CRC計算實現方法

楊衛平

摘要 本文討論一種通用CRC計算實現方法。該方法采用純硬件方法實現CRC計算，可靈活配置、計算速度快，無需CPU計算，適用于任意CRC類型、任意CRC生成多項式時的快速CRC計算。

【關鍵詞】CRC 快速 類型可選

1 CRC 計算算簡介

循環冗余校驗碼（CRC）的基本原理是：在K位信息碼后再拼接R位的校驗碼，整個編碼長度為N位，因此，這種編碼又叫（N，K）碼，它是一類重要的線性分組碼。對于一個給定的（N，K）碼，可以證明存在一個最高次冪為N-K=R的多項式G（x）。根據G（x）可以生成K位信息的校驗碼，而G（x）叫做這個CRC碼的生成多項式。校驗碼的具體生成過程為：假設發送信息用信息多項式c（x）表示，將C（x）左移R位，則可表示成C（x）*2的R次方，這樣C（x）的右邊就會空出R位，這就是校驗碼的位置。通過C（x）*2的R次方除以生成多項式G（x）得到的余數就是校驗碼。通信過程中，發送方將K位信息碼在前、R位校驗碼在后拼接的共N位數據發送。

接收方己知接收的數據包含K位DATA信息碼與R位CRC校驗碼。接收方將收到的數據同樣處理：假設前K位數據用信息多項式D（X）表示，將D（x）左移R位，則可表示成D（x）+2的R次方，這樣D（x）的右邊就會空出R位，這就是校驗碼的位置。通過Dfx）*2的R次方除以生成多項式G（x）得到的余數就是校驗碼，用R（x）表示。將接收的后R位數據與CRC校驗結R（x）系數比較，如果有不一致則說明該筆數據傳輸有誤。

CRC編碼和解碼方法簡單，檢錯和糾錯能力強，在通信領域廣泛地用于實現差錯控制。

2 CRC計算方法分析

同時，本文給出一種CRC計算硬件系統結構，主要包括五個模塊。

（1） CONFIG模塊。該模塊獲取配置的信息，包括CRC類型選擇配置、生成多項式的配置、CRC初始值的配置、CRC輸入數據、輸入數據翻轉處理配置、CRC計算輸出結果異或與翻轉處理配置等。該模塊的配置與選擇，使得電路支持多種多樣的CRC計算需求。

（2）CRC JUDGE模塊。該模塊處理當前CRC類型配置， 如CRC7，CRC8，CRC16，CRC32等，并準備好選定CRC類型的配置數據。

（3） CRC CRTL模塊。該模塊針對具體選定的CRC類型產生配置數據，并產生時序控制信號。不同CRC類型需要使用不同位寬的CRC移位電路實現，時序控制主要根據n值產生。

（4） SHIFTCALC模塊。該模塊是數字組合邏輯，實現CRC計算迭代推理，輸出迭代計算結果。該模塊主要功能如上圖2所示，可以實現一個時鐘周期內完成多位數據的CRC移位計算，是整個CRC計算硬件電路的核心部分。

（5） RESULT GEN模塊。該模塊抓取迭代計算結果，并根據配置要求做異或與翻轉等處理，最終輸出CRC計算結果。該模塊完成后，會將計算完成的狀態顯示出來。

軟件使用該硬件系統結構進行CRC計算，操作流程需要與硬件配合。軟件操作流程依次為：

（1）配置CONFIG模塊以完成CRC初始化：

（2）寫入CRC計算輸入數據;

（3）觸發CRC計算;

（4）等待中斷或狀態確認CRC計算完成標志;

（5）讀取CRC計算結果。

4 實際仿真結果及分析

運用本文推薦快速CRC計算方法與電路，可在一個時鐘周期內完成CRC計算，效果如圖3所示。在圖中，對硬件電路初始化配置后一個時鐘周期后便輸出RESULT OUT。因此在實際使用過程中，由于硬件電路CRC計算速度之快，軟件可以連續寫入CRC計算輸入數據，或直接使用DMA連續寫入CRC計算輸入數據，直至CRC計算需求結束，軟件直接讀取CRC計算結果即可。

5 結論

本文通過公式推理，提出一種CRC計算硬件實現方法，可以靈活、快速的計算得出CRC校驗的余數，適用于任意CRC類型、任意C，RC生成多項式時的快速CRC計算。利用該方法，仿真結果顯示最快可以在一個時鐘周期內完成多bit輸入時的并行CRC計算。

參考文獻

[1]俞迅.32位CRC校驗碼的并行算法及硬件實現[J]，信息技術，2007 （04）： 0071-04.

[2]石林艷，羅漢文.CRC循環冗余校驗碼并行算法的FPGA實現[J].通信技術及應用，2005 （08）.

[3]王新梅，糾錯碼與差錯控制[M].北京：人民郵電出版社，1989.