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AVR单片机CRC校验码的查表和直接生成 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RISC MCU,执行大多数指令只需一个时钟周期,速度快(8MHz AVR的运行速度约等于200MHz 80C51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IEEE 1999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(Cyclic Redundancy Check)实现无线传输数据时的差错校验。 1 CRC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nbsp; 制信nbsp; 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。 1.2 CRC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:2048 Kb/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。 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8位,所以这个表总共有256项。但是,由于AVR高速嵌入式单片机中的寄存器是以1个字节为单位的,所以在编程实现中,这个CRC生成表总共有1024项,分别从0~