一、CRC原理。
CRC校验的原理非常简单,如下图所示。
其中,生成多项式是利用抽象代数的一些规则推导出来的,而模2加(也就是异或),是对应于有限域的除法。
二、CRC算法。
那么在FPGA当中,也有好几种算法。
1、比特型算法。
这种算法,跟手算的差不多,一个时钟周期处理一个bit,速度慢,但消耗的面积小。
可能你会有疑问,本来是第15位(对应于x^15),再移位就是第16位,怎样把第16位转化成低于16位的数?
利用生成多项式就可以了,crc16 : 1+x^2+x^15+x^16,类似于小学数学的约分。
下图为关键的代码。
2、字节型算法。
原理是把上面比特型的算法展开,一次性把8个bit的情况都列出来,化简,如下图所示(只列出关键的代码)。
字节型算法的使用方法跟比特型类似,只是一次处理8个bit,算出来的crc,也要留在寄存器里面(LSFR)。
3、查表法。
跟字节型算法类似,把所有情况都算出来,存在一个表里,来一个byte查一次表。
三、常用工具。
介绍几个常用的crc工具(前4个为在线工具),除了可以计算crc以外,有的还可以自动生成c、verilog、vhdl代码。
4、Easics
5、CRC计算器
6、格西计算器
四、CRC参数模型。
从上面两张图,可以看出来,这个CRC-DNP算出来的结果不为0(跟我们常识中的CRC不一样)。
其实,这只是有少量改动的CRC而已,于是得到CRC的参数模型,如下图所示。
Name:CRC名称。
Width:CRC寄存器的位宽。
Poly:生成多项式(这里用16进制表示)。
Init:CRC寄存器初始值(图中为全0)。
RefIn:True代表每个输入的字节都倒置(原本是bit0的,换成bit7;原本是bit1的,换成bit6)。False代表不倒置。
RefOut:True代表在输出CRC结果之前,把CRC寄存器倒置。False代表不倒置。
XorOut:执行完RefOut之后,异或全0或者全1,(图中为异或全0)。
好了,搞懂CRC参数模型,才算是真正搞懂CRC,而不像书本上说的那么肤浅。
其中有的CRC寄存器初始值设置为全1,如以太网的CRC32,目的就是为了能检测出数据前面的0的个数。1234算出来的CRC,跟01234算出来的,不一样,这就能应对前面带0的数据了。
此外,CRC的生成多项式,也有可能倒置,所以必须以参数模型中Poly的值为准。
五、Verilog/VHDL的仿真和综合。
如下图所示,输入2个0x30,算出来的CRC32结果跟工具的一样。
关键的地方,在于倒置。
仿真器和综合器,支持的语法不同,所以在写倒置的时候,可能要尝试各种不同的写法(试出来),如果你使用工具不支持的语法,出来的结果可能是未知。
以下给出几种,可以尝试的写法。
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为False时,使用A[i] <= B[7-i];
end
不管是把输入数据倒置,还是把CRC寄存器倒置,原理都是一样的。
上面第三点的常用工具所生成的代码,都没做这一步的功能。使用时,请注意。
此外,在使用逻辑分析仪,查看CRC寄存器的数据时(比如,我这里是32位的reg变量oCrcOut),直接看oCrcOut结果是错误的,但是看下一模块的输入端口,却是正确的(中间有综合器生成的电路)。
六、其它。
利用CRC算出来的值,不一定要为0才能使用,不为0也一样使用的(发送端跟接收端算出来的结果一样即可)。
一般,书上写的CRC参数模型初始值为全0,RefIn和RefOut为False,XorOut为全0。这样,接收端算出来的CRC结果为0。
更多的参数模型,可以下载第三点,常用工具的第5个工具,此工具包含21个CRC参数模型。
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