許多單片機開發工程師經常使用各種通訊協議,而且設備之間的成功通信是嵌入式系統正常運行的關鍵。嵌入式系統依賴并使用通訊協議,通訊協議是一組用于管理設備之間發送和接收的數據的傳輸、同步和錯誤檢查的規則來起作用的。
由于該協議是可工作的嵌入式系統的重要組成部分,因此正確運行至關重要。由于通信錯誤不可避免,因此許多協議(包括USB,CAN和A2B)都包含錯誤檢查機制,例如循環冗余校驗或CRC。
CRC用于標記損壞的數據并防止其通過總線發送。當今的協議通常支持更高的帶寬和速度,因此CRC對于保持嵌入式系統中數據的簡潔和可靠至關重要。
一、通信協議中的CRC
通信協議通常在數據包中使用兩種CRC:一種用于保護數據包的標頭,另一種用于保護數據包的數據部分。
盡管CRC的實現在協議之間有所不同,但目的仍然是相同的:為系統創建一種方法來檢測錯誤并發起重傳或忽略數據的請求。
CRC如何生成以及如何工作?所有這些都是基于算法計算的,該算法用于檢測正在發送和接收的數據之間的不一致。本質上,CRC是從多個數據字節計算得出的值,以形成唯一的多項式密鑰,該密鑰被附加到傳出消息中。在接收端執行相同的過程。然后,接收器將消息除以與發送器使用的相同多項式,如果此除的結果為零,則表示傳輸成功。但是,如果結果不等于零,則表明發生了錯誤。
二、USB協議中的CRC
所述USB協議,或通用串行總線,在傳輸過程中使用循環冗余檢查,以保護所有非PID字段中從錯誤標記和數據分組。在USB 2.0中,令牌和幀開始(SOF)數據包包括5位CRC(CRC5),而數據數據包包括更長的16位CRC(CRC16),以為數據有效載荷提供足夠的支持,直至1024個字節。
在USB 3.1數據包中,可以在標頭數據包中找到CRC,該標頭數據包由標頭數據包框架,數據包標頭和鏈接控制字組成。標頭受16位CRC(CRC16)保護,鏈接控制字受5位CRC(CRC5)保護。數據有效載荷數據包包括一個32位CRC(CRC32),以容納較大的數據有效載荷。此外,用于控制各種特定于鏈路的功能的鏈路命令包還包括5位CRC(CRC5)。
三、CAN協議中的CRC
的CAN協議,或控制器區域網絡,被稱為其健壯和可靠的通信,因為它包含多個錯誤檢查機制,包括位錯誤檢測,格式錯誤檢測,填充錯誤檢測,響應錯誤檢測和CRC檢錯。CRC字段包含在數據幀和遠程幀中。
CRC錯誤檢測通過在數據幀中包含15位CRC來驗證消息是否通過總線正確發送而起作用。就像前面討論的CRC如何工作一樣,發送節點計算15位CRC值,然后在CRC字段中發送該值。所有節點將接收此消息,相互計算CRC,然后比較這些值以確定它們是否確實相同。否則,接收節點將通過總線發送錯誤幀。此外,CAN協議還包括一個1位隱性CRC分隔符,有助于防止格式錯誤,并確保這些位在總線上正確廣播并在接收端正確接收。
四、A2B協議中的CRC
的A2B協議,或汽車音頻總線,是另一種協議,該協議使用錯誤檢查機制,以驗證正確的通信。其中一種措施是在特定幀內使用CRC,以幫助檢測總線上的錯誤。
同步控制幀(SCF)充當節點的控制幀或控制頭,而同步響應幀(SRF)充當節點的響應幀或響應頭。整個A2B幀結構稱為超幀,它以SCF開始,包括可選的數據時隙,以SRF結尾。這些幀都包含循環冗余碼(CRC),以幫助檢測上游和下游數據錯誤。
對于下游數據錯誤檢測,在SCF中使用16位CRC,它確定在接收方傳輸期間發生的任何SCF數據錯誤。SCF包括一個指示超幀開始的前同步碼,并提供從機用于時鐘和幀同步的位模式。如果從機未檢測到幀同步,則從機將指示CRC錯誤。
對于上游數據錯誤檢測,在SRF中還使用16位CRC來確定在接收方傳輸期間發生的任何SRF數據錯誤。中斷請求字段在SCF中具有一個附加的CRC,以避免錯誤的中斷被觸發。SRF還具有一個前導以指示響應幀的開始,并提供上游節點用于時鐘和幀同步的位模式。如果上游節點未檢測到幀同步,則將指示CRC錯誤。
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