CRC课程设计报告

通信系统课程设计报告第1页共18页目录序言………………………………………………………………………………………2第一章通信系统课程设计要求要求和方案……………………………31.1通信系统课程设计总体要求……………………………………………………31.2课程设计题目………………………………………………………………………31.3CRC编解码器设计方案……………………………………………………………3第二章QuartusⅡ简介………………………………………………………52.1QuartusII简介…………………………………………………………………5第三章(24，16）CRC循环码编解码器的设计………………………73.1CRC循环校验码的基本原理……………………………………………………73.1.1CRC校验码的生成………………………………………………………………73.1.2CRC校验码校验原理……………………………………………………………73.1.3CRC循环码纠错原理……………………………………………………………83.2（24，16）CRC循环码编解码器的实现………………………………………93.2.1CRC-8生成多项式……………………………………………………………93.2.2（24，16）CRC循环码编码器的设计………………………………………103.2.3（24，16）CRC循环码解码器的设计……………………………………113.2.4（24，16）CRC循环冗余校验码编解码器总图…………………………14体会与建议………………………………………………………………………………16参考文献…………………………………………………………………………………17附录…………………………………………………………………………………………18通信系统课程设计报告第2页共18页序言通常，数据通信中的编码可以分为两大类，分别是信源编码和信道编码。在实际应用中，为了提高数据通信的可靠性而采取的编码称为信道编码，也称做抗干扰编码。一般来讲，数据通信要求传输过程中的误码率应该足够低，这样才能真正符合实际应用的具体要求，为了降低数据通信线路传输的误码率，通常有改善数据通信线路传输质量和差错检测控制两种方法。实现差错检测控制的方法很多，循环冗余校验（CRC）就是一类重要的线性分组码。循环冗余码校验英文名称为CyclicalRedundancyCheck，简称CRC。CRC校验码码的作用是：发送方发送的数据发送给了接收方，但是由于在传输过程中信号干扰，可能出现错误的码，造成的结果就是接收方不清楚收到的数据是否就是发送方要发的数据，所以就有了CRC校验码。保证了发送跟接受的数据是否一样，要纠错的话，还需对软件进行设计，毕竟传输的是2进制，如果知道了哪一位出错了，可以把那一位取反，需要对软件进行优化。CRC也是数据通信领域中最常用的一种差错校验码，其特征是信息字段和校验字段的长度可以任意选定。它是利用除法及余数的原理来作错误侦测的。实际应用时，发送装置计算出CRC值并随数据一同发送给接收装置，接收装置对收到的数据重新计算CRC并与收到的CRC相比较，若两个CRC值不同，则说明数据通讯出现错误。本次课程设计主要设计（24，16）校验码的编码与解码，本次课程设计是介绍如何通过quartus软件，采用原理图输入法，分别完成相应的编码和解码；最后将编码和解码电路图结合，检查编码解码过程是否发生错误。通过课程设计验证CRC校验码的检错纠错功能。通信系统课程设计报告第3页共18页第一章通信系统课程设计总体要求和方案1.1通信系统课程设计总体要求1、根据题目要求的功能进行设计；设计出整体电路图和流程框图；2、设计的电路图的每个组成部分须有设计说明；以及整体电路概述；3、采用原理图或VHDL语言输入法，在计算机上进行编译和软件仿真。1.2课程设计题目（24，16）CRC循环码编解码器设计（2人合作,本设计偏重于译码）1、采用原理图输入法。2、根据CRC循环码的编解码原理，确定编解码器具体设计方案。3、设计（24，16）CRC循环码编解码器电路图。4、调试及彷真时序波形。1.3CRC编解码器设计方案CRC循环校验码的产生和校验既可用硬件实现，也可用软件实现，较经典的硬件实现算法有移位计算法、查表计算法和公式法。方法一、移位计算法。移位计算法就是直接模拟CRC校验码基本原理中除法的过程，来得到余数从而得到即CRC值。设生成多项式g(x)有r位，由于最高位是要一直消掉的，所以只需要一个r位的寄存器。图1移位算法实现框图通信系统课程设计报告第4页共18页图中由R0-Rr-1构成的CRC寄存器是一个r位移位寄存器组，用来存储r位的CRC校验码R(x)。运算控制开关g1-gr-1的位置与生成多项式G(x)的系数相关，对应系数1的开关接通反馈支路（上端），否则接地（右侧）。编解码前清零CRC寄存器，在时钟驱动下，待校验的信息码B(x)经运算处理逐位移入CRC寄存器中，当信息码全部输入之后，CRC寄存器中存放的值即为生成的CRC码。另只须输出开关C开始接下端，在时钟驱动下逐位输出待校验的k位信息码B(x)，然后改接上端，再逐位将CRC寄存器中的校验码R(x)输出即可。该算法原理简单，易于硬件实现，但是效率较低，主要用于串行通信中，不适合高速通信的场合。方法二、查表计算法。该算法是指事先把待校验的信息码B(x)的所有CRC码全部计算出来，放在一个表里，编码时只要根据M(x)从表中找出对应的值进行处理即可。编解码前清零CRC寄存器，编码时待信息码M(x)输入结束，CRC寄存器的值即为校验码R(x)；解码校验时待传送码B(x)输入结束时，若CRC寄存器中的值为零，则表明传输无误。该算法执行速度快，适合于高速通信场合，但由于需要大容量的存储表，花费的硬件资源较移位计算法要大得多。图2查表算法实现框图方法三、公式法。