CRC码生成与校验电路的设计

目录TOC\o"1-3"\h\z第1章总体设计方案 11.1设计原理 11.2设计思路 21.3设计环境 3第2章详细设计方案 52.1顶层方案图的设计与实现 52.1.1创建顶层图形设计文件 62.1.2器件的选择与引脚锁定 62.1.3编译、综合、适配 82.2功能模块的设计与实现 82.2.1模2除法器的设计与实现 82.2.2移位寄存器的设计与实现 102.3仿真调试 11第3章编程下载与硬件测试 143.1编程下载 143.2硬件测试及结果分析 14参考文献 15附录（电路原理图） 16沈阳航空航天大学课程设计报告第1章总体设计方案设计原理循环冗余校验码(cyclicredundancycheck,CRC)简称为循环码或CRC码。二进制信息沿一条信号线逐位在设备之间传送称为串行传送，CRC码常用于串行传送过程中的检错与纠错。CRC码的编码格式如图1.1所示，是在k位有效数据之后添加r位校验码，形成总长度为n的CRC码，简写作C(n,k)码。CRC编码的关键技术在于如何从k位信息简便的得到r位校验码，并根据总长度为n的CRC码进行纠错。图1.1设被校验的数据是一个k位的二进制代码，将它表示为一个(k-1)阶的多项式(1-1)多项式(1-1)中的系数D的取值为0或1，与被校验的数据M一一对应；式中的x是一个伪变量，用指明各位的位置。设校验码P长度为r，将被校验数据D左移r位后的结果为将D左移r位的目的是给D右边添加r个0，形成(k+r)位长度二进制代码，其多项式形式为M(x)×。如图1.1所示，CRC码由k位数据D和r位校验码P组成，求校验码P的多项式R(X)的方法如下：

(1-2)图1.2COP2000计算机组成原理集成调试软件（2）EDA环境：•Xilinxfoundationf3.1设计软件Xilinxfoundationf3.1是Xilinx公司的可编程期间开发工具，该平台（如图1.3所示）功能强大，主要用于百万逻辑门设计。该系统由设计入口工具、设计实现工具、设计验证工具三大部分组成。图1.3Xilinxfoundationf3.1设计平台第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实现CRC码的生成与校验的逻辑功能，采用原理图设计输入方式完成，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顶层图形文件的设计实体主要由CRC码生成电路与CRC码校验电路组成。生成电路主要由移位寄存器元件-U2、模2除法器元件-U3构成。如图2.1所示。图2.1CRC码生成电路图校验电路主要由移位寄存器元件-U5、模2除法器-U4，3-8译码器，异或门集成模块-U6构成。如图2.2所示。图2.2CRC码校验电路图2.1.2器件的选择与引脚锁定（1）器件的选择由于硬件设计环境是基于伟福COP2000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XlinxXCV200软件中可用芯片。（2）引脚锁定把顶层图形文件中的输入/输出信号安排到XlinxXCV200芯片指定的引脚上去，实现芯片的引脚锁定，各信号及XlinxXCV200芯片引脚对应关系如表2.1所示。图形文件中的输入/输出信号XCV200芯片引脚D87A73CLK213VCC47G3100G2101G1102G0103Q6152Q5178Q4184Q3185Q2203Q1111Q0110L693L599L4107L3108L2109L1124L0125表2.1信号和芯片引脚对应关系2.1.3编译、综合、适配利用Xilinxfoundationf3.1的原理图编辑器对顶层图形文件进行编译，并最终生成网络表文件，利用设计实现工具经综合、优化、适配，生成可供时序仿真的文件和器件下载编程文件。2.2功能模块的设计与实现CRC码的生成与校验电路是基于移位寄存器和模2除法器及异或门实现的。2.2.1模2除法器的设计与实现模2加定义：即按位加，可用异或逻辑实现。模2加同模2减结果相同，即0±1=1，1±0=1，0±0=0，1±1=0。模2除定义：按照模2减求得部分余数。每求一位商应将部分余数减少一位。上商原则是：当部分余数的位数多于除数时，商1，否则，商0。该模块由D触发器、与门和异或门构成。对(7,4)校验码，可采用图2.3所示电路，产生3位的余数Q2、Q1、Q0。图中的模2减用异或门实现，左移一位由移位寄存器实现；用异或门的输出控制左边一位寄存器的D输入端，可同时实现模2减和左移。