CRC差錯檢驗法在PC 機(jī)與8031單片機(jī)串行通訊中的應(yīng)用

隨著數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能日益強(qiáng)大，以及微型計算機(jī)的普及，在現(xiàn)代工業(yè)中，利用微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的工業(yè)控制應(yīng)用得也越來越廣泛。特別是在大規(guī)模高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計算將占用很大一部分單片機(jī)的資源，可以將采集到的數(shù)據(jù)通過串行通訊方式傳送給PC機(jī)，由PC機(jī)來完成數(shù)據(jù)的處理工作。但是由于傳輸距離、現(xiàn)場狀況等諸多可能出現(xiàn)的因素的影響，計算機(jī)與受控設(shè)備之間的通訊數(shù)據(jù)常會發(fā)生無法預(yù)測的錯誤。為了防止錯誤所帶來的影響，在數(shù)據(jù)的接收端必須進(jìn)行差錯校驗。雖然差錯校驗也可以完全由硬件來承擔(dān)，但由于單片機(jī)和PC都具有很強(qiáng)的軟件編程能力，這就為實施軟件的差錯校驗提供了前提條件，而軟件的差錯校驗有經(jīng)濟(jì)實用并且不增加硬件開銷的優(yōu)點。本文就是基于多功能應(yīng)變測試系統(tǒng)而編寫的主機(jī)和單片機(jī)之間的RS－485通訊系統(tǒng)，介紹了一種軟件差錯校驗方案循環(huán)冗余差錯校驗法。

1 CRC法的原理

傳統(tǒng)的差錯檢驗法有：奇偶校驗法，校驗和法，行列冗余校驗法等。這些方法都是在數(shù)據(jù)后面加一定數(shù)量的冗余位同時發(fā)送出去，例如在單片機(jī)的通訊方式2和3 中，TB8就可以作為奇偶校驗位同數(shù)據(jù)一起發(fā)送出去，在數(shù)據(jù)的接收端通過對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行比較、判別或簡單的求和運(yùn)算，然后將所得和接收到的冗余位進(jìn)行比較，若相等就認(rèn)為數(shù)據(jù)接收正確，否則就認(rèn)為數(shù)據(jù)傳送過程中出現(xiàn)錯誤。但是冗余位只能反映數(shù)據(jù)行或列的奇偶情況，所以這類檢驗方法對數(shù)據(jù)行或列的偶數(shù)個錯誤不敏感，漏判的概率很高。因此，此種方法的可靠性 就差。

循環(huán)冗余碼校驗英文名稱為Cyclical Redundancy Check，簡稱CRC。它是利用除法及余數(shù) 的原理來作錯誤偵測（Error Detecting）的。實際應(yīng)用時，發(fā)送裝置計算出CRC值并隨數(shù)據(jù)一同發(fā)送給接收裝置，接收裝置對收到的數(shù)據(jù)重新計算CRC并與收到的CRC相比較，若兩個CR C值不同，則說明數(shù)據(jù)通訊出現(xiàn)錯誤。由于這種方法取得校驗碼的方式具有很強(qiáng)的信息覆蓋能力，所以它是一種效率極高的錯誤校驗法。錯誤的概率幾乎為零。在很多的儀器設(shè)備中都 采用這種冗余校驗的通訊規(guī)約。

根據(jù)應(yīng)用環(huán)境與習(xí)慣的不同，CRC又可分為以下幾種標(biāo)準(zhǔn)：

 ① CRC－12碼；② CRC－16碼；

 ③ CRC－CCITT碼；④ CRC－32碼。

CRC-12碼通常用來傳送6-bit字符串。CRC-16及CRC-CCITT碼則是用來傳送8-b it字符，其中CRC-16為美國采用，而CRC-CCITT為歐洲國家所采用。CRC-32碼大都被采用在一種稱為Point-to-Point的同步傳輸中。

2 CRC校驗碼的生成過程

　