公式法与查表算法一样，也是以字节数据为输入，采用递推算法，不同之处在于公式法使用公式实时计算CRC码，从而省去了查找，不仅节省了硬件存储资源，还能进一步提高系统的运行速度。因此可以认为公式法是目前前景较好的一种实现方法。通信系统课程设计报告第5页共18页第二章QuratusII简介2.1quartusii简介QuartusII是Altera公司开发的综合性PLD/FPGA开发软件，支持原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。图3Quartus软件打开后的界面QuartusII的优点：QuartusII提供了完全集成且与电路结构无关的开发包环境，具有数字逻辑设计的全部特性，包括：①可利用原理图、结构框图、VerilogHDL、AHDL和VHDL完成电路描述，并将其保存为设计实体文件；②可用于芯片（电路）平面布局连线编辑；③是一款功能强大的逻辑综合工具；完备的电路功能仿真与时序逻辑仿真工具；④支持软件源文件的添加和创建，并将它们链接起来生成编程文件；⑤使用组合编译方式可一次完成整体设计流程；自动定位编译错误；通信系统课程设计报告第6页共18页⑥是一款高效的期间编程与验证工具；⑦可读入标准的EDIF网表文件、VHDL网表文件和Verilog网表文件；⑧Quartusii能生成第三方EDA软件使用的VHDL网表文件和Verilog网表文件。该软件界面友好，使用便捷，功能强大，是一个完全集成化的可编程逻辑设计环境，是先进的EDA工具软件。QuartusII可以在XP、Linux以及Unix上使用，提供了完善的用户图形界面设计方式。具有运行速度快，界面统一，功能集中，易学易用等特点。作为一种可编程逻辑的设计环境,由于其强大的设计能力和直观易用的接口，越来越受到数字系统设计者的欢迎。使用软件时，我们可以双击桌面快捷方式图标，打开软件进行编辑。总而言之，参照设计方案与软件结合使用，我们选择方法一：移位计算法来设计CRC-8循环码的编解码器。该方法简单实用，易于quartus进行硬件电路的设计仿真。通信系统课程设计报告第7页共18页第三章（24，16）CRC循环码编解码器的设计3.1CRC循环校验码的基本原理利用CRC进行检错的过程可简单描述为：在发送端根据要传送的k位二进制码序列，以一定的规则产生一个校验用的r位监督码(CRC码)，附在原始信息后边，构成一个新的二进制码序列数共k+r位，然后发送出去。这种编码又叫（n，k）码。对于一个给定的（n，k）码，可以证明存在一个最高次幂为n-k=r的多项式g(x)。根据G(x)可以生成监督码，而g(x)叫做这个CRC码的生成多项式。3.1.1CRC校验码的生成校验码的具体生成过程为：①设发送的信息码用多项式m(x)表示，它的生成多项式为g（x）。则m(x)的最高次项为k-1。将m(x)乘以xn-k,，得到xn-k*m(x)；②用xn-k*m(x)去模2除g(x)，得到余式r(x)，即r（x）=xn-k*m（x）[modg（x）]r(x)的次数必小于g(x)的次数，即小于n-k。③将余式加于信息位之后作为监督位，即将r(x)与xn-k*m(x)相加，得到的多项式为码多项式，因为它必能被g(x)整除，且商的次数不大于k-1。因此循环码的码多项式可表示为T(x)=xn-k*m(x)+r(x)其中，xn-k*m(x)代表信息位；r(x)是xn-k*m(x)与g(x)模2相除得到的余式，代表监督位。3.1.2CRC校验码校验原理因为在数据传输过程中，可能会由于噪声或传输特性不理想而使数据序列中的某一位或某些位发生错误，导致接收端接受的序列发生错误。所以必须在数据的接收端进行校验，可以很容易地实现对数据传输正确性的检查。编码电路的通信系统课程设计报告第8页共18页主体是由生成多项式构成的除法电路，再加上适当的控制电路组成。基于CRC编码原理，可见其校验原理也是十分简单的，它在接收端只需要对接收到的序列直接进行除法取余式运算。若余式为全0，则表示数据传输过程中没有发生错误；若不为0，则表示发生错误，那么就需要对错误的序列进行相应的处理操作。检验过程的多项式除法形式可以表示为两种形式：M（x）/G（x）=Q（x）+R（x）/G（x）M（x）=R（x）[modG（x）]由此可见，生成多项式G（x）对于CRC循环码而言是至关重要的，决定了CRC码的算法和最终结果。3.1.3CRC循环码纠错原理以（7,3）码为例可证明：表1(7,3)码E(x)与S(x)对照表可证明，根据单个错误出现在最高位的错误图样及相应的校正子S设计的组合电路，可纠任一一位错。)(mod)(mod)()()(xgxgxExBxS校正子111001111101100001000010100011x2x3x4x5x6x)(xE)1)(()(234xxxxExS模x2x3x123xx12xxxxx23通信系统课程设计报告第9页共18页图4（7,3）循环码译码器设接收码组B=1011101表2（7,3）循环码译码器译码原理3.2（24，16）CRC循环码编解码器的实现3.2.1CRC-8生成多项式生成多项式特点如下：（1）g（x）是常数项为1的r=n-k次，也是循环码中次数最低的多项式；（2）所有许用码组多项式都是g（x）的倍式；通信系统课程设计报告第10页共18页（3）g（x）是xn+1的一个因式。CRC-8的生成多项式为：g（x）=x8+x5+x4+1或g（x）=x8+x2+x+13.2.2（24，16）CRC循环码编码器的设计CRC循环码的生成多项式并不唯一，在设计中我们选择x8+x5+x4+1作为（24，16）CRC循环码的生成多项式。（1）编码之步骤如下：①m(x)乘以xn-k②r(x)=xn-k*m(x)[modg(x)]③T(x)=xn-k*m(x)+r(x)（2）具体电路图如下：图5（24，16）CRC循环编码器电路图6（24，16）CRC编码器电路封装(3)电路工作原理①g