用最左一位D触发器的取值控制是否做模2减，当其为1时，减去的数就是生成多项式G(x)，为0时减去的就是0000。这里，被除数D是逐位串行送到移位寄存器的，且由CP脉冲同步。其设计过程如下:（1）创建控制器设计原理图。模2除法器原理图如图2.3所示。图2.3模2除法器的原理框图（2）创建元件图形符号为能在图形编辑器(原理图设计输入方式)中调用MOD2芯片，需要为MOD2模块创建一个元件图形符号，可利用Xilinxfoundationf3.1编译器中的如下步骤实现：Tools=>SymbolWizard=>下一步。CP、D是输入信号，Q2、Q1、Q0是输出信号。其元件图形符号如图2.4所示：图2.4模2除法器元件图形符号（3）功能仿真对创建的控制器模块进行功能仿真，验证其功能的正确性，可用XilinxFoundationf3.1编译器Simulator模块实现。D端串行输入数据1100000，得到余数Q2、Q1、Q0为010。仿真结果如图2.5所示：图2.5模2除法器仿真结果2.2.2移位寄存器的设计与实现该模块由8个D触发器相连接构成，数据通过D端串行输入到D触发器中。每过一个时钟脉冲，输入的数据左移一位，经过7个脉冲后，由7个D触发器的Q端并行输出所输入的数据。（1）创建控制器设计原理图。移位寄存器的原理框图如图2.6所示。图2.6移位寄存器的原理框图（2）创建元件图形符号为能在图形编辑器（原理图设计输入方式）中调用MOV芯片，需要为MOV模块创建一个元件图形符号，可利用Xilinxfoundationf3.1编译器中的如下步骤实现：Tools=>SymbolWizard=>下一步。CP、D是输入信号，Q6、Q5、Q4、Q3、Q2、Q1、Q0是输出信号。其元件图形符号如图2.7所示：图2.7移位寄存器器元件图形符号（3）功能仿真对创建的控制器模块进行功能仿真，验证其功能的正确性，可用XilinxFoundationf3.1编译器Simulator模块实现。D串行输入数据1100000，得到结果1100000。仿真结果如图2.8所示：图2.8移位寄存器仿真结果2.3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功能仿真时，首先建立仿真波形文件，添加仿真信号，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。仿真时D输入信息码1100000,A输入循环校验码1100000,G0,G1,G2,G3输入生成多项式1011,VCC恒为1。（2）功能仿真结果与分析功能仿真波形结果如图2.9所示，仿真数据结果如表2.2所示。对表2.2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。图2.9功能仿真波形结果DACLOCKQ6Q5Q4Q3Q2Q1Q0L6L5L4L3L2L1L011100000010000000111000000100010110010000110001011000100011110101100001001110110110000010110001011000100111000101100010表2.2仿真数据结果输入信息码为：1100000，生成多项式为：1011，应用模2除法器可以求出三位余数为010然后把余数和信息码拼接可以得到CRC编码为：1100010输入需要校验的CRC码为：1100000，生成多项式位：1011，可以求得三位余数位010因为余数不为000，可以判断出接受到的循环校验码是错的，并且错误位在Q1。通过校验电路修改可输出正确的CRC码1100010。由图2.9的仿真图和表2.2的仿真数据结果可以看出，生成的CRC码为1100010，校验之后CRC码为1100010。沈阳航空航天大学课程设计报告第3章编程下载与硬件测试3.1编程下载利用COP2000仿真软件的编程下载功能，将得到.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利用XCV200实验板进行硬件功能测试。CRC码生成和校验的输入数据通过XCV200实验板的输入开关实现，输出数据通过XCV200实验板的LED指示灯实现，其对应关系如表3.1所示。XCV200芯片引脚信号XCV200实验板XCV200芯片引脚信号XCV200实验板XCV200芯片引脚信号XCV200实验板DK1:0Q6A6L6B6AK2:0Q5A5L5B5CLKCLOCKQ4A4L4B4G3K0:3Q3A3L3B3G2KO:2Q2A2L2B2G1K0:1Q1A1L1B1G0K0:0Q0A0L0B0VCCK3:0表3.1X