循环冗余校验在数据通信中的应用

　　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。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。

　　循环冗余校验码（CRC）的基本原理是：在K位信息码后再拼接R位的校验码，整个编码长度为N位，因此，这种编码又叫（N，K）码。对于一个给定的（N，K）码，可以证明存在一个次幂为N-K=R的多项式G(x)。根据G(x)可以生成K位信息的校验码，而G(x)叫做这个CRC码的生成多项式。

　　校验码的具体生成过程为：假设发送信息用信息多项式C(X)表示，将C(x)左移R位，则可表示成C(x)*2R，这样C(x)的右边就会空出R位，这就是校验码的位置。通过C(x)*2R除以生成多项式G(x)得到的余数就是校验码。

　　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

　　表1. 采用分组差错校验的ADI 器件示例

产品型号	描述
AD5360/AD5361	16通道、16 位/14 位、±10 V DAC
AD5362/AD5363	8通道、16 位/14 位、±10 V DAC
AD5748	电流/电压输出驱动器，适合工业应用
AD5749	电流输出驱动器，适合工业应用
AD5750/AD5750-1	电流/电压输出驱动器，输出范围可编程，适合 工业应用
AD5751	电流/电压输出驱动器，适合工业应用
AD5755/AD5735	4通道、16 位、4 mA 至20 mA 电流和电压输出 DAC
AD5757/AD5737	4通道、16 位、4 mA 至20 mA 电流输出DAC
ADT7470	温度传感器集线器和风扇控制器

 

　　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 与个结果左侧的逻辑1 对齐，重复上述 步骤。，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。

　　

　　图2. 生成24 位数（（0x654321））的校验和

　　结论

　　图2 中的示例采用（十六进制）值0x654321 作为24 位数据字。 对该数据应用CRC-8 多项式可生成校验和0x86。数据和校验 和发送至兼容的ADI 公司产品时，只有两段数据都正确到达， 该数据才会被接收。此方法提高了数据传输的可靠性，并可确 保遭破坏的数据几乎永远不会被接收。