我們以最常用的CRC－16碼作為例子進(jìn)行說明。

冗余循環(huán)碼包括2個字節(jié)，即16位二進(jìn)制數(shù)。先預(yù)置16位寄存器全部為1，再逐 步把每8位的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理。在進(jìn)行CRC計算時只用8位數(shù)據(jù)位，起始位和停止位，如有 奇 偶校驗位的話也包括奇偶校驗位，都不參與CRC計算。

在計算CRC碼時，8位數(shù)據(jù)與寄存器的數(shù)據(jù)相異或，得到的數(shù)據(jù)向低位移一位，用 0填補(bǔ)最高位，再檢查最低位。如果最低位為1，把寄存器的內(nèi)容與預(yù)置數(shù)相異或；若最低位 為0，則不進(jìn)行異或計算。

這個過程一直重復(fù)8次，第8次移位后，下一個8位數(shù)據(jù)再與現(xiàn)在寄存器中的內(nèi)容 相異或，這個過程和以上一樣重復(fù)8次。當(dāng)所有的信息處理完后，最后寄存器中的內(nèi)容即為C RC碼。這個CRC碼將由發(fā)送設(shè)備跟在數(shù)據(jù)的最后一起發(fā)送。

計算CRC的步驟為：

 (1)預(yù)置16位寄存器位十六進(jìn)制數(shù)FFFF（即全為1）。稱此寄存器位CRC寄存器。

 (2)把第一個8位數(shù)據(jù)與16位寄存器的低位相異或，將結(jié)果放于CRC寄存器中；

 (3)把寄存器的內(nèi)容右移一位（朝低位），用0填補(bǔ)最高位，檢查最低位；

 (4)如果最低位為0，重復(fù)第三步（再次移位）；

 如果最低位為1，CRC寄存器與多項式碼進(jìn)行異或；

 (5)重復(fù)步驟3和4，直到右移8次，這樣整個8位數(shù)據(jù)全部進(jìn)行了處理；

 (6)重復(fù)步驟2到5，進(jìn)行下一個8位數(shù)據(jù)的處理；

 (7)最后得到的CRC寄存器即為CRC碼。

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3 CRC法在收發(fā)雙方的軟件實現(xiàn)

　

根據(jù)前面給出的CRC碼的生成過程，我們可以編制CRC校驗程序，根據(jù)通訊協(xié)議通 過RS232－RS485電平轉(zhuǎn)換接口和MAX485，PC機(jī)的串口與單片機(jī)的串行口進(jìn)行串行異步通訊， 需要發(fā)送的數(shù)據(jù)信息位8位，選取異或多項式為A001（Hex）。

8031單片機(jī)CRC算法的程序流程圖如圖1所示。同時給出匯編語言的源程序。

CRC源代碼：

CRCH，CRCL，CRCD分別代表CRC校驗碼的高8位，低8位和要處理的數(shù)據(jù)。

　

PC機(jī)的CRC程序思路與單片機(jī)完全相同，信息的處理、發(fā)送和接收可以用任何一種高級設(shè)計 語言來實現(xiàn)。

本文主要討論了用CRC法進(jìn)行差錯校驗的問題，接收方如果發(fā)現(xiàn)接收錯誤，則返回信息，要求主機(jī)重發(fā)數(shù)據(jù)；如果沒有發(fā)現(xiàn)錯誤，則不反饋信息。由此可以提高收發(fā)效率。實踐證明CRC法在PC機(jī)與8031單片機(jī)異步通訊的差錯檢驗中應(yīng)用是十分有效的，可以在實際中得到廣泛應(yīng)用。

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參考文獻(xiàn)

　

1 薛鈞義，張彥斌.MCS－51系列單片微型計算機(jī)及其應(yīng)用.西安：西安交通大學(xué)出版社，1990

2 姚燕南，薛鈞義.微型計算機(jī)原理.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1995