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教學:FPGA學習之CRC校驗

2022-08-30
來源:FPGA設計論壇
關鍵詞: 寄存器 CRC校驗 FPGA

  一、CRC原理。

  CRC校驗的原理非常簡單,如下圖所示。

 5cefc25a-2505-11ed-ba43-dac502259ad0.png

  其中,生成多項式是利用抽象代數的一些規則推導出來的,而模2加(也就是異或),是對應于有限域的除法。

  二、CRC算法。

  那么在FPGA當中,也有好幾種算法。

  1、比特型算法。

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  這種算法,跟手算的差不多,一個時鐘周期處理一個bit,速度慢,但消耗的面積小。

  可能你會有疑問,本來是第15位(對應于x^15),再移位就是第16位,怎樣把第16位轉化成低于16位的數?

  利用生成多項式就可以了,crc16 :1+x^2+x^15+x^16,類似于小學數學的約分。

  下圖為關鍵的代碼。

  

5d4624ba-2505-11ed-ba43-dac502259ad0.png

  2、字節型算法。

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

 5d64221c-2505-11ed-ba43-dac502259ad0.png

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

  3、查表法。

  跟字節型算法類似,把所有情況都算出來,存在一個表里,來一個byte查一次表。

  三、常用工具。

  介紹幾個常用的crc工具(前4個為在線工具),除了可以計算crc以外,有的還可以自動生成c、verilog、vhdl代碼。

  1、CRC calculaTIon

  2、CRC Generator

  3、On-line CRC calculaTIon

  4、Easics

  5、CRC計算器

  6、格西計算器

  四、CRC參數模型。

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

  其實,這只是有少量改動的CRC而已,于是得到CRC的參數模型,如下圖所示。

  

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  Name:CRC名稱。

  Width:CRC寄存器的位寬。

  Poly:生成多項式(這里用16進制表示)。

  Init:CRC寄存器初始值(圖中為全0)。

  RefIn:True代表每個輸入的字節都倒置(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結果之前,把CRC寄存器倒置。False代表不倒置。

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

  好了,搞懂CRC參數模型,才算是真正搞懂CRC,而不像書本上說的那么膚淺。

  其中有的CRC寄存器初始值設置為全1,如以太網的CRC32,目的就是為了能檢測出數據前面的0的個數。1234算出來的CRC,跟01234算出來的,不一樣,這就能應對前面帶0的數據了。

  此外,CRC的生成多項式,也有可能倒置,所以必須以參數模型中Poly的值為準。

  五、Verilog/VHDL的仿真和綜合。

  如下圖所示,輸入2個0x30,算出來的CRC32結果跟工具的一樣。

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  關鍵的地方,在于倒置。

  仿真器和綜合器,支持的語法不同,所以在寫倒置的時候,可能要嘗試各種不同的寫法(試出來),如果你使用工具不支持的語法,出來的結果可能是未知。

  以下給出幾種,可以嘗試的寫法。

  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,使用A[i] <= B[7-i];

  end

  不管是把輸入數據倒置,還是把CRC寄存器倒置,原理都是一樣的。

  上面第三點的常用工具所生成的代碼,都沒做這一步的功能。使用時,請注意。

  此外,在使用邏輯分析儀,查看CRC寄存器的數據時(比如,我這里是32位的reg變量oCrcOut),直接看oCrcOut結果是錯誤的,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算出來的值,不一定要為0才能使用,不為0也一樣使用的(發送端跟接收端算出來的結果一樣即可)。

  一般,書上寫的CRC參數模型初始值為全0,RefIn和RefOut為False,XorOut為全0。這樣,接收端算出來的CRC結果為0。

  更多的參數模型,可以下載第三點,常用工具的第5個工具,此工具包含21個CRC參數模型。



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