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2017-01-09 21:51:10

它是利用除法及余数的原理来作错误侦测(Error Detecting)的。实际应用时,发送装置计算出CRC值并随数据一同发送给接收装置,接收装置对收到的数据重新计算CRC并与收到的CRC相比较,若两个CRC值不同,则说明数据通讯出现错误。

根据应用环境与习惯的不同,CRC又可分为以下几种标准:

①CRC-12码;

②CRC-16码;

③CRC-CCITT码;

④CRC-32码。

CRC-12码通常用来传送6-bit字符串。

CRC-16及CRC-CCITT码则用是来传送8-bit字符,其中CRC-16为美国采用,而CRC-CCITT为欧洲国家所采用。

CRC-32码大都被采用在一种称为Point-to-Point的同步传输中.

下面以最常用的CRC-16为例来说明其生成过程。

CRC-16码由两个字节构成,在开始时CRC寄存器的每一位都预置为1,然后把CRC寄存器与8-bit的数据进行异或(异或:二进制运算 相同为0,不同为1;0^0=0;0^1=1;1^0=1;1^1=0),

之后对CRC寄存器从高到低进行移位,在最高位(MSB)的位置补零,而最低位(LSB,移位后已经被移出CRC寄存器)如果为1,则把寄存器与预定义的多项式码进行异或,否则如果LSB为零,则无需进行异或。重复上述的由高至低的移位8次,第一个8-bit数据处理完毕,用此时CRC寄存器的值与下一个8-bit数据异或并进行如前一个数据似的8次移位。所有的字符处理完成后CRC寄存器内的值即为最终的CRC值。

下面为CRC的计算过程:

1.设置CRC寄存器,并给其赋值FFFF(hex)。

2.将数据的第一个8-bit字符与16位CRC寄存器的低8位进行异或,并把结果存入CRC寄存器。

3.CRC寄存器向右移一位,MSB补零,移出并检查LSB。

4.如果LSB为0,重复第三步;若LSB为1,CRC寄存器与多项式码相异或。

5.重复第3与第4步直到8次移位全部完成。此时一个8-bit数据处理完毕。

6.重复第2至第5步直到所有数据全部处理完成。

7.最终CRC寄存器的内容即为CRC值。

常用的CRC循环冗余校验标准多项式如下:

CRC(16位) = X16+X15+X2+1

CRC(CCITT) = X16+X12 +X5+1

CRC(32位) = X32+X26+X23+X16+X12+X11+X10+ X8+X7+X5+X4+X2+X+1

以CRC(16位)多项式为例,其对应校验二进制位列为1 1000 0000 0000 0101。

注意:这儿列出的标准校验多项式都含有(X+1)的多项式因子;各多项式的系数均为二进制数,所涉及的四则运算仍遵循对二取模的运算规则。(注:对二取模的四则运算指参与运算的两个二进制数各位之间凡涉及加减运算时均进行XOR异或运算,即:1 XOR 1=0,0 XOR 0=0,1 XOR 0=1,0 XOR 1=1,即相同为0,不同为1)

循环冗余校验码

在串行传送(磁盘、通讯)中,广泛采用循环冗余校验码(CRC)。CRC也是给信息码加上几位校验码,以增加整个编码系统的码距和查错纠错能力。

CRC的理论很复杂,一般书上只介绍已有生成多项式后计算校验码的方法。检错能力与生成多项式有关,只能根据书上的结论死记。

循环冗余校验码(CRC)的基本原理是:在K位信息码后再拼接R位的校验码,整个编码长度为N位,因此,这种编码又叫(N,K)码。对于一个给定的(N,K)码,可以证明存在一个最高次幂为N-K=R的多项式G(x)。根据G(x)可以生成K位信息的校验码,而G(x)叫做这个CRC码的生成多项式。

校验码的具体生成过程为:假设发送信息用信息多项式C(X)表示,将C(x)左移R位,则可表示成C(x)*2R,这样C(x)的右边就会空出R位,这就是校验码的位置。通过C(x)*2R除以生成多项式G(x)得到的余数就是校验码。

几个基本概念

1、多项式与二进制数码

多项式和二进制数有直接对应关系:x的最高幂次对应二进制数的最高位,以下各位对应多项式的各幂次,有此幂次项对应1,无此幂次项对应0。可以看出:x的最高幂次为R,转换成对应的二进制数有R+1位。

多项式包括生成多项式G(x)和信息多项式C(x)。

如生成多项式为G(x)=x4+x3+x+1, 可转换为二进制数码11011。

而发送信息位 1111,可转换为数据多项式为C(x)=x3+x2+x+1。

2、生成多项式

是接受方和发送方的一个约定,也就是一个二进制数,在整个传输过程中,这个数始终保持不变。

在发送方,利用生成多项式对信息多项式做模2除生成校验码。在接受方利用生成多项式对收到的编码多项式做模2除检测和确定错误位置。

应满足以下条件:

a、生成多项式的最高位和最低位必须为1。

b、当被传送信息(CRC码)任何一位发生错误时,被生成多项式做模2除后应该使余数不为0。

c、不同位发生错误时,应该使余数不同。

d、对余数继续做模2除,应使余数循环。

将这些要求反映为数学关系是比较复杂的。但可以从有关资料查到常用的对应于不同码制的生成多项式如图9所示:

