海明码生成与校验电路的设计1-(2)

沈阳航空航天大学课程设计报告课程设计名称：计算机组成原理课程设计课程设计题目：海明码生成与校验电路的设计院（系）：专业：班级：学号：姓名：指导教师：说明：结论（优秀、良好、中等、及格、不及格）作为相关教环节考核必要依据；格式不符合要求；数据不实,不予通过。报告和电子数据必须作为实验现象重复的关键依据。沈阳航空航天大学课程设计报告I学术诚信声明本人声明：所呈交的报告（含电子版及数据文件）是我个人在导师指导下独立进行设计工作及取得的研究结果。尽我所知，除了文中特别加以标注或致谢中所罗列的内容以外，报告中不包含其他人己经发表或撰写过的研究结果，也不包含其它教育机构使用过的材料。与我一同工作的同学对本研究所做的任何贡献均己在报告中做了明确的说明并表示了谢意。报告资料及实验数据若有不实之处，本人愿意接受本教学环节“不及格”和“重修或重做”的评分结论并承担相关一切后果。本人签名:日期：年月日沈阳航空航天大学课程设计报告II沈阳航空航天大学课程设计任务书课程设计名称计算机组成原理课程设计专业计算机科学与技术学生姓名班级学号题目名称海明码生成与校验电路的设计起止日期2016年1月4日起至2016年1月15日止课设内容和要求：一.课程设计内容采用XilinxFoundationF3.1可编程器件开发工具软件，伟福COP2000实验箱，设计并实现海明码生成与校验电路功能。二.课程设计要求1.采用自上而下的设计方法，顶层设计使用原理图设计输入方式；底层设计输入方式自行选定；2.课程设计的电路主要应包括：寄存器·P函数发生器和门电路等。其中控制信号可选用外部开关或VHDL语言以控制器方式实现，其他部分可以调用系统资源库中的器件；3.数据位数由指导老师指定；4.对设计电路进行仿真并验证其正确性，仿真数据由指导老师给出；5.实现编程下载和硬件测试；6.独立设计·调试·仿真·下载和硬件测试并通过指导老师现场验收；参考资料：【1】曹昕燕.EDA技术实验与课程设计［M］.北京：清华大学出版社，2006【2】王爱英.计算机组成与结构(第4版)[M].北京：清华大学出版社，2006教研室审核意见：教研室主任签字：指导教师（签名）年月日学生（签名）年月日沈阳航空航天大学课程设计报告III课程设计总结：这次的课程设计给我许多帮助，让我明白了许多之前不知道的知识点，锻炼了我的动手能力，提高了我的思想觉悟。本次课程设计，我受益匪浅。当拿到课设题目后，我犯了想当然的错误，乐观的认为，题目很简单，原理很简单。但在具体实行时却遇到许多困难，对Xilinxfoundationf3.1设计软件的陌生更加阻碍着我的进程。于是，我决定沉下心来好好研究原理及软件的运用。用了一天的时间将软件中的自带芯片的功能查询了一遍，基本找到需要的芯片。之后，又学习了对电路封装的方法，再后来就能灵活的操作该软件，这对整个电路的设计很有帮助。随后开始将各个部件连接到一起，这里也充满学问，不是单单的组合在一起，而是要综合考虑整体电路的节拍，以保证各个部件有序工作。这次的课程设计帮助我明白了许多之前不懂的知识点，从开始的一点都不会到后来的熟练操作，这离不开老师与同学的帮助。在此衷心感谢老师与各位同学。沈阳航空航天大学课程设计报告IV目录沈阳航空航天大学...........................................................................................................I学术诚信声明...................................................................................................................I第1章总体设计方案...................................................................................................11.1设计原理.................................................................................................................11.2设计思路.................................................................................................................21.3设计环境...............................................................................................................3第2章详细设计方案...................................................................................................42.1顶层方案图的设计与实现...................................................................................42.1.1创建顶层图形设计文件...................................................................................42.1.2器件的选择与引脚锁定...................................................................................52.2功能模块的设计与实现.......................