循環(huán)冗余校驗(yàn)確保正確的數(shù)據(jù)通信
在工業(yè)環(huán)境中，電子系統(tǒng)通常工作在極端的溫度條件下，或處于電子噪聲環(huán)境，或是其它惡劣條件，而系統(tǒng)在這種條件下能否正常工作至關(guān)重要。舉例來(lái)說(shuō)，如果發(fā)送給控制機(jī)器臂位置的DAC 的數(shù)據(jù)遭到破壞，機(jī)器臂就會(huì)按非預(yù)期的方向移動(dòng)，這不僅危險(xiǎn)，而且代價(jià)巨大。試想一下，機(jī)器臂如果砸到生產(chǎn)線上的新車，或者更糟，砸到生產(chǎn)工人，后果會(huì)怎樣？
有幾種方法可以確保收到正確數(shù)據(jù)后才執(zhí)行動(dòng)作。最簡(jiǎn)單的方式就是控制器回讀所發(fā)送的數(shù)據(jù)。如果接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送的數(shù)據(jù)不匹配，則說(shuō)明其中一者已受到破壞，必須發(fā)送新數(shù)據(jù)并進(jìn)行驗(yàn)證。這種方法的確可靠，但產(chǎn)生的開銷也很大，每段數(shù)據(jù)都必須經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量要翻一倍。
另一種替代方法是循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC），即隨每個(gè)數(shù)據(jù)包發(fā)送一個(gè)校驗(yàn)和（CHECKSUM），接收器就會(huì)指示是否存在問(wèn)題，所以控制器無(wú)需驗(yàn)證接收。校驗(yàn)和一般通過(guò)向數(shù)據(jù)應(yīng)用一個(gè)多項(xiàng)式方程式來(lái)生成。應(yīng)用于一個(gè)24 位字時(shí)，CRC-8 可產(chǎn)生一個(gè)8 位校驗(yàn)和。將校驗(yàn)和與數(shù)據(jù)組合在一起，全部32 位都發(fā)送到能夠分析該組合的器件，并指示是否出錯(cuò)——這種方法雖然不是無(wú)可挑剔解決方案，但卻比讀寫方法更加高效。
ADI 公司的眾多DAC 都采用了分組差錯(cuò)校驗(yàn)（PEC）的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)CRC。不需要PEC 功能時(shí)，則寫入24 位數(shù)據(jù)。要添加 PEC 功能，24 位數(shù)據(jù)需增加相應(yīng)的8 位校驗(yàn)和。如果接收的校驗(yàn)和與數(shù)據(jù)不一致，輸出引腳被拉低，指示存在錯(cuò)誤?？刂破髑宄e(cuò)誤，使引腳返回高電平，并重新發(fā)送數(shù)據(jù)。圖1 所示為如何用SPI 接口應(yīng)用數(shù)據(jù)的示例。表1 列出了能夠采用分組差錯(cuò)校驗(yàn)的ADI 器件示例。
圖1. 采用和不采用分組差錯(cuò)校驗(yàn)的SPI 寫入
表1. 采用分組差錯(cuò)校驗(yàn)的ADI 器件示例
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產(chǎn)品型號(hào) |
描述 |
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AD5360/AD5361 |
16通道、16 位/14 位、±10 V DAC |
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AD5362/AD5363 |
8通道、16 位/14 位、±10 V DAC |
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AD5748 |
電流/電壓輸出驅(qū)動(dòng)器，適合工業(yè)應(yīng)用 |
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AD5749 |
電流輸出驅(qū)動(dòng)器，適合工業(yè)應(yīng)用 |
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AD5750/AD5750-1 |
電流/電壓輸出驅(qū)動(dòng)器，輸出范圍可編程，適合工業(yè)應(yīng)用 |
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AD5751 |
電流/電壓輸出驅(qū)動(dòng)器，適合工業(yè)應(yīng)用 |
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AD5755/AD5735 |
4通道、16 位、4 mA 至20 mA 電流和電壓輸出 DAC |
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AD5757/AD5737 |
4通道、16 位、4 mA 至20 mA 電流輸出DAC |
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溫度傳感器集線器和風(fēng)扇控制器 |
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生成分組差錯(cuò)校驗(yàn)和
CRC-8 算法采用多項(xiàng)式 C（x） = x8 + x2 + x1 + 1. For x = 2時(shí)，此式等于二進(jìn)制值100000111。要生成校驗(yàn)和，需將24 位數(shù)據(jù)左移 8 位，產(chǎn)生一個(gè)后8 位為邏輯0 的32 位數(shù)。對(duì)齊CRC 多項(xiàng)式，使其MSB 與該32 位數(shù)據(jù)最左側(cè)的邏輯1 對(duì)齊。對(duì)該數(shù)據(jù)施加一個(gè)異或（XOR）函數(shù)，以產(chǎn)生一個(gè)新（更短）的數(shù)字。（數(shù)字匹配得到邏輯0，不匹配得到邏輯1。）再次對(duì)齊CRC 多項(xiàng)式，使其MSB 與第一個(gè)結(jié)果最左側(cè)的邏輯1 對(duì)齊，重復(fù)上述步驟。最后，原始數(shù)據(jù)將減少至小于CRC 多項(xiàng)式的值。此值即是8 位校驗(yàn)和。圖2 演示了推演校驗(yàn)和的方法。
圖2. 生成24 位數(shù)（（0x*321））的校驗(yàn)和
結(jié)論
圖2 中的示例采用（十六進(jìn)制）值0x*321 作為24 位數(shù)據(jù)字。對(duì)該數(shù)據(jù)應(yīng)用CRC-8 多項(xiàng)式可生成校驗(yàn)和0x86。數(shù)據(jù)和校驗(yàn)和發(fā)送至兼容的ADI 公司產(chǎn)品時(shí)，只有兩段數(shù)據(jù)都正確到達(dá)，該數(shù)據(jù)才會(huì)被接收。此方法提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，并可確保遭破壞的數(shù)據(jù)幾乎永遠(yuǎn)不會(huì)被接收。
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