CRC码生成与效验电路的设计

1、沈阳航空工业学院课课 程程 设设 计计 报报 告告课程设计名称：计算机组成原理课程设计计算机组成原理课程设计课程设计题目：CRC 码生成与效验电路的设计码生成与效验电路的设计 院（系）：计算机学院专 业：计算机科学与技术班 级：4401102学 号：200403011055姓 名：刘 鹏指导教师：李 平完成日期：2006年12月31日沈阳航空工业学院课程设计报告 -I-目目 录录第第 1 章章 总体设计方案总体设计方案.11.1 设计原理设计原理.11.2 设计思路设计思路.21.3 设计环境设计环境.2第第 2 章章 详细设计方案详细设计方案.32.1 顶层方案图的设计与实现顶层方案图的设计

2、与实现.32.1.1 创建顶层图形设计文件创建顶层图形设计文件.32.1.2 器件的选择与引脚锁定器件的选择与引脚锁定.42.2 功能模块的设计与实现功能模块的设计与实现.52.2.1 模模 2 除模块的设计与实现除模块的设计与实现.52.2.2 CRC 效验码模块的设计与实现效验码模块的设计与实现 .62.3 仿真调试仿真调试.7第第 3 章章 编程下载与硬件测试编程下载与硬件测试.93.1 编程下载编程下载.93.2 硬件测试及结果分析硬件测试及结果分析.9参考文献参考文献.11附附 录（程序清单或电路原理图）录（程序清单或电路原理图）.12沈阳航空工业学院课程设计报告 第 1 章 总体设

3、计方案-1-第 1 章 总体设计方案1.1 设计原理设计原理二进制信息位流沿一条线逐位在部件之间或计算机之间传送称为串行传送。CRC 码一般是指 k 位信息码之后拼接 r 位校验码。应用 CRC 码的关键是如何从 k 位信息位简便地得到 r 位效验位，以及如何从 k+r 位信息码判断是否出错。CRC 码生成：码生成： 多项式 M(x)x3除以生成多项式 G(x)所得的 r 位余数为效验位（为了得到R 位余数，G(x)必须是 r+1 位） 。然后将余数拼接在信息组左移 r 位空出的 r 位上，就构成了这个有效信息的 CRC 码。 （因为 k=4,所以 k-1=3 位）CRC 码效验码效验：将收到

4、的循环效验码用约定的生成多项式 G(x)去除，如果码字无误则余数应为 0，如果某一位出错，则余数不为 0，不同位数出错余数不同。更换不同的待测码字可以证明：余数与出错位的对应关系是不变的，只与码制和生成多项式有关，对于其他码制或选用其他生成多项式，出错模式将发生变化。 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。可通过异或门将它纠正后在下一次移位时送回 A7 继续移满一个循环，就得到一个纠正后的码字。M(x)=1100 G(x)=1011A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 余数出错位正确1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 无错误1 1 0 0 0 1 1

5、 0 0 1 7错误1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 6错误1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 5错误1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 4错误1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 3错误1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 2沈阳航空工业学院课程设计报告 第 1 章 总体设计方案-2-错误0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1表表 1.1 CRC 码出错模式码出错模式1.2 设计思路设计思路本电路的 CRC 码的产生与校验由一个模 2 除法器电路，异或门，3-8 译码器等器件实现 CRC 的生成与校验。移位后的信息码与生成多项式经过模 2 除法器生成 7 位 CRC 码

6、。校验电路是移位后的信息码与生成多项式相除，得到的结果通过 3-8 译码器与异或门进行校验，最后与原数据进行拼接，最后输出正确的 CRC 校验码。1.3 设计环境设计环境硬件环境：伟福 COP2000 型计算机组成原理实验仪、XCV200 实验板、微机； EDA 环境：Xilinx foundation f3.1 设计软件。沈阳航空工业学院课程设计报告 第 2 章 详细设计方案-3-第 2 章 详细设计方案2.1 顶层方案图的设计与实现顶层方案图的设计与实现CRC 码顶层方案图采用原理图设计输入方式，电路实现基于 XCV200 可编程逻辑芯片。在完成原理图的功能设计后，把输入/输出信号安排到

7、XCV200 指定的引脚上去，实现芯片的引脚锁定。2.1.1 创建顶层图形设计文件创建顶层图形设计文件顶层图形文件主要由一个求余数模 2 除法器-U18 和 3-8 译码器、异或门、模2 除法器封装在一个芯片中的-U21 组成的一个完整的设计实体。可利用 Xilinx foundation f3.1 模块实现顶层图形文件的设计，顶层图形文件结构如图 2.1 所示。图图 2.1 CRC 码顶层图形文件结构码顶层图形文件结构沈阳航空工业学院课程设计报告 第 2 章 详细设计方案-4-2.1.2 器件的选择与引脚锁定器件的选择与引脚锁定（1）器件的选择）器件的选择由于硬件设计环境是基于伟福 COP2

8、000 型计算机组成原理实验仪和 XCV200实验板，故采用的目标芯片为 Xlinx XCV200 软件所包含的逻辑芯片。（2）引脚锁定）引脚锁定把顶层图形文件中的输入/输出信号安排到 Xlinx XCV200 芯片指定的引脚上去，实现芯片的引脚锁定，各信号及 Xlinx XCV200 芯片引脚对应关系如表 2.1 所示。沈阳航空工业学院课程设计报告 第 2 章 详细设计方案-5-表表 2.1 信号和芯片引脚对应关系信号和芯片引脚对应关系2.2 功能模块的设计与实现功能模块的设计与实现电路由两个模 2 除法器，七个异或门，3-8 译码器三个模块构成，实现 CRC 码的生成与校验。图形文件中的输