N K 码距d G(x)多项式 G(x)
7 4 3

x3+x+1

1011
7 4 3

x3+x2+1

1101
7 3 4

x4+x3+x2+1

11101
7 3 4

x4+x2+x+1

10111
15 11 3

x4+x+1

10011
15 7 5

x8+x7+x6+x4+1

111010001
31 26 3

x5+x2+1

100101
31 21 5

x10+x9+x8+x6+x5+x3+1

11101101001

63 57 3

x6+x+1

1000011

63 51 5

x12+x10+x5+x4+x2+1

1010000110101

1041 1024  

x16+x15+x2+1

11000000000000101

图9 常用的生成多项式

3、模2除(按位除)

模2除做法与算术除法类似,但每一位除(减)的结果不影响其它位,即不向上一位借位。所以实际上就是异或。然后再移位移位做下一位的模2减。步骤如下:

a、用除数对被除数最高几位做模2减,没有借位。

b、除数右移一位,若余数最高位为1,商为1,并对余数做模2减。若余数最高位为0,商为0,除数继续右移一位。

c、一直做到余数的位数小于除数时,该余数就是最终余数。

【例】1111000除以1101:

1011———商

————

1111000-----被除数

1101———— 除数

————

010000

1101

————

01010

1101

————

111————余数

CRC码的生成步骤

1、将x的最高幂次为R的生成多项式G(x)转换成对应的R+1位二进制数。

2、将信息码左移R位,相当与对应的信息多项式C(x)*2R

3、用生成多项式(二进制数)对信息码做模2除,得到R位的余数。

4、将余数拼到信息码左移后空出的位置,得到完整的CRC码。

【例】假设使用的生成多项式是G(x)=x3+x+1。4位的原始报文为1010,求编码后的报文。

解:

1、将生成多项式G(x)=x3+x+1转换成对应的二进制除数1011。

2、此题生成多项式有4位(R+1),要把原始报文C(x)左移3(R)位变成1010000

3、用生成多项式对应的二进制数对左移4位后的原始报文进行模2除:

1001-------商

------------------------

1010000

1011----------除数

------------

1000

1011

------------

011-------余数(校验位)

5、编码后的报文(CRC码):

1010000

+             011

------------------

1010011

CRC的和纠错

在接收端收到了CRC码后用生成多项式为G(x)去做模2除,若得到余数为0,则码字无误。若如果有一位出错,则余数不为0,而且不同位出错,其余数也不同。可以证明,余数与出错位的对应关系只与码制及生成多项式有关,而与待测碼字(信息位)无关。图10给出了G(x)=1011,C(x)=1010的出错模式,改变C(x)(码字),只会改变表中码字内容,不改变余数与出错位的对应关系。

 

收到的CRC码字

余数 出错位
码位
A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1
正确
1 0 1 0 0 1 1
000

1 0 1 0 0 1 0
1 0 1 0 0 0 1
1 0 1 0 1 1 1
1 0 1 1 0 1 1
1 0 0 0 0 1 1
1 1 1 0 0 1 1
0 0 1 0 0 1 1

001

010

100

011

110

111

101

1

2

3

4

5

6

7

图10 (7,4)CRC码的出错模式(G(x)=1011)

如果循环码有一位出错,用G(x)作模2除将得到一个不为0的余数。如果对余数补0继续除下去,我们将发现一个有趣的结果;各次余数将按图10顺序循环。例如第一位出错,余数将为001,补0后再除(补0后若最高位为1,则用除数做模2减取余;若最高位为0,则其最低3位就是余数),得到第二次余数为010。以后继续补0作模2除,依次得到余数为100,0ll…,反复循环,这就是“循环码”名称的由来。这是一个有价值的特点。如果我们在求出余数不为0后,一边对余数补0继续做模2除,同时让被检测的校验码字循环左移。图10说明,当出现余数(101)时,出错位也移到A7位置。可通过异或门将它纠正后在下一次移位时送回A1。这样我们就不必像海明校验那样用译码电路对每一位提供纠正条件。当位数增多时,循环码校验能有效地降低硬件代价,这是它得以广泛应用的主要原因。

【例】对图10的CRC码(G(x)=1011,C(x)=1010),若接收端收到的码字为1010111,用G(x)=1011做模2除得到一个不为0的余数100,说明传输有错。将此余数继续补0用G(x)=1011作模2除,同时让码字循环左移1010111。做了4次后,得到余数为101,这时码字也循环左移4位,变成1111010。说明出错位已移到最高位A7,将最高位1取反后变成0111010。再将它循环左移3位,补足7次,出错位回到A3位,就成为一个正确的码字1010011。

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