1.概述

　　CRC即Cyclic Redundancy Check，循環冗余校驗，是一種數字通信中的常用信道編碼技術。其特征是信息段和校驗字段的長度可以任意選定。

2.CRC校驗的基本原理：

　　CRC碼是由兩部分組成的，前部分是信息碼，就是需要校驗的信息，后部分是校驗碼，如果CRC碼長共n bit，信息碼長k bit，就稱為(n,k)碼，剩余的r bit即為校驗位。如：(7,3)碼：110?1001，前三位110為信息碼，1001為校驗碼。

3.校驗碼的生成規則：

　　1)將原信息碼左移r bit，右側補零，如 110--> 110 0000；

　　2)用110 0000除以g(x)? (注意，使用的是模2除法,見下文)，得到的余數即為CRC校驗碼；

　　3)將校驗碼續接到信息碼的尾部，形成CRC碼。

4.關于生成多項式g(x)

　　在產生CRC校驗碼時，要用到除法運算，一般來說，這是比較麻煩的，因此，把二進制信息預先轉換成一定的格式，這就是CRC的多項式表示。二進制數表示為生成多項式的系數，如下：

　　所有二進制數均被表示為一個多項式，x僅是碼元位置的標記，因此我們并不關心x的取值，稱之為碼多項式。(我沒研究過CRC代數推理過程，沒體會到用多項式計算的方便之處，這里要學會的就是給出生成多項式g(x)，能寫出對應的二進制即可)

　　常見的生成多項式如下：

?　　

5.關于模2除法

　　模2運算就是加法不考慮進位，減法不考慮借位，

　　1）加法運算：

　　　　0＋0＝0??????? 0＋1＝1??????? 1＋0＝1??????? 1＋1＝0

　　　　例如0101＋0011＝0110，列豎式計算：

???????　　　　0 1 0 1

? 　　　　?＋ 0 0 1 1

　　　　　　──────

????? 　　　　?0 1 1 0

　　2）減法運算：

　　　　0－0＝0??????? 0－1＝1??????? 1－0＝1??????? 1－1＝0

　　　　例如0110－0011＝0101，列豎式計算：

? ???　　　　?0 1 1 0

　　　　?－? 0 0 1 1

　　　　 ?　──────

? ???　　　　?0 1 0 1

　　3）乘法運算

　　　　0×0＝0??????? 0×1＝0??????? 1×0＝0??????? 1×1＝1

　　　　多位二進制模2乘法類似于普通意義上的多位二進制乘法，不同之處在于后者累加中間結果時采用帶進位的加法，而模2乘法對中間結果的處理方式采用的是模2加法。例如1011×101＝100111，列豎式計算：

　　4）除法運算：

　　　　0÷1＝0??????? 1÷1＝1

　　　　多位二進制模2除法也類似于普通意義上的多位二進制除法，但是在如何確定商的問題上兩者采用不同的規則。后者按帶借位的二進制減法，根 據余數減除數夠減與否確定商1還是商0，若夠減則商1，否則商0。多位模2除法采用模2減法，不帶借位的二進制減法，因此考慮余數夠減除數與否是沒有意義 的。

? ? ? ? ? ? ?實際上，在CRC運算中，總能保證除數的首位為1，則模2除法運算的商是由余數首位與除數首位的模2除法運算結果確定。因為除數首位總是1，按照模2 除法運算法則，那么余數首位是1就商1，是0就商0。例如1100100÷1011＝1110……110，列豎式計算：

掌握了上面的運算規則，您可以嘗試計算一個復雜一點的，如下：

　　如果您得到的余數結果正確，您掌握的東西就夠用了。

6.CRC-CCITT的硬件實現

CRC-CCITT的生成多項式為：

　　對應的二進制數就是上面復雜運算中那個除數。由剛才的計算可知，對于8 bit的數據 0xaa，它的CRC校驗碼為0001 0100 1010 0000，下面用verilog來實現，看能否得到這個結果：

