循环冗余检验应用

    在工业环境中，电子系统通常工作在极端的温度条件下，或处于电子噪声环境，或是其它恶劣条件，而系统在这种条件下能否正常工作至关重要。举例来说，如果发送给控制机器臂位置的DAC的数据遭到破坏，机器臂就会按非预期的方向移动，这不仅危险，而且代价巨大。试想一下，机器臂如果砸到生产线上的新车，或者更糟，砸到生产工人，后果会怎样？
    有几种方法可以确保收到正确数据后才执行动作。最简单的方式就是控制器回读所发送的数据。如果接收的数据与发送的数据不匹配，则说明其中一者已受到破坏，必须发送新数据并进行验证。这种方法的确可靠，但产生的开销也很大，每段数据都必须经过验证，传输的数据量要翻一倍。
    另一种替代方法是循环冗余校验(CRC，Cyclic Redundancy Check)，即随每个数据包发送一个校验和(checksum)，接收器就会指示是否存在问题，所以控制器无需验证接收。校验和一般通过向数据应用一个多项式方程式来生成。应用于一个24位字时，CRC-8可产生一个8位校验和。将校验和与数据组合在一起，全部32位都发送到能够分析该组合的器件，并指示是否出错——这种方法虽然不是无可挑剔解决方案，但却比读写方法更加高效。

                     图1. 采用和不采用分组差错校验的SPI写入

CRC-8算法采用多项式C(x) = x⁸ + x² + x¹ + 1。x = 2时，此式等于二进制值100000111。要生成校验和，需将24位数据左移8位，产生一个后8位为逻辑0的32位数。对齐CRC多项式，使其MSB与该32位数据最左侧的逻辑1对齐。对该数据施加一个异或(XOR)函数，以产生一个新(更短)的数字。(数字匹配得到逻辑0，不匹配得到逻辑1。)再次对齐CRC多项式，使其MSB与第一个结果最左侧的逻辑1对齐，重复上述步骤。最后，原始数据将减少至小于CRC多项式的值。此值即是8位校验和。图2演示了推演校验和的方法。

                    图2. 生成24位数((0x654321))的校验和

    图2中的示例采用(十六进制)值0x654321作为24位数据字。对该数据应用CRC-8多项式可生成校验和0x86。数据和校验和发送时，只有两段数据都正确到达，该数据才会被接收。此方法提高了数据传输的可靠性，并可确保遭破坏的数据几乎永远不会被接收。

 

参考自：ADI模拟期刊20120220：《循环冗余校验确保正确的数据通信》  作者：Ken Kavanagh