1、CRC碼生成與校驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)目錄第 1 章總體設(shè)計(jì)方案 .11.1設(shè)計(jì)原理 .11.2設(shè)計(jì)思路 .31.3設(shè)計(jì)環(huán)境 .4第 2 章詳細(xì)設(shè)計(jì)方案 .62.1頂層方案圖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) .62.1.1創(chuàng)建頂層圖形設(shè)計(jì)文件 .72.1.2器件的選擇與引腳鎖定 .72.1.3編譯、綜合、適配 .92.2功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) .92.2.1模 2 除法器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) .92.2.2移位寄存器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) .112.3仿真調(diào)試 .13第 3 章編程下載與硬件測(cè)試 .163.1編程下載 .163.2硬件測(cè)試及結(jié)果分析 .16參考文獻(xiàn).17附錄（電路原理圖） .19- I -沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告第 1 章

2、總體設(shè)計(jì)方案1.1設(shè)計(jì)原理循環(huán)冗余校驗(yàn)碼 (cyclic redundancy check,CRC) 簡(jiǎn)稱(chēng)為循環(huán)碼或 CRC 碼。二進(jìn)制信息沿一條信號(hào)線逐位在設(shè)備之間傳送稱(chēng)為串行傳送， CRC 碼常用于串行傳送過(guò)程中的檢錯(cuò)與糾錯(cuò)。CRC 碼的編碼格式如圖 1.1 所示，是在 k 位有效數(shù)據(jù)之后添加 r 位校驗(yàn)碼，形成總長(zhǎng)度為 n 的 CRC 碼，簡(jiǎn)寫(xiě)作 C(n,k) 碼。 CRC 編碼的關(guān)鍵技術(shù)在于如何從 k 位信息簡(jiǎn)便的得到 r 位校驗(yàn)碼，并根據(jù)總長(zhǎng)度為 n 的 CRC 碼進(jìn)行糾錯(cuò)。圖 1.1設(shè)被校驗(yàn)的數(shù)據(jù) D D k 1Dk 2.D1 D0 是一個(gè) k 位的二進(jìn)制代碼，將它表示為一個(gè) (k

3、-1) 階的多項(xiàng)式M ( x)Dk 1 xk 1Dk 2 xk 2.D1 x1D0(1-1)多項(xiàng)式 (1-1)中的系數(shù) D 的取值為 0 或 1，與被校驗(yàn)的數(shù)據(jù)M 一一對(duì)應(yīng)；式中的 x 是一個(gè)偽變量，用xi 指明各位的位置。設(shè)校驗(yàn)碼 P 長(zhǎng)度為 r ，將被校驗(yàn)數(shù)據(jù)D 左移 r 位后的結(jié)果為r 位Dk 1Dk 2.D1D0 00.00- 1-沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告將 D 左移 r 位的目的是給 D 右邊添加 r 個(gè) 0，形成 (k+r) 位長(zhǎng)度二進(jìn)制代碼，其多項(xiàng)式形式為M(x ) xr 。如圖 1.1 所示， CRC碼由 k 位數(shù)據(jù) D和 r 位校驗(yàn)碼P 組成，求校驗(yàn)碼P 的多項(xiàng)式 R(X

4、)的方法如下：M (x)xrR( x)Q(x)(1-2)G(x)G(x)Q(x) 是商， R(x) 是余數(shù)， R(x) 所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制代碼是校驗(yàn)碼 P?？梢宰C明存在一個(gè)最高次冪為 n- k=r 的多項(xiàng)式 G(x) ,即式 (1-2)中 G(x), 稱(chēng)為生成多項(xiàng)式。由式 (1-2)可以推導(dǎo)出M (x) xrR(x)M ( x)(1-3)G( x)由式 (1-3)可知， CRC 碼可被 G(x) 整除，余數(shù)必然為0.。根據(jù)這一特性，接收方將收到的 CRC 碼被 G(x) 除，若余數(shù)為 0，則表明傳送過(guò)程中沒(méi)有錯(cuò)誤發(fā)生，若出現(xiàn)一位錯(cuò)，根據(jù)余數(shù)與出錯(cuò)位一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，可利用余數(shù)對(duì)錯(cuò)誤碼進(jìn)行定位。因此，

