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AVR单片机CRC校验码的查表与直接生成

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

  摘要:循环冗余码校验CRC是常用的重要校验方法之一。AVR高速嵌入式单片机功能强大,在无线数据传输应用方面具有很大优势。本文基于Atmega128高速嵌入式单片机,实现32位CRC校验码的直接生成法和查表生成法;根据实验结果,分析两种方法的特点。
  
  关键词:Atmega128CRC校验码CRC生成表数据段
  
  引言
  
  随着技术的不断进步,各种数据通信的应用越来越广泛。由于传输距离、现场状况、干扰等诸多因素的影响,设备之间的通信数据常会发生一些无法预测的错误。为了降低错误所带来的影响,一般在通信时采用数据校验的办法,而循环冗余码校验是常用的重要校验方法之一。
  
  AVR高速嵌入式单片机是8位RISCMCU,执行大多数指令只需一个时钟周期,速度快(8MHzAVR的运行速度约等于200MHz80C51的运行速度),32个通用寄存器直接与ALU相连,消除了运算瓶颈;内嵌可串行下载或自我编程的Flash和EPPROM,功能繁多,具有多种运行模式。
  
  本文采用Atmel公司的Atmega128高速嵌入式单片机,依照IEEE1999年公布的802.11无线局域网协议标准,采用32位循环冗余校验码(CyclicRedundancyCheck)实现无线传输数据时的差错校验。
  
  1CRC循环冗余校验码原理
  
  1.1数据传输的帧格式
  
  根据IEEE制定的802.11无线局域网络协议,在数据传输时都应按照帧传输。这里,我们采用了信息处理系统-数据通信-高级数据链路控制规程-帧结构,它的每个帧由下列字段组成(传输顺序自左至右):
  
  地址控制信息CRC校验位
  
  地址——数据站地址字段;
  
  控制——控制字段。
  
  信息——信息字段;
  
  CRC校验位——根据前面三个字段生成的CRC校验位。
  
  由地址、控制、信息三个字段组成的总的字段统称为数据段。
  
  1.2CRC校验码的理论生成方法
  
  CRC校验采用多项式编码方法,被处理的数据块可以看作是一个n阶的二进制多项式。这里,假定待发送的二进制数据段为g(x),生成多项式为m(x),得到的CRC校验码为c(x)。
  
  CRC校验码的编码方法是用待发送的二进制数据g(x)除以生成多项式m(x),将最后的余数作为CRC校验码,实现步骤如下。
  
  ①设待发送的数据块是m位的二进制多项式g(x),生成多项式为r阶的m(x)。在数据块的末尾添加r个0,数据块的长度增加到m+r位,对应的二进制多项式为G(x)。
  
  ②用生成多项式m(x)去除G(x),求得余数为阶数是r-1的二进制多项式c(x)。此二进制多项式c(x)就是g(x)经过生成多项式m(x)编码的CRC校验码。
  
  ③用模2的方式减去c(x),得到的二进制多项式就是包含了CRC校验码的待发送字符串。
  
  CRC校验可以100%地检测出所有奇数个随机错误和长度小于等于r(r为m(x)的阶数)的突发错误。所以,CRC的生成多项式的阶数越高,误判的概率就越小。CCITT建议:2048Kb/s的PCM基群设备采用CRC-4方案,使用的CRC校验码生成多项式m(x)=x4+x+1.采用16位CRC校验,可以保证在1014bit码元中只含有1位未被检测出的错误。在IBM的同步数据链路控制规程SDLC的帧校验序列FCS中,使用CRC-16,其生成多项式m(x)=x16+x15+x2+1;而在CCITT推荐的高级数据链路控制规程HDLC的帧校验序列FCS中,使用CCITT-16,其生成多项式m(x)=x16+x15+x5+1.CRC-32的生成多项式m(x)=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1.CRC-32出错的概率为CRC-16的10-5.由于CRC-32的可靠性,把CRC-32用于重要数据传输十分合适,所以在通信、计算机等领域运用十分广泛。在一些UART通信控制芯片(如MC6582、Intel8273和Z80-SIO)内,都采用了CRC校验码进行差错控制;以太网卡芯片、MPEG解码芯片中,也采用CRC-32进行差错控制。
  
  m(x)生成多项式的系数为0或1,但是m(x)的首项系数为1,末项系数也必须为1.m(x)的次数越高,其检错能力越强。
  
  2使用Atmega128生成32位CRC校验码
  
  2.1直接计算法生成32位CRC校验码
  
  直接计算法就是依据CRC校验码的产生原理来设计程序。其优点是模块代码少,修改灵活,可移植性好。这种算法简单,容易实现,对任意长度生成多项式m(x)都适用。在发送的数据不长的情况下可以使用,但是如果发送的数据块很长,这种方法就不太适合了。因为它1次只能处理1位数据,效率太低,运算量大。
  
  计算法生成32位CRC校验码的流程如图1所示。
  
  用AVR单片机汇编语言实现CRC-32源程序见本刊网络补充版
  
  2.2查表法生成32位CRC校验码
  
  和直接计算法相反,查表法生成32位CRC校验码的优点是运算量小,速度快;缺点是可移植性较差。这种算法首先要求得到32位CRC生成表,由于1个字节有

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