基於Verilog的CRC-CCITT校驗

来源:https://www.cnblogs.com/blueszone/archive/2018/11/01/9893040.html
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由於筆者在自己設計CRC模塊時遇到很多問題，在網上並未找到一篇具有實際指導意義的文章，在經過多次模擬修改再模擬之後得到了正確的結果，故願意在本文中為大家提供整個設計流程供大家快速完成設計。本文章主要針對具體的實際應用給出一套親測可行的實現辦法，給出設計代碼並提供模擬結果，供各位參考。 一.CRC概述 ...


由於筆者在自己設計CRC模塊時遇到很多問題，在網上並未找到一篇具有實際指導意義的文章，在經過多次模擬修改再模擬之後得到了正確的結果，故願意在本文中為大家提供整個設計流程供大家快速完成設計。本文章主要針對具體的實際應用給出一套親測可行的實現辦法，給出設計代碼並提供模擬結果，供各位參考。

一.CRC概述
CRC（Cyclic Redundancy Check），迴圈冗餘校驗，是一種數字通信中的常用查錯校驗碼。其特征是信息段和校驗欄位的長度可以任意選定。
校驗方法為發送方對信息數據執行約定好除數的二進位除法計算，並將得到的餘數附在幀的後面，發送給接收方；接收方也執行類似的演算法，兩側對比結果的餘數，相同則說明接收信息完整且正確，以保證數據傳輸的正確性和完整性。
具體來講，在K位信息碼後再拼接R位的校驗碼，整個編碼長度為N（=K+R）位，因此，這種編碼也叫（N，K）碼。對於一個給定的（N，K）碼，可以證明存在一個最高次冪為N-K=R的多項式G(x)。根據G(x)可以生成K位信息的校驗碼，而G(x)叫做這個CRC碼的生成多項式。
校驗碼的具體生成過程為：假設要發送的信息用多項式C(X)表示，將C(x)左移R位（可表示成C(x)2R），這樣C(x)的右邊就會空出R位，這就是校驗碼的位置。用 C(x)2R 除以生成多項式G(x)得到的餘數就是校驗碼FCS(Frame Check Series)。
　任意一個由二進位位串組成的代碼都可以和一個繫數僅為‘0’和‘1’取值的多項式一一對應。例如：代碼1010111對應的多項式為x6+x4+x2+x+1，而多項式為x5+x3+x2+x+1對應的代碼101111。
CRC校驗根據所採用的生成多項式不同分為很多不同的標準，常見的有：
名稱 生成多項式 簡記式 應用舉例

CRC-4 x4+x+1 3 ITU G.704

CRC-8 x8+x5+x4+1 31 DS18B20
CRC-12 x12+x11+x3+x2+x+1 0x80F
CRC-16 x16+x15+x2+1 0x8005 IBM SDLC
CRC-ITU（CCITT） x16+x12+x5+1 0x1021 ISO HDLC, ITU
CRC-32 x32+x26+x23+...+x2+x+1 0x04C11DB7 ZIP, RAR
CRC-32c x32+x28+x27+...+x8+x6+1 0x1EDC6F41 SCTP
說明：簡記式最高位應為1，此處都省略了；

二.實現方法
本文章所要講的標準為CRC-ITU（CCITT-Xmodem），即生成多項式為0x1021
0x1021 = 0x11021 = 1,0001,0000,0010,0001

在此提供一個線上計算CRC校驗網站，方便進行驗證
https://www.lammertbies.nl/comm/info/crc-calculation.html

源代碼根據需求在源碼網站進行生成，後根據自己的需求進行修改，模擬驗證；
現提供生成源碼的步驟：
STEP1: http://outputlogic.com/?page_id=321
STEP2: 根據實際需求選擇輸入數據位寬和輸出校驗碼位寬，CRC校驗標準為自定義或者可選的幾種；

STEP3: 若選擇User defined，則進入第二頁選擇自定義的多項式，本模擬採用CCITT標準，即生成多項式為x16+x12+x5+1，此處只需要選中1，x5，x12即可，因為x16為1是預設的；

STEP4: 對生成的Verilog或者VHDL語言代碼進行修改，應用到實際當中；

三.實際應用模擬
現基於筆者實際應用場景進行一個具體的CRC校驗設計與模擬,其中，always 模塊里的CRC校驗計算過程不需要理解，若需要理解，可以下載該網站給出的文章（下載代碼會附）
A Practical Parallel CRC Generation Method
常用的CRC校驗方法有直接計算二進位除法，查表法，具體計算原理見下鏈接
https://blog.csdn.net/xing414736597/article/details/78693781
代碼如下：

module CRC(
input clk,//輸入時鐘
input reset,//總體複位信號
input crc_en,//選擇是否進行下一步CRC運算
input [63:0] data_in,//輸入數據為64位
output [15:0] crc_out//輸出數據即CRC校驗結果為16位
);
reg [15:0] lfsr_q,lfsr_c;
wire reset;
assign crc_out = lfsr_c;