5、接收方可根據(jù)表1.1 發(fā)現(xiàn)并糾正 1 位錯(cuò)。出錯(cuò)Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0余數(shù)位正確1100010000無(wú)1100011001Q01100000010Q11100110100Q2錯(cuò)誤1101010011Q31110010110Q41000010111Q5- 2-沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告0100010101Q6表 1.1循環(huán)校驗(yàn)碼的出錯(cuò)模式1.2設(shè)計(jì)思路根據(jù)題目要求， 信息位 k=4 ，r=n-k=3 可知本次實(shí)驗(yàn)主要是完成(7,4)碼的生成和校驗(yàn)。 CRC 碼生成電路的核心主要由移位寄存器和模2 除法器構(gòu)成 ,信息位以串行的方式輸入。依據(jù)CRC 碼生成與校驗(yàn)原理可知，生成電路中由輸入端串

6、行輸入的數(shù)據(jù) D 左移 3 位后，與生成多項(xiàng)式 G(x) 做模 2 除法，并將得到的 3 位余數(shù)與 4 位信息碼拼接成 7 位 CRC 碼。校驗(yàn)電路原理同生成電路，主要由移位寄存器、模 2 除法器和 3.8 譯碼器構(gòu)成。 將待檢測(cè)的 CRC 碼串行輸入到模 2 除法器和移位寄存器中去， 求得 3 位余數(shù) ,利用 3.8 譯碼器譯碼將三位余數(shù)譯碼 ,通過(guò)比較可以找出出錯(cuò)位，并將譯碼結(jié)果與移位寄存器的輸出結(jié)果進(jìn)行異或，便得到糾正后的正確結(jié)果。CRC 碼生成與校驗(yàn)電路主要包括兩個(gè)部分：1.生成電路。由移位寄存器接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行移位，生成多項(xiàng)式由開(kāi)關(guān)直接送入，輸入數(shù)據(jù)與生成多項(xiàng)式通過(guò)模2 除法器最終生成

7、CRC 碼。2.校驗(yàn)電路。原理類(lèi)似生成電路，校驗(yàn)電路中增加了3-8 譯碼器。 3-8 譯碼器與異或門(mén)共同完成對(duì)信息碼的的校驗(yàn)與糾正，最后輸出校驗(yàn)后的信息碼。本設(shè)計(jì)方案采用的元件有模 2 除法器模塊，移位寄存器模塊， 3-8 譯碼器，與門(mén)，異或門(mén)。移位寄存器由7 個(gè) D 觸發(fā)器構(gòu)成。模 2 除法器由若干兩輸入與門(mén),若干兩輸入異或門(mén)和D 觸發(fā)器構(gòu)成。- 3-沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告1.3設(shè)計(jì)環(huán)境（ 1）硬件環(huán)境：偉福 COP2000 型計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)儀、XCV200 實(shí)驗(yàn)板、微機(jī)。?COP2000 集成調(diào)試軟件COP2000 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境是為COP2000 實(shí)驗(yàn)儀與 PC 機(jī)相連進(jìn)行高層次

8、實(shí)驗(yàn)的配套軟件，它通過(guò)實(shí)驗(yàn)儀的串行接口和PC 機(jī)的串行接口相連，提供匯編、反匯編、編輯、修改指令、文件傳送、調(diào)試 FPGA 實(shí)驗(yàn)等功能，該軟件在 Windows下運(yùn)行。 COP2000 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境界面如圖1.2 所示。- 4-沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告圖 1.2COP2000 計(jì)算機(jī)組成原理集成調(diào)試軟件- 5-沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告（2） EDA 環(huán)境：?Xilinx foundation f3.1設(shè)計(jì)軟件Xilinxfoundationf3.1 是 Xilinx 公司的可編程期間開(kāi)發(fā)工具，該平臺(tái)（如圖1.3 所示）功能強(qiáng)大， 主要用于百萬(wàn)邏輯門(mén)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)由設(shè)計(jì)入口工具、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)工

9、具、設(shè)計(jì)驗(yàn)證工具三大部分組成。圖 1.3 Xilinx foundation f3.1 設(shè)計(jì)平臺(tái)第 2 章 詳細(xì)設(shè)計(jì)方案2.1頂層方案圖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)頂層方案圖實(shí)現(xiàn)CRC 碼的生成與校驗(yàn)的邏輯功能，采用原理圖設(shè)計(jì)輸入方式完成，電路實(shí)現(xiàn)基于XCV200 可編程邏輯芯片。在完成原理圖的功能設(shè)計(jì)后，把輸入 /輸出信號(hào)安排到XCV200 指定的引腳上去，實(shí)現(xiàn)芯片的引腳鎖定。- 6-沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告2.1.1 創(chuàng)建頂層圖形設(shè)計(jì)文件頂層圖形文件的設(shè)計(jì)實(shí)體主要由CRC 碼生成電路與CRC 碼校驗(yàn)電路組成。生成電路主要由移位寄存器元件-U2、模 2 除法器元件 -U3 構(gòu)成。如圖 2.1 所示。圖

