CRC差錯檢驗法在PC 機與8031單片機串行通訊中的應用

隨著(zhù)數據采集系統的功能日益強大，以及微型計算機的普及，在現代工業(yè)中，利用微機進(jìn)行數據通訊的工業(yè)控制應用得也越來(lái)越廣泛。特別是在大規模高精度數據采集系統中，對數據進(jìn)行分析和計算將占用很大一部分單片機的資源，可以將采集到的數據通過(guò)串行通訊方式傳送給PC機，由PC機來(lái)完成數據的處理工作。但是由于傳輸距離、現場(chǎng)狀況等諸多可能出現的因素的影響，計算機與受控設備之間的通訊數據常會(huì )發(fā)生無(wú)法預測的錯誤。為了防止錯誤所帶來(lái)的影響，在數據的接收端必須進(jìn)行差錯校驗。雖然差錯校驗也可以完全由硬件來(lái)承擔，但由于單片機和PC都具有很強的軟件編程能力，這就為實(shí)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)濟實(shí)用并且不增加硬件開(kāi)銷(xiāo)的優(yōu)點(diǎn)。本文就是基于多功能應變測試系統而編寫(xiě)的主機和單片機之間的RS－485通訊系統，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。這些方法都是在數據后面加一定數量的冗余位同時(shí)發(fā)送出去，例如在單片機的通訊方式2和3 中，TB8就可以作為奇偶校驗位同數據一起發(fā)送出去，在數據的接收端通過(guò)對數據信息進(jìn)行比較、判別或簡(jiǎn)單的求和運算，然后將所得和接收到的冗余位進(jìn)行比較，若相等就認為數據接收正確，否則就認為數據傳送過(guò)程中出現錯誤。但是冗余位只能反映數據行或列的奇偶情況，所以這類(lèi)檢驗方法對數據行或列的偶數個(gè)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(chēng)為Cyclical Redundancy Check，簡(jiǎn)稱(chēng)CRC。它是利用除法及余數 的原理來(lái)作錯誤偵測（Error Detecting）的。實(shí)際應用時(shí)，發(fā)送裝置計算出CRC值并隨數據一同發(fā)送給接收裝置，接收裝置對收到的數據重新計算CRC并與收到的CRC相比較，若兩個(gè)CR C值不同，則說(shuō)明數據通訊出現錯誤。由于這種方法取得校驗碼的方式具有很強的信息覆蓋能力，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。在很多的儀器設備中都 采用這種冗余校驗的通訊規約。

根據應用環(huán)境與習慣的不同，CRC又可分為以下幾種標準：

 ① CRC－12碼；② CRC－16碼；

 ③ CRC－CCITT碼；④ CRC－32碼。

CRC-12碼通常用來(lái)傳送6-bit字符串。CRC-16及CRC-CCITT碼則是用來(lái)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(chēng)為Point-to-Point的同步傳輸中。

2 CRC校驗碼的生成過(guò)程

　

我們以最常用的CRC－16碼作為例子進(jìn)行說(shuō)明。

冗余循環(huán)碼包括2個(gè)字節，即16位二進(jìn)制數。先預置16位寄存器全部為1，再逐 步把每8位的數據信息進(jìn)行處理。在進(jìn)行CRC計算時(shí)只用8位數據位，起始位和停止位，如有 奇 偶校驗位的話(huà)也包括奇偶校驗位，都不參與CRC計算。

在計算CRC碼時(shí)，8位數據與寄存器的數據相異或，得到的數據向低位移一位，用 0填補最高位，再檢查最低位。如果最低位為1，把寄存器的內容與預置數相異或；若最低位 為0，則不進(jìn)行異或計算。

這個(gè)過(guò)程一直重復8次，第8次移位后，下一個(gè)8位數據再與現在寄存器中的內容 相異或，這個(gè)過(guò)程和以上一樣重復8次。當所有的信息處理完后，最后寄存器中的內容即為C RC碼。這個(gè)CRC碼將由發(fā)送設備跟在數據的最后一起發(fā)送。

計算CRC的步驟為：

 (1)預置16位寄存器位十六進(jìn)制數FFFF（即全為1）。稱(chēng)此寄存器位CRC寄存器。

 (2)把第一個(gè)8位數據與16位寄存器的低位相異或，將結果放于CRC寄存器中；

 (3)把寄存器的內容右移一位（朝低位），用0填補最高位，檢查最低位；

 (4)如果最低位為0，重復第三步（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)重復步驟3和4，直到右移8次，這樣整個(gè)8位數據全部進(jìn)行了處理；

 (6)重復步驟2到5，進(jìn)行下一個(gè)8位數據的處理；

 (7)最后得到的CRC寄存器即為CRC碼。



3 CRC法在收發(fā)雙方的軟件實(shí)現

　

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

8031單片機CRC算法的程序流程圖如圖1所示。同時(shí)給出匯編語(yǔ)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位和要處理的數據。

　

PC機的CRC程序思路與單片機完全相同，信息的處理、發(fā)送和接收可以用任何一種高級設計 語(yǔ)言來(lái)實(shí)現。

本文主要討論了用CRC法進(jìn)行差錯校驗的問(wèn)題，接收方如果發(fā)現接收錯誤，則返回信息，要求主機重發(fā)數據；如果沒(méi)有發(fā)現錯誤，則不反饋信息。由此可以提高收發(fā)效率。實(shí)踐證明CRC法在PC機與8031單片機異步通訊的差錯檢驗中應用是十分有效的，可以在實(shí)際中得到廣泛應用。



參考文獻

　

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

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