高速以太網(wǎng)CRC校驗的實現(xiàn)
一 引言
為了確保數(shù)據(jù)在計算機系統(tǒng)中傳輸和存儲中正確可靠，引入了信道編碼。對于信道編碼有兩個方面，一是要求編碼后的碼流頻譜適應(yīng)信道頻率特性，二是檢測并糾正產(chǎn)生的誤碼。前者屬于譜成形技術(shù)，后者為差錯控制技術(shù)。CRC碼屬于后者。它是通過增加冗余信息，達到發(fā)現(xiàn)誤碼的目的。常見的冗余校驗有奇偶校驗，海明校驗，循環(huán)冗余校驗。
本文討論循環(huán)冗余校驗（CRC）的實現(xiàn)，及其在以太網(wǎng)中的應(yīng)用。
二 循環(huán)冗余碼介紹
1循環(huán)冗余碼是建立在近世代數(shù)基礎(chǔ)上的。編解碼電路簡單，檢錯能力強。在計算機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲及傳輸中得到廣泛應(yīng)用。
2編碼原理
設(shè)待發(fā)送比特數(shù)據(jù)為D（x）,生成多項式為G（x）。信息碼長k位，校驗碼長n-k位，則編碼后的碼長為n位。如圖1：
編碼步驟：信息數(shù)據(jù)D（x）乘以
并不是所有的多項式都可以做位生成多項式G(x)，常見的生成多項式有：
CRC8=X8+X5+X4+1
CRC-CCITT=X16+X12+X5+1
CRC12=X12+X11+X3+X2+1
CRC16=X16+X15+X5+1
CRC32=X32+X26+X23+X22+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X1+1
3 CRC32的實現(xiàn)
以太網(wǎng)信道編碼采用的是CRC32，所以在這里給出CRC32的實現(xiàn)，它在一般CRC基礎(chǔ)上增加了些細節(jié)。
介紹以太網(wǎng)MAC幀結(jié)構(gòu)
從數(shù)學(xué)上講，相應(yīng)給定幀的CRC值由下述過程定義：
（1） 對該幀的前32位作求補運算。
（2） 然后，將該幀的n位看作為(n-1)階多項式M（x）的系數(shù)。
（3） M（x）乘以
（4） 對該比特位逐位求補，結(jié)果作為CRC。
主要實現(xiàn)方式有串行和并行兩種：
（a）通過線性反饋移位寄存器串行實現(xiàn)（以CRC-CCITT為例），見圖2
信息流由低位送入寄存器，當(dāng)所有信息比特送入寄存器完畢后，寄存器中則為校驗碼。
（b）CRC32的并行實現(xiàn)
串行處理對于高速以太網(wǎng)如100M，10G等，顯然是不合適的，在此我門給出CRC的并行實現(xiàn)方法，以一個字節(jié)位處理單位。下面給出C語言實現(xiàn)的CRC32源程序：
由于以太網(wǎng)CRC32要求對幀的前32bit取反，我門可以初始化寄存器為全1來達到此目的。
Crcbuff中存放需要編碼的信息比特，最后計算出CRC校驗碼，跟隨信息碼一同發(fā)送出去。
4總結(jié)
本文是針對項目中嵌入式設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)問題，設(shè)計的CRC32校驗算法，已經(jīng)在FPGA中成功實現(xiàn)，由于用FPGA實現(xiàn)編碼相對簡單，這里就不再累述。
作者Email: lijunshen148@sohu.com
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