always @(*) begin
lfsr_c[0] = lfsr_q[0] ^ lfsr_q[1] ^ lfsr_q[3] ^ lfsr_q[4] ^ lfsr_q[7] ^ lfsr_q[8] ^ lfsr_q[10] ^ lfsr_q[15] ^ data_in[0] ^ data_in[4] ^ data_in[8] ^ data_in[11] ^ data_in[12] ^ data_in[19] ^ data_in[20] ^ data_in[22] ^ data_in[26] ^ data_in[27] ^ data_in[28] ^ data_in[32] ^ data_in[33] ^ data_in[35] ^ data_in[42] ^ data_in[48] ^ data_in[49] ^ data_in[51] ^ data_in[52] ^ data_in[55] ^ data_in[56] ^ data_in[58] ^ data_in[63];
lfsr_c[1] = lfsr_q[1] ^ lfsr_q[2] ^ lfsr_q[4] ^ lfsr_q[5] ^ lfsr_q[8] ^ lfsr_q[9] ^ lfsr_q[11] ^ data_in[1] ^ data_in[5] ^ data_in[9] ^ data_in[12] ^ data_in[13] ^ data_in[20] ^ data_in[21] ^ data_in[23] ^ data_in[27] ^ data_in[28] ^ data_in[29] ^ data_in[33] ^ data_in[34] ^ data_in[36] ^ data_in[43] ^ data_in[49] ^ data_in[50] ^ data_in[52] ^ data_in[53] ^ data_in[56] ^ data_in[57] ^ data_in[59];
lfsr_c[2] = lfsr_q[2] ^ lfsr_q[3] ^ lfsr_q[5] ^ lfsr_q[6] ^ lfsr_q[9] ^ lfsr_q[10] ^ lfsr_q[12] ^ data_in[2] ^ data_in[6] ^ data_in[10] ^ data_in[13] ^ data_in[14] ^ data_in[21] ^ data_in[22] ^ data_in[24] ^ data_in[28] ^ data_in[29] ^ data_in[30] ^ data_in[34] ^ data_in[35] ^ data_in[37] ^ data_in[44] ^ data_in[50] ^ data_in[51] ^ data_in[53] ^ data_in[54] ^ data_in[57] ^ data_in[58] ^ data_in[60];
lfsr_c[3] = lfsr_q[3] ^ lfsr_q[4] ^ lfsr_q[6] ^ lfsr_q[7] ^ lfsr_q[10] ^ lfsr_q[11] ^ lfsr_q[13] ^ data_in[3] ^ data_in[7] ^ data_in[11] ^ data_in[14] ^ data_in[15] ^ data_in[22] ^ data_in[23] ^ data_in[25] ^ data_in[29] ^ data_in[30] ^ data_in[31] ^ data_in[35] ^ data_in[36] ^ data_in[38] ^ data_in[45] ^ data_in[51] ^ data_in[52] ^ data_in[54] ^ data_in[55] ^ data_in[58] ^ data_in[59] ^ data_in[61];
lfsr_c[4] = lfsr_q[4] ^ lfsr_q[5] ^ lfsr_q[7] ^ lfsr_q[8] ^ lfsr_q[11] ^ lfsr_q[12] ^ lfsr_q[14] ^ data_in[4] ^ data_in[8] ^ data_in[12] ^ data_in[15] ^ data_in[16] ^ data_in[23] ^ data_in[24] ^ data_in[26] ^ data_in[30] ^ data_in[31] ^ data_in[32] ^ data_in[36] ^ data_in[37] ^ data_in[39] ^ data_in[46] ^ data_in[52] ^ data_in[53] ^ data_in[55] ^ data_in[56] ^ data_in[59] ^ data_in[60] ^ data_in[62];
lfsr_c[5] = lfsr_q[0] ^ lfsr_q[1] ^ lfsr_q[3] ^ lfsr_q[4] ^ lfsr_q[5] ^ lfsr_q[6] ^ lfsr_q[7] ^ lfsr_q[9] ^ lfsr_q[10] ^ lfsr_q[12] ^ lfsr_q[13] ^ data_in[0] ^ data_in[4] ^ data_in[5] ^ data_in[8] ^ data_in[9] ^ data_in[11] ^ data_in[12] ^ data_in[13] ^ data_in[16] ^ data_in[17] ^ data_in[19] ^ data_in[20] ^ data_in[22] ^ data_in[24] ^ data_in[25] ^ data_in[26] ^ data_in[28] ^ data_in[31] ^ data_in[35] ^ data_in[37] ^ data_in[38] ^ data_in[40] ^ data_in[42] ^ data_in[47] ^ data_in[48] ^ data_in[49] ^ data_in[51] ^ data_in[52] ^ data_in[53] ^ data_in[54] ^ data_in[55] ^ data_in[57] ^ data_in[58] ^ data_in[60] ^ data_in[61];