課程設(shè)計報告題目：并行CRC-16校驗碼產(chǎn)生器設(shè)計院〔系〕：電子與信息工程學(xué)院專業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)班級：姓名：設(shè)計日期：2023.12.16-2023.12.20一、設(shè)計目的1．掌握數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計方法；2．掌握硬件描述語言——VerilogHDL；3．掌握模塊化設(shè)計方法；4．掌握開發(fā)軟件的使用方法。二、設(shè)計要求8bit并行輸入數(shù)據(jù)進行CRC-16校驗。1．輸入為連續(xù)數(shù)據(jù)流，時鐘為單位，起始位有1bit寬Soc指示信號；2．生成多項式：；3．校驗數(shù)據(jù)與碼流同步送出；4．完成全部流程：設(shè)計標準文檔、模塊設(shè)計、代碼輸入、功能仿真、約束與綜合、布局布線、下載驗證等。三、設(shè)計環(huán)境計算機、QuatusII開發(fā)軟件四、設(shè)計內(nèi)容〔設(shè)計原理和方案、程序設(shè)計、仿真分析和適配〕4.1設(shè)計原理和方案CRC即循環(huán)冗余校驗碼〔CyclicRedundancyCheck〕：是數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域中最常用的一種過失校驗碼，其特征是信息字段和校驗字段的長度可以任意選定。冗余編碼是在二進制通信系統(tǒng)中常用的過失檢測方法，它是通過在原始數(shù)據(jù)后加冗余校驗碼來檢測過失，冗余位越多，檢測出傳輸錯誤的機率越大。循環(huán)冗余編碼〔CyclicRedundancyCodes，簡稱CRC〕是一種常用的冗余編碼。CRC校驗的根本原理是：CRC碼是由兩局部組成的，前局部是信息碼，就是需要校驗的信息，后局部是校驗碼，如果CRC碼長共nbit，信息碼長kbit，就稱為〔n,k〕碼，剩余的rbit即為校驗位。如：〔7,3〕碼：1101001，前三位110為信息碼，1001為校驗碼。CRC校驗碼的生成規(guī)那么：A、將原信息碼左移rbit，右側(cè)補零，如110-->1100000；B、用1100000除以G(x)，得到的余數(shù)即為CRC校驗碼；CRC可由一稱為生成多項式的常數(shù)去除該數(shù)據(jù)流的二進制數(shù)值而得，商數(shù)被放棄，余數(shù)作為冗余編碼追加到數(shù)據(jù)流尾，產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)流進行發(fā)送。在接收端，新的數(shù)據(jù)流被同一常數(shù)去除，檢查余數(shù)是否為零。如果余數(shù)為零，就認為傳輸正確，否那么就認為傳輸中已發(fā)生過失，該數(shù)據(jù)流重發(fā)。在產(chǎn)生CRC校驗碼時，需要用到除法運算。一般說來，非常大的數(shù)字進行除法時，用數(shù)字邏輯實現(xiàn)時是比擬麻煩的。因此，把二進制信息預(yù)先轉(zhuǎn)換成一定的格式，這就是CRC的多項式表示。二進制數(shù)表示為生成多項式的系數(shù)，如下公式所示：生成多項式是接受方和發(fā)送方的一個約定，也就是一個二進制數(shù)，在整個傳輸過程中，這個數(shù)始終保持不變。在發(fā)送方，利用生成多項式對信息多項式做模2除生成校驗碼。在接受方利用生成多項式對收到的編碼多項式做模2除檢測和確定錯誤位置。應(yīng)滿足以下條件：A、生成多項式的最高位和最低位必須為1；B、當被傳送信息任何一位發(fā)生錯誤時，被生成多項式做除后應(yīng)該使余數(shù)不為0；C、不同位發(fā)生錯誤時，應(yīng)該使余數(shù)不同；D、對余數(shù)繼續(xù)做除，應(yīng)使余數(shù)循環(huán)。在多項式表示中，所有的二進制數(shù)均被表示成一個多項式，多項式的系數(shù)就是二進制中的對應(yīng)值。D為數(shù)據(jù)流多項式，G為生成多項式，Q為商數(shù)多項式，R為余數(shù)多項式。在生成CRC校驗碼時，數(shù)據(jù)流多項式D被乘以Xn，這里n為生成多項式G的最高次數(shù)，也就是CRC的長度。這個操作是通過將左移n位得到的，我們可以用CRC來代替多項式最后的n個0，組成新的數(shù)據(jù)流多項式。由于二進制的加法和減法是等價的，所以產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)流多項式應(yīng)能被生成多項式G除盡。用以下公式表示為：在接收端，傳輸信息的前一局部為原始數(shù)據(jù)流D；后一局部〔最后n位數(shù)〕為余數(shù)R。整個數(shù)據(jù)流多項式被同一生成多項式G去除，商數(shù)被丟棄，余數(shù)應(yīng)為0。如果余數(shù)不為0，說明傳輸數(shù)據(jù)時發(fā)生錯誤，數(shù)據(jù)需要重傳。不同的生成多項式有不同的檢錯能力，為了得到優(yōu)化的結(jié)果，我們必須根據(jù)需要選擇適宜的生成多項式，CRC-16的生成多項式為：SerialData即為需要校驗的8bit數(shù)據(jù)。從把數(shù)據(jù)移位開始計算，將數(shù)據(jù)位〔從最低的數(shù)據(jù)位開始〕逐位移入反向耦合移位存放器。當所有數(shù)據(jù)位都這樣操作后，計算結(jié)束。此時，16位移位存放器中的內(nèi)容即為CRC的16位校驗碼。