循環(huán)冗余檢查確保正確的數(shù)據(jù)通信

在工業(yè)環(huán)境中運(yùn)行的電子系統(tǒng)必須經(jīng)常承受極端溫度、電氣噪聲環(huán)境或其他惡劣條件，然而，它們正常工作至關(guān)重要。例如，如果發(fā)送到控制機(jī)械臂位置的DAC的數(shù)據(jù)被破壞，則該臂可能會(huì)向意想不到的方向移動(dòng)。這不僅危險(xiǎn)而且代價(jià)高昂：想象一下，在生產(chǎn)線上，手臂撞到一輛新車的側(cè)面，或者更糟糕的是，撞到生產(chǎn)工人。

有幾種方法可用于確保在采取行動(dòng)之前收到正確的數(shù)據(jù)。最簡單的方法是讓控制器讀回發(fā)送的數(shù)據(jù)。如果接收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送的數(shù)據(jù)不匹配，則其中一個(gè)已損壞，必須發(fā)送和驗(yàn)證新數(shù)據(jù)。這種方法是可靠的，但它也有很大的開銷：每條數(shù)據(jù)都必須經(jīng)過驗(yàn)證，使傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量翻倍。

另一種方法是循環(huán)冗余校驗(yàn) （CRC），即為每個(gè)數(shù)據(jù)包發(fā)送校驗(yàn)和。接收設(shè)備將指示是否出現(xiàn)問題，因此控制器不需要驗(yàn)證接收。校驗(yàn)和通常是通過對(duì)數(shù)據(jù)應(yīng)用多項(xiàng)式方程來生成的。CRC-8 在應(yīng)用于 24 位字時(shí)產(chǎn)生 8 位校驗(yàn)和。將校驗(yàn)和與數(shù)據(jù)相結(jié)合，將所有32位傳輸?shù)娇梢苑治鼋M合的設(shè)備，并指示發(fā)生的錯(cuò)誤（盡管不是一個(gè)完全完美的解決方案），比寫入和讀取方法更有效。

許多ADI公司的DAC以數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤檢查（PEC）的形式實(shí)現(xiàn)CRC。當(dāng)不需要 PEC 功能時(shí)，將寫入 24 位數(shù)據(jù)。為了添加 PEC 函數(shù)，24 位數(shù)據(jù)通過相應(yīng)的 8 位校驗(yàn)和進(jìn)行擴(kuò)充。如果收到的校驗(yàn)和與數(shù)據(jù)不一致，則輸出引腳調(diào)低以指示錯(cuò)誤?？刂破髑宄e(cuò)誤，返回引腳高電平，然后重新發(fā)送數(shù)據(jù)。圖 1 顯示了如何使用 SPI 接口應(yīng)用數(shù)據(jù)的示例。表1列出了可以使用數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤檢查的ADI器件示例。

圖1.SPI 寫入時(shí)帶或不帶數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤檢查。

表 1.使用數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤檢查的ADI器件示例

生成數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤校驗(yàn)和

CRC-8 算法使用多項(xiàng)式 C（x） = x8+ x2+ x1 +1. 對(duì)于 x = 2，這相當(dāng)于二進(jìn)制值100000111。為了生成校驗(yàn)和，將 24 位數(shù)據(jù)左移 8 位，以創(chuàng)建一個(gè)以 8 個(gè)邏輯 0 結(jié)尾的 32 位數(shù)字。CRC 多項(xiàng)式對(duì)齊，使其 MSB 與 32 位數(shù)據(jù)最左側(cè)的邏輯 1 相鄰。對(duì)數(shù)據(jù)應(yīng)用獨(dú)占或 （XOR） 函數(shù)以生成新的（較短的）數(shù)字。（匹配的數(shù)字給出邏輯 0，不匹配的數(shù)字給出邏輯 1。CRC多項(xiàng)式再次對(duì)齊，使其MSB與第一個(gè)結(jié)果的最左側(cè)邏輯1相鄰，并重復(fù)該過程。最終，原始數(shù)據(jù)將減少到小于CRC多項(xiàng)式的值。這是 8 位校驗(yàn)和。圖 2 演示了如何開發(fā)校驗(yàn)和。

圖2.生成 24 位數(shù)字 （0x654321） 的校驗(yàn)和。

結(jié)論

圖 2 中所示的示例使用 0x654321 的 （十六進(jìn)制） 值作為示例 24 位數(shù)據(jù)字。將 CRC-8 多項(xiàng)式應(yīng)用于數(shù)據(jù)會(huì)生成 0x86 的校驗(yàn)和。當(dāng)數(shù)據(jù)和校驗(yàn)和發(fā)送到兼容的ADI產(chǎn)品時(shí)，只有在兩條數(shù)據(jù)都正確到達(dá)時(shí)，才會(huì)接受數(shù)據(jù)。此方法提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕⒋_保幾乎永遠(yuǎn)不會(huì)接受損壞的數(shù)據(jù)。

審核編輯：郭婷