................................................................62.2.1生成模块的设计与实现...................................................................................72.2.2出错模块的设计与实现...................................................................................82.2.3校验模块的设计与实现................................................................................102.3仿真调试.............................................................................................................11第3章编程下载与硬件测试.....................................................................................133.1编程下载.............................................................................................................133.2硬件测试及结果分析.........................................................................................13参考文献.........................................................................................................................15附录（关键部分程序清单）...................................................................................16沈阳航空工业学院课程设计报告第1章总体设计方案1第1章总体设计方案1.1设计原理海明校验码是由理查得·海明（RichardHanmming）于1950年提出的，它不仅具有检测错误的能力，同时还具有给出错误所在的准确位置的能力，这在通信领域有着很广泛的应用。海明校验码是在数据中加入几个校验位，并把数据的每一个二进制位分配在几个奇偶校验组中。当某一位出错后，就会引起有关的几个校验组的值发生变化，这不但可以发现出错，还能指出是哪一位出错，为自动纠错提供了证据。海明码能检测出2位错误，并能纠正1位错误。（1）数据位和校验位的关系假设校验位的个数为r，则它能表示2r个信息，用其中的一个信息指出“没有错误”，其余的2r-1个信息指出错误发生在哪一位。然而错误也可能发生在校验位，因此只有k=2r-1-r个信息能用于纠正被传送数据的位数，也就是说要满足关系：2r=k+r+1(发现一位错)2r-1=k+r(发现与自动校正一位错，并发现两位错）数据位与校验位的对应关系K值最小的r值1~45~1112~2627~5758~12045678（2）海明码的编码规律若海明码的最高位号为m，最低位号为1，即HmHm-1…H2H1，则海明码的编码规律通常是：a.校验位与数据位之和为m，每个校验位Pi在海明码中被分在2i-1的位置，其余各位为数据位，并按从低向高逐位依次排列的关系分配各数据位。b.海明码的每一位Hi（包含数据位和校验位本身）由多个校验位校验，其关沈阳航空工业学院课程设计报告第1章总体设计方案2系是被校验的每一位位号要等于校验它的各校验位的位号之和。这样安排的目的，是希望校验的结果能正确反映出出错位的位号。1.2设计思路（一）海明码的生成：因为要求的是8位的二进制数据，所以此处的k为8，按照数据位和校验位的对应关系，r应为5，由于总校验位只是检测两位出错还是一位出错，因此设计时不必考虑它的值，设r为4，故海明码的总位数为12，可表示为：H12——H1，4个校验位P4～P1对应的海明码位号分别为：H8/H4/H2/H1，则有如下排列关系：D8D7D6D5P4D4D3D2P3D1P2P1按照海明码的原理得出如下的表格：海明码位号数据位/校验位参与校验的校验位位号被校验位的海明码位号=校验位位号之和H1P111=1H2P222=2H3D11,23=1+2H4P344=4H5D21,45=1+4H6D32,46=2+4H7D41,2,47=1+2+4H8P488=8H9D51,89=1+8H10D62,810=2+8H11D71,2,811=1+2+8H12D84,812=4+8P1=D1⊕D2⊕D4⊕D5⊕D7P2=D1⊕D3⊕D4⊕D6⊕D7P3=D2⊕D3⊕D4⊕D8P4=D5⊕D6⊕D7⊕D8沈阳航空工业学院课程设计报告第1章总体设计方案3（二）海明码的校验：海明码校验函数（S函数）及校验过程偶校验S1=P1⊕D1⊕D2⊕D4⊕D5⊕D7S2=P2⊕D1⊕D3⊕D4⊕D6⊕D7S3=P3⊕D2⊕D3⊕D4⊕D8S4=P4⊕D5⊕D6⊕D7⊕D81.3设计环境·硬件环境：伟福COP2000型计算机组成原理实验仪、XCV200实验板、微机；·EDA环境：Xilinxfoundationf3.1设计软件、COP2000仿真软件。图1.1Xilinxfoundationf3.1设计平台沈阳航空航天大学课程设计报告4第2章详细设计方案2.1顶层方案图的设计与实现顶层方案图实现海明码的生成与校验逻辑功能，采用原理图设计输入方式