生成CRC-16的移位存放器的工作原理如圖4.1所示說明并行CRC-16校驗碼產(chǎn)生器設(shè)計中CRC校驗值的計算原理。圖4.1生成CRC-16的移位存放器的工作原理4.2程序設(shè)計及仿真CRC校驗碼產(chǎn)生器分兩種：串行CRC校驗碼產(chǎn)生器和并行CRC校驗碼產(chǎn)生器。本文用到的是并行CRC校驗碼產(chǎn)生器。由于計算并行CRC時用到了串行CRC的一些思想，所以在此先講一下串行CRC的產(chǎn)生。通常，CRC校驗碼的值可以通過線性移位存放器和異或門求得，線性移位存放器一次移一位，完成除法功能，異或門完成不帶進位的減法功能。如果商數(shù)為1，那么從被除數(shù)的高階位減去除數(shù)，同時移位存放器右移一位，準備為被除數(shù)的較低位進行運算。如果商數(shù)為0，那么移位存放器直接右移一位。串行CRC-16校驗碼產(chǎn)生器的原理圖如圖4.2所示。圖4.2串行CRC-16校驗碼產(chǎn)生器原理圖在設(shè)計并行CRC校驗碼產(chǎn)生器的時候，我們可以采用串行CRC校驗碼的思想，用線性移位存放器的方法產(chǎn)生并行CRC校驗碼。與串行CRC校驗碼產(chǎn)生器不同的是，并行CRC校驗碼產(chǎn)生器16位CRC同時輸出，所以要求在一個時鐘周期內(nèi)，移位存放器一次需要移16位。實際上，移位存放器不可能在一個時鐘周期內(nèi)移16位，所以這局部電路是用組合邏輯來完成。利用串行CRC校驗碼的思想，采用8次For循環(huán)的方法產(chǎn)生并行CRC校驗碼。通過以上分析可得以下程序源代碼。如下所示：//TOPMODULEmoduleCRC16_PARA( Reset,//Resetsignal Gclk,//Clocksignal Soc,//Startofcell Data_in,//inputdataofcell Crc_out//outputCRCsignal );//SIGNALDECLARATIONS inputReset; inputGclk; inputSoc; input[7:0]Data_in; output[15:0]Crc_out;//SIGNALDECLARATIONS wireReset; wireGclk; wireSoc; wire[7:0]Data_in; reg[15:0]Crc_out; reg[15:0]Crc_tmp; regTemp; integeri,j,k,l;//PARAMETERS parameterU_DLY=1;//Crc_outsignal always@(posedgeResetorposedgeGclk) begin if(Reset) Crc_out<=#U_DLY16'b0; elseif(Soc==1'b1) Crc_out<=#U_DLY16'b0; else Crc_out<=#U_DLYCrc_tmp; end//Crc_tmpsignal always@(Crc_outorData_in) begin Crc_tmp=Crc_out; for(i=7;i>=0;i=i-1) begin Temp=Data_in[i]^Crc_tmp[15]; for(j=15;j>12;j=j-1) Crc_tmp[j]=Crc_tmp[j-1]; Crc_tmp[12]=Temp^Crc_tmp[11]; for(k=11;k>5;k=k-1) Crc_tmp[k]=Crc_tmp[k-1]; Crc_tmp[5]=Temp^Crc_tmp[4]; for(l=4;l>0;l=l-1) Crc_tmp[l]=Crc_tmp[l-1]; Crc_tmp[0]=Temp; end endendmodule并行CRC-16校驗碼產(chǎn)生器設(shè)計的波形功能仿真如圖4.3所示。圖4.3并行CRC-16校驗碼產(chǎn)生器設(shè)計的波形功能仿真Gclk為時鐘信號，時鐘周期為1ns；Reset為復(fù)位信號，高電平復(fù)位清零；Soc為指示信號，低電平指示工作狀態(tài)；Data_in為8bit并行輸入數(shù)據(jù)；Crc_out為16位CRC校驗碼；Data_in與Crc_out對應(yīng)關(guān)系由圖可知：當8bit并行數(shù)據(jù)時，對應(yīng)數(shù)據(jù)流多項式。此時對應(yīng)的16位CRC校驗碼，那么對應(yīng)的余數(shù)多項式。因為生成多項式，由CRC-16校驗原理可知。由原理公式可得：多項式，所以多項式。即。因為生成多項式，所以商數(shù)多項式為整數(shù)。綜上所述，設(shè)計程序源代碼符合8bit并行數(shù)據(jù)Data_in與16位CRC校驗碼Crc_out的對應(yīng)關(guān)系。4.3適配器件選擇AlteraCycloneEP1C3T100C8，它具有可現(xiàn)場編程，低功耗，低價格等特點。外部引腳圖如圖4.4所示。圖4.4外部引腳圖引腳分配如圖4.5所示。圖4.5引腳分配小結(jié)通過對并行CRC-16校驗碼產(chǎn)生器設(shè)計，我了解CRC校驗的根本原理和算法，還掌握數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計方法及設(shè)計過程，進一步熟悉掌握硬件描述語言——VerilogHDL。還掌握運用模塊化的設(shè)計方法，熟悉開發(fā)軟件QuartusII軟件的使用方法及其開發(fā)流程。在此感謝在本次課程設(shè)計過程中給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)