10、2.1 CRC 碼生成電路圖校驗(yàn)電路主要由移位寄存器元件 -U5、模 2 除法器 -U4，3-8 譯碼器，異或門(mén)集成模塊 -U6 構(gòu)成。如圖 2.2 所示。圖 2.2 CRC 碼校驗(yàn)電路圖2.1.2 器件的選擇與引腳鎖定（ 1）器件的選擇- 7-沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告由于硬件設(shè)計(jì)環(huán) 境是基于偉福 COP2000 型計(jì)算機(jī)組成原 理實(shí)驗(yàn)儀 和 XCV200 實(shí)驗(yàn)板，故采用的目標(biāo)芯片為 Xlinx XCV200 軟件中可用芯片。（ 2）引腳鎖定把頂層圖形文件中的輸入 /輸出信號(hào)安排到 Xlinx XCV200 芯片指定的引腳上去，實(shí)現(xiàn)芯片的引腳鎖定，各信號(hào)及 Xlinx XCV200 芯片引

11、腳對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 2.1 所示。圖形文件中的輸入 /輸出信號(hào)XCV200 芯片引腳D87A73CLK213VCC47G3100G2101G1102G0103Q6152Q5178Q4184Q3185Q2203Q1111Q0110L693L599- 8-沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告L4107L3108L2109L1124L0125表 2.1信號(hào)和芯片引腳對(duì)應(yīng)關(guān)系2.1.3 編譯、綜合、適配利用 Xilinx foundation f3.1的原理圖編輯器對(duì)頂層圖形文件進(jìn)行編譯，并最終生成網(wǎng)絡(luò)表文件，利用設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)工具經(jīng)綜合、優(yōu)化、適配，生成可供時(shí)序仿真的文件和器件下載編程文件。2.2功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

12、CRC 碼的生成與校驗(yàn)電路是基于移位寄存器和模2 除法器及異或門(mén)實(shí)現(xiàn)的。2.2.1 模 2 除法器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)模 2 加定義：即按位加，可用異或邏輯實(shí)現(xiàn)。模2 加同模 2 減結(jié)果相同，即0 1=1，10=1，00=0， 1 1=0。模 2 除定義：按照模 2 減求得部分余數(shù)。 每求一位商應(yīng)將部分余數(shù)減少一位。上商原則是：當(dāng)部分余數(shù)的位數(shù)多于除數(shù)時(shí)，商 1，否則，商 0。該模塊由 D 觸發(fā)器、與門(mén)和異或門(mén)構(gòu)成。對(duì)(7,4)校驗(yàn)碼，可采用圖2.3 所示電路，產(chǎn)生 3 位的余數(shù) Q2、Q1、Q0。圖中的模 2 減用異或門(mén)實(shí)現(xiàn)，左移一位由移位寄存器實(shí)現(xiàn)；用異或門(mén)的輸出控制左邊一位寄存器的D 輸入端，可

13、同時(shí)實(shí)現(xiàn)模 2 減和左移。用最左一位 D 觸發(fā)器的取值控制是否做模 2 減，當(dāng)其為 1 時(shí)，減去的數(shù)就是生成多項(xiàng)式 G(x) ，為 0 時(shí)減去的就是 0000。這里，被除數(shù) D 是逐位- 9-沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告串行送到移位寄存器的，且由CP 脈沖同步。其設(shè)計(jì)過(guò)程如下:（ 1）創(chuàng)建控制器設(shè)計(jì)原理圖。模 2 除法器原理圖如圖2.3 所示。圖 2.3 模 2 除法器的原理框圖（2）創(chuàng)建元件圖形符號(hào)為能在圖形編輯器 (原理圖設(shè)計(jì)輸入方式 )中調(diào)用 MOD2 芯片，需要為 MOD2 模塊創(chuàng)建一個(gè)元件圖形符號(hào)，可利用 Xilinx foundation f3.1 編譯器中的如下步驟實(shí)現(xiàn)： Too

14、ls=Symbol Wizard= 下一步。 CP、D 是輸入信號(hào)， Q2、Q1、Q0 是輸出信號(hào)。其元件圖形符號(hào)如圖 2.4 所示：- 10-沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告圖 2.4 模 2 除法器元件圖形符號(hào)（ 3）功能仿真對(duì)創(chuàng)建的控制器模塊進(jìn)行功能仿真，驗(yàn)證其功能的正確性，可用XilinxFoundation f3.1 編譯器 Simulator 模塊實(shí)現(xiàn)。 D 端串行輸入數(shù)據(jù)1100000，得到余數(shù) Q2、Q1、Q0 為 010。仿真結(jié)果如圖 2.5 所示：圖 2.5 模 2 除法器仿真結(jié)果2.2.2 移位寄存器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)該模塊由 8 個(gè) D 觸發(fā)器相連接構(gòu)成， 數(shù)據(jù)通過(guò) D 端串行輸

