crc16校验码移位算法及vhdl实现

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1、CRC16校验码移位算法及VHDL实现　　摘要在数据输出过程中，为保证数据的可靠性，通常会在数据的末尾加上校验信息。CRC校验技术编码和解码过程简单，纠错能力强，被广泛应用于通信领域。本文介绍一种移位产生CRC校验码的方法，并给出了其VHDL实现及仿真分析。　　【关键词】CRC校验移位CRC16VHDL　　在数据传输过程中，由于信道干扰，往往使得发送和接收的数据不一致。为了降低误码率，保证传输数据的可靠性，通常会改进信道的传输质量或在传输的数据中加入校验信息。在各种校验方法中，循环冗余校验CRC（CyclicRedundancyCheck）是一种最常用的方法。C

2、RC校验技术是一种十分有效的数据传输错误检测技术，由于其编码和解码过程简单，检错和纠错能力强，广泛应用于通信领域用于实现差错控制。串行通信普遍应用于工业通信控制领域，如何提高数据的传输可靠性尤为重要，现有的串口在数据传输过程中加入CRC校验可提高数据传输的可靠性。普通串行口不自带CRC校验功能，大多数应用中都是通过软件编程计算CRC码后再附加在数据末尾传输的，由于软件执行耗费时间长，影响数据的传输速度。现场可编程门阵列FPGA（Field-ProgrammableGateArray）在数字系统设计中已被广泛使用。用硬件描述语言（VHDL）实现CRC校验码的计算，

3、然后下载到FPGA芯片中，硬件实现CRC校验，与软件实现相比，对数据的传输速度影响较小。本文介绍一种CRC16校验码串行产生的方法，并给出了其VHDL实现及仿真分析。　　1CRC校验原理　　在发送方要发送的K位数据码后，以一定的规则产生一个r位用于校验的监督码，附加在原数据后面，构成的信息码为n=k+r位，因此，这种编码又叫（n，k）码。接收方根据通信双方约定的规则进行校验，确定数据是否出错。这个规则即“生成多项式”。K位数据码表示为M（x），选择合适的CRC生成多项式G（x），G（x）的最高次幂为r。把M（x）左移r位，即M（x）*xr对G（x）做不借位除法（

4、即异或运算），所得余数为CRC校验码，即：　　其中R（x）为CRC校验码。发送方以上述原理生成校验码附加在数据末尾发送出去，接收方接收到的数据也对同样的G（x）做除法，如果余数为0，则认为数据传送无误，否则按出错处理。　　2CRC16校?实现原理图　　常用的生成多项式有多种，如CRC4、CRC8、CRC16和CRC32等。计算CRC校验码可以用串行和并行的方法实现。串行实现电路结构简单，但比较耗时，位数越多越费时。并行实现电路结构复杂，但节省时间。本文介绍一种采用CRC16生成多项式串行移位产生校验码的计算过程。生成多项式为G（x）=g16x16+g15x15+

5、……+g1x+g0，在实际使用中，并不需要考虑最高位，它总是被舍弃的，因此只要考虑余下16个数据位。在串行通信中实现移位计算CRC16校验码的原理如图1所示。　　图1中为乘法，?为异或。　　图1所示为CRC16校验原理图由D触发器、与门和异或门构成。　　实现原理：发送一个字节数据，末尾加入16位校验码。CRC16寄存器初始化为0，串行移入数据，CRC16寄存器左移1位，检查移除位，如果为1，CRC16寄存器与生成多项式异或，结果存入CRC16寄存器，如果不为0，则仅仅移位，不做异或。循环进行24次后，C15……C0为所求校验码。用Cik表示上一次移位后CRC的值

6、，Cik+1表示本次移位CRC的值，其关系如式2所示。式2中i=1，2，3，4，……，15。　　用CRC16产生校验码由于G（x）并不是所有位都为1，因此其具体实现要简单得多。G（x）=x16+x15+x2+1是CRC16生成多项式中最常用形式，舍弃掉最高位，编码为1000000000000011，由式2可知，Cik和Cik+1的关系如式3所示。式3中i=2，15，j=1，3，4……14。　　用该生成多项式产生校验码，由于只有第15、2和0位为1，因此每次移位产生的CRC值中只要C15、C2及C0位和移出的位和对应的g值有关，CRC的其它位值都等于上次移位的CR

7、C值中对应低一位的值。其产生校验码的原理图只要在图1中保留D寄存器及C15、C2和C0对应的异或门，其它位对应的乘法和异或可以全部省去，大大简化了电路。　　3CRC校验在FPGA中的实现和仿真　　在FPGA中进行系统设计，可采用硬件描述语言（HDL）设计也可以采用原理图的设计方法。本文采用两者结合形式进行，采用自下而上的设计方法，先模块化设计产生1位数据的CRC16校验码，然后顶层文件调用以上的模块产生8位数据的CRC16校验码。顶层文件的实体定义为：　　LIBRARYieee；　　USEieee.std_logic_1164.all；　　LIBRARYwork

8、；　　ENTITYCRC