　　要實現這一過程，仍然需要LFSR電路，參看《FPGA產生基于LFSR的偽隨機數》中關于該電路特性的介紹，如果您不需要了解原理，直接略過即可;有所改進的地方就是，可以將偽隨機數發生器看作一個Moore型狀態機，它的輸出只與當前的狀態有關；而此時利用LFSR電路，需要引入數據輸入端，輸出不僅取決于當前的狀態，還取決于輸入信號，相當于Mealy型狀態機，如下圖：

注意對比與偽隨機數產生器中該反饋支路的區別！

　　反饋項gr+1gr……g0為生成多項式的系數，依然是1代表存在反饋，0代表不存在反饋；此電路可以完成上述的模2除法操作，若我們要求0xaa的CRC校驗碼，則從高位到低位順序輸入0xaa共8 bit后，D15……D0中的數據即為所要求的余數，即CRC校驗位。

7.verilog描述

　　如果用時序電路串行實現，則8 bit數據要移位8次，就需要8個clk，效率低下，為了能在一個時鐘周期輸出結果，必須采用組合電路，當然，這是以空間換時間的方法，由于使用了for循環8次，直觀的講電路規模將擴大8倍。。。

?

module CRC_GEN(
    input            rst,     /*async reset,active low*/
    input            clk,     /*clock input*/
    input     [7:0]  data_in, /*parallel data input pins */
    input            d_valid, /* data valid,start to generate CRC, active high*/
    output reg[15:0] crc
);

integer i;
reg feedback;
reg [15:0] crc_tmp;
/*
*　　sequential process
*/
always @(posedge clk or negedge rst)
begin
    if(!rst) 
        crc <= 16'b0;          /*觸發器中的初始值十分重要 */
    else if(d_valid==1'b0)
        crc <= 16'b0;
    else
        crc <= crc_tmp;
end

/*
*   combination process
*/
always@( data_in or crc)
begin
    crc_tmp = crc;
    for(i=7; i>=0; i=i-1)
    begin
        feedback    = crc_tmp[15] ^ data_in[i];
        crc_tmp[15]  = crc_tmp[14];
        crc_tmp[14]  = crc_tmp[13];
        crc_tmp[13]  = crc_tmp[12];
        crc_tmp[12]  = crc_tmp[11] ^ feedback;
        crc_tmp[11]  = crc_tmp[10] ;
        crc_tmp[10]  = crc_tmp[9];
        crc_tmp[9]   = crc_tmp[8];
        crc_tmp[8]   = crc_tmp[7];
        crc_tmp[7]   = crc_tmp[6];
        crc_tmp[6]   = crc_tmp[5];
        crc_tmp[5]   = crc_tmp[4] ^ feedback;
        crc_tmp[4]   = crc_tmp[3];
        crc_tmp[3]   = crc_tmp[2];
        crc_tmp[2]   = crc_tmp[1];
        crc_tmp[1]   = crc_tmp[0];
        crc_tmp[0]   = feedback;
     end
end

endmodule

?

?仿真結果如下：得到的是數據0xaa和0xf0的CRC校驗碼，為驗證結果的正確性，您可以按照模2法則手工計算一下^.^

8.同樣給出一個4 bit信息位，5 bitCRC碼的(9，4)碼的程序和仿真結果，程序的流程與上述流程完全一樣：

?

module CRC5_GEN(
    input           rst,
    input           clk,
    input     [3:0] data_in,
    input           d_valid, 
    output reg[4:0] crc
);

integer i;
reg feedback;
reg [4:0] crc_tmp;
always @(posedge clk or negedge rst)
begin
    if(!rst) 
        crc <= 5'b0;         
    else if(d_valid==1'b0)
        crc <= 5'b0;
    else
        crc <= crc_tmp;
end


always@( data_in or crc)
begin
    crc_tmp = crc;
    for(i=3; i>=0; i=i-1)
    begin
        feedback    = crc_tmp[4] ^ data_in[i];
        crc_tmp[4]  = crc_tmp[3];
        crc_tmp[3]  = crc_tmp[2];
        crc_tmp[2]  = crc_tmp[1] ^ feedback;
        crc_tmp[1]  = crc_tmp[0];
        crc_tmp[0]  = feedback;
    end
    
end

endmodule

?

審核編輯：劉清