-1階的二進(jìn)制多項(xiàng)式Y(jié)(x), Y(x)就是t(x)經(jīng)過(guò)多項(xiàng)式g(x)編碼的CRC校驗(yàn)碼。 (3)用xrt(x)以模2的方式減去y (x)，得到二進(jìn)制多項(xiàng)式xrt1(x)o xrt1 (x)就是包含CRC校驗(yàn)碼的待發(fā)的字符串。 解碼時(shí)可以用接收到的數(shù)據(jù)除以g(x)，如果余數(shù)為0，表示傳輸沒(méi)有錯(cuò)誤;如果余數(shù)不為。，則在傳輸過(guò)程中肯定存在錯(cuò)誤。xrt1 (x)可以看成是由t(x)和CRC校驗(yàn)碼的組合，解碼時(shí)將接收到的二進(jìn)制數(shù)據(jù)去掉尾部的r位數(shù)據(jù)，得到的就是原始數(shù)據(jù)t(x)o3 USB協(xié)議中CRC的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)在USB協(xié)議中，循環(huán)

5、冗余校驗(yàn)用來(lái)在令牌和數(shù)據(jù)包中保護(hù)所有的非PID字段，檢測(cè)傳輸中數(shù)據(jù)是否發(fā)生錯(cuò)誤。其中包括兩種類(lèi)型的CRC校驗(yàn):5位CRC校驗(yàn)和16位CRC校驗(yàn)。令牌包采用5位CRC校驗(yàn)，數(shù)據(jù)包采用16位CRC校驗(yàn)。5位CRC校驗(yàn)采用的生成多項(xiàng)式為:g(x)=x5+x2+1其比特模型為00101.16位CRC校驗(yàn)使用的生成多項(xiàng)式是:g(x)=x16+x15+x2    5位CRC校驗(yàn)和16位CRC校驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法完全類(lèi)似，以下僅以5位CRC校驗(yàn)為例進(jìn)行設(shè)計(jì)。3.1  5位串行CRC校驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)    通常CRC校驗(yàn)可以通過(guò)線(xiàn)性反饋移位

6、寄存器(LFSRs)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，串行5位CRC校驗(yàn)可以采用一個(gè)5位移位寄存器，幾個(gè)異或門(mén)和一條反饋回路實(shí)現(xiàn)。根據(jù)USB協(xié)議中的規(guī)定，;位寄存器初始值置為全"1"，輸人的串行數(shù)據(jù)比特先與移位存器的最高位進(jìn)行異或，然后移位寄存器左移一位，并把右;的最低位置為"0"。如果前面異或結(jié)果為"1"，則把移位寄·器和代表生成多項(xiàng)式的比特模型00101進(jìn)行異或，異或的結(jié);作為新的寄存器值;如果為"0"，則不需要這步操作。由X由0=X，因此無(wú)論是否要與生成多項(xiàng)式的比特模型進(jìn)行或，除了第2位和第0位之外，移位寄存器的其余三位始終持不變。通過(guò)反復(fù)的移位和進(jìn)行CRC的除法，那么最該寄存:中的值去掉最高一位就是所要求的余數(shù)。實(shí)現(xiàn)串行CRC校驗(yàn)的VHDL函數(shù)(CRCS_D1)設(shè)計(jì)如下:      圖1是串行校驗(yàn)函數(shù)CRCS_ D1在Quartos I