15、入到D 觸發(fā)器中。每過(guò)一個(gè)時(shí)鐘脈沖，輸入的數(shù)據(jù)左移一位，經(jīng)過(guò)7 個(gè)脈沖后，由 7 個(gè) D 觸發(fā)器的Q 端并行輸出所輸入的數(shù)據(jù)。（ 1）創(chuàng)建控制器設(shè)計(jì)原理圖。移位寄存器的原理框圖如圖 2.6 所示。- 11-沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告圖 2.6 移位寄存器的原理框圖（2）創(chuàng)建元件圖形符號(hào)為能在圖形編輯器（原理圖設(shè)計(jì)輸入方式）中調(diào)用MOV芯片，需要為 MOV模塊創(chuàng)建一個(gè)元件圖形符號(hào)，可利用 Xilinx foundation f3.1 編譯器中的如下步驟實(shí)現(xiàn)： Tools=Symbol Wizard=下一步。 CP、D是輸入信號(hào)， Q6、Q5、Q4、Q3、Q2、 Q1、Q0是輸出信號(hào)。其元件圖形

16、符號(hào)如圖2.7 所示：圖 2.7 移位寄存器器元件圖形符號(hào)（ 3）功能仿真- 12-沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告對(duì)創(chuàng)建的控制器模塊進(jìn)行功能仿真，驗(yàn)證其功能的正確性，可用XilinxFoundation f3.1 編譯器 Simulator 模塊實(shí)現(xiàn)。 D 串行輸入數(shù)據(jù)1100000，得到結(jié)果 1100000。仿真結(jié)果如圖 2.8 所示：圖 2.8 移位寄存器仿真結(jié)果2.3仿真調(diào)試仿真調(diào)試主要驗(yàn)證設(shè)計(jì)電路邏輯功能、時(shí)序的正確性，本設(shè)計(jì)中主要采用功能仿真方法對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真。（ 1）建立仿真波形文件及仿真信號(hào)選擇功能仿真時(shí)，首先建立仿真波形文件，添加仿真信號(hào)，對(duì)選定的輸入信號(hào)設(shè)置參數(shù)，選定的仿

17、真信號(hào)和設(shè)置的參數(shù)如表2.2 所示。仿真時(shí)D 輸入信息碼1100000,A 輸入循環(huán)校驗(yàn)碼 1100000,G0,G1,G2,G3 輸入生成多項(xiàng)式1011,VCC 恒為1。（2）功能仿真結(jié)果與分析功能仿真波形結(jié)果如圖 2.9 所示，仿真數(shù)據(jù)結(jié)果如表 2.2 所示。對(duì)表 2.2 與表 1.1 的內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比， 可以看出功能仿真結(jié)果是正確的， 進(jìn)而說(shuō)明電路設(shè)計(jì)的正確性。- 13-沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告圖 2.9功能仿真波形結(jié)果DACLOCKQ6Q5Q4Q3Q2Q1Q0L6L5L4L3L2L1L01110000001000000011100000010001011001000011000101

18、1000100011110101100001001110110110000010110001011000100111000101100010表 2.2 仿真數(shù)據(jù)結(jié)果- 14-沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告輸入信息碼為： 1100000，生成多項(xiàng)式為： 1011，應(yīng)用模 2 除法器可以求出三位余數(shù)為010 然后把余數(shù)和信息碼拼接可以得到CRC 編碼為： 1100010輸入需要校驗(yàn)的CRC 碼為： 1100000，生成多項(xiàng)式位： 1011，可以求得三位余數(shù)位 010 因?yàn)橛鄶?shù)不為000，可以判斷出接受到的循環(huán)校驗(yàn)碼是錯(cuò)的，并且錯(cuò)誤位在 Q1。通過(guò)校驗(yàn)電路修改可輸出正確的 CRC 碼 1100010。由圖 2.9 的仿真圖和表 2.2 的仿真數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出， 生成的 CRC 碼為 1100010，校驗(yàn)之后 CRC 碼為 1100010。- 15-沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告第 3 章編程下載與硬件測(cè)試3.1編程下載利用 COP2000 仿真軟件的編程下載功能，將得到.bit 文件下載到XCV200實(shí)驗(yàn)板的 XCV200 可編程邏輯芯片中。3