9、入图形文件中的输入/输出信号输出信号XCV200 芯片引脚芯片引脚CLOCK213G1100G2101G3102G4103Z0152Z1178Z2184Z3185Z4203Z5111Z6110A199A2107A3108A4109T1124T293T399T4107T5108T6124T7125VCC95沈阳航空工业学院课程设计报告 第 2 章 详细设计方案-6-2.2.1 模模 2 除法器模块的设计与实现除法器模块的设计与实现模 2 除由四个异或门和四个 T 触发器构成，C,G1,G2,G3,G4 为输入，Z0，Z1，Z2 为输出，其设计过程如下。（1）创建模块电路图）创建模块电路图（2）功

10、能仿真）功能仿真对创建的的模 2 除法器进行功能仿真，可用 Xilinx foundation f3.1 对模块实现。2.2.2 CRC 码校验模块的设计与实现码校验模块的设计与实现 本电路由一个模 2 除法器电路,3-8 译码器，七个异或门组成。沈阳航空工业学院课程设计报告 第 2 章 详细设计方案-7-（1）创建模块电路图）创建模块电路图（2）功能仿真）功能仿真对创建的的总线输出进行功能仿真，可用 Xilinx foundation f3.1 对模块实现。沈阳航空工业学院课程设计报告 第 2 章 详细设计方案-8-2.3 仿真调试仿真调试仿真调试主要验证设计电路逻辑功能、时序的正确性，本设

11、计中主要采用功能仿真方法对设计的电路进行仿真。（1）建立仿真波形文件及仿真信号选择）建立仿真波形文件及仿真信号选择功能仿真时，首先建立仿真波形文件，选择仿真信号，对选定的输入信号设置参数，选定的仿真信号和设置的参数如表 2.2 所示。输入输入信号信号输入信输入信号号输入信号输入信号输入信号输入信号输出信号输出信号输出信号输出信号CLKVCCG1G2G3G4A1 A2 A3 A4Z0Z1Z2Z3Z4Z5Z6T1T2T3T4T5T6T70 1 11 1 0 10 0 1 1表表 2.2 仿真信号选择和参数设置仿真信号选择和参数设置（2）功能仿真结果与分析）功能仿真结果与分析功能仿真波形结果如图 2

12、.2 所示，仿真数据结果如表 2.3 所示。对表 2.3 与表1.1 的内容进行对比，可以看出功能仿真结果是正确的，进而说明电路设计的正确性。沈阳航空工业学院课程设计报告 第 2 章 详细设计方案-9-图图 2.2 功能仿真波形结果功能仿真波形结果输入输入信号信号输入信输入信号号输入信号输入信号输入信号输入信号输出信号输出信号输出信号输出信号CLKVCCG1G2G3G4A1 A2 A3 A4Z0Z1Z2Z3Z4Z5Z6T1T2T3T4T5T6T70 1 11 1 0 10 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1表表 2.3 仿真数据结果仿真数据结果沈阳航空工业学院课

13、程设计报告 第 3 章 编程下载与硬件测试-10-第 3 章 编程下载与硬件测试3.1 编程下载编程下载利用 Xilinx ISE 的编程下载功能，将得到的*.bit 文件下载到 XCV200 实验板的 XCV200 可编程逻辑芯片中。3.2 硬件测试及结果分析硬件测试及结果分析利用 XCV200 实验板进行硬件功能测试。 其对应关系如表 3.1 所示。表表 3.1 XCV200 实验板信号对应关系实验板信号对应关系利用表 2.2 中的输入参数作为输入数据，逐个测试输出结果，即用 XCV200实验板的开关 K1、K2、K3 输入数据，观察 LED1 和 LED2 的输出，得到如下表 XCV20

14、0 芯片引脚信号芯片引脚信号XCV200 实验板实验板XCV200 实验板实验板AK0:5A0CLKCLOCKA2G0K0:1A3G1K0:2A4G2K0:3A5G3K0:4A6沈阳航空工业学院课程设计报告 第 3 章 编程下载与硬件测试-11-硬件测试后结果如图 3.1 示 ： 输入信号输入信号输出信号输出信号K0:8A0A1A2A3A4A5A6111000000011000011011000001011000001011000001011沈阳航空工业学院课程设计报告 第 3 章 编程下载与硬件测试-12-沈阳航空工业学院课程设计报告 参考文献-13-参考文献1 曹昕燕. EDA 技术实验与

15、课程设计M.北京：清华大学出版社，20062 范延滨.微型计算机系统原理、接口与 EDA 设计技术M.北京：北京邮电大学出版社，20063 王爱英.计算机组成与结构(第 4 版)M.北京：清华大学出版社，20064 王爱英.计算机组成与结构 (第 2 版)M.北京：清华大学出版社，20005 江国强，EDA 技术与应用M北京：电子工业出版社，20046 侯伯亨 顾新，VHDL 硬件描述语言与数字逻辑电路设计M西安，西安电科技大学出版社，19997 庄镇泉 胡庆生，电子设计自动化M北京，科学出版社，2000 沈阳航空工业学院课程设计报告 附 录-14-附 录（电路原理图）沈阳航空工业学院课程设计报告-15-课程设计总结：课程设计总结：主要从以下几方面总结：1设计过程中出现的问题及采用的解决方法；2设计达到的目的；3感受。这次课设我的收获很多，在一开始的几天中一直没什么头绪，不知道该从哪处下手去做。光是凭借着自己想所以浪费了很多时间还没什么进展。后来自己查了几本书，知道了大概的步骤和电路图。但