聊一聊CRC算法的硬件電路實(shí)現(xiàn)：串行電路和并行電路

這一篇文章聊一聊CRC算法的硬件電路實(shí)現(xiàn)：串行電路和并行電路。

下面的內(nèi)容還是IC君的朋友文武寫的，IC君稍微做了優(yōu)化排版和少量的編輯工作提升大家的閱讀體驗(yàn)。

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CRC硬件電路的實(shí)現(xiàn)很簡(jiǎn)單，下圖給出教科書上任意生成多項(xiàng)式G(X)=gnXn+gn-1Xn-1+···+g1X+g0的電路結(jié)構(gòu)：

為什么從右邊輸入data?

因?yàn)镃RC是除余數(shù)，所以從右邊輸入數(shù)據(jù)，相當(dāng)于把信息位data先左移位。

以簡(jiǎn)單的CRC8舉例，多項(xiàng)式G(x)=X8 +X7 +X6 +X4 +X2 +1 的電路示意圖如下：

對(duì)應(yīng)的Verilog code代碼如下：

上面的Verilog code上用了LFSR這種變量聲明，有沒有感到奇怪？

LFSR（線性移位寄存器）和CRC的算法很像的，有興趣的可去看看LFSR的相關(guān)知識(shí)。

一位串行輸入的CRC電路實(shí)現(xiàn)方法很簡(jiǎn)單，每周期的組合邏輯鏈路簡(jiǎn)單延時(shí)短。它的缺點(diǎn)是輸入位寬只有一位，所以一個(gè)clock周期只能算一位，如果是64bit的信息位就要64個(gè)clock周期。如果需要傳輸?shù)奈粩?shù)比較多，會(huì)對(duì)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生比較大的影響。

假設(shè)要把輸入位寬變成8位（byte）輸入，電路將是什么樣的呢？并行的CRC其實(shí)也簡(jiǎn)單，可以用提前抽取的概念來實(shí)現(xiàn)。

用下圖來解釋一下，CRCM有M個(gè)校驗(yàn)位就是有M個(gè)寄存器，現(xiàn)在把輸入變成N位。

提前抽取就是通過關(guān)系函數(shù)得到下一個(gè)clock寄存器的輸入nxt_crc[M-1:0]：

關(guān)系函數(shù)CN如下：

nxt_crc=CN(crc_out,data)，

crc_out是前一個(gè)clock的寄存器輸出；

data是當(dāng)前的輸入數(shù)據(jù)；

函數(shù)CN就是一個(gè)組合邏輯網(wǎng)絡(luò)，也可叫做所謂的scramble。怎樣得出這個(gè)CN呢？如果數(shù)字信號(hào)處理學(xué)的好，可以去推導(dǎo)一下。網(wǎng)上有各種算法，很多很多。下面介紹一種方法。

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以CRC8，G(x)=X8 +X7 +X6 +X4 +X2 +1為例子產(chǎn)生一個(gè)CRC8_8的CN，下面直接給出CRC8_8的Verilog code，后面講怎么得到這個(gè)CN。

上面的Verilog code 的代碼是由下面的矩陣得出的

把N_in作為數(shù)據(jù)，M_in作為CRC的上一個(gè)clock的值就有：

LFSR_S[0] =DATA[0]^DATA[1]^DATA[3]^DATA[6]^DATA[7]^LFSR_N[0]^LFSR_N[1]^LFSR_N[3]^LFSR_N[6]^LFSR_N[7];

怎么獲得這個(gè)矩陣呢?

CRCM_N(M_in,N_in)= CRCM_N(M_in,0)+ CRCM_N(0,N_in)

可以用crc8_parallel(N_in)：輸入data_in 的是8‘b00000001，得到crc8的值，就是H1的第一行8’hd5；輸入data_in 的是8‘b00000010，得到crc8的值，就是H1的第二行8’h7f；以此類推。計(jì)算出上面矩陣H1=[]NxM。計(jì)算H2=[]MxM的方法和H1是一樣的。

有上面的矩陣就有CN函數(shù)。有了CN就可很容易得出CRC硬件電路了。上面的方法其實(shí)可寫成一個(gè)腳本，實(shí)現(xiàn)任意多項(xiàng)式任意位寬輸入的并行CRC硬件電路。www.OutputLogic.com 有自動(dòng)生成器，不過大家最好自己寫一寫。提醒：上面有LSB和MSB誰先輸入到并行CRC里面去的問題？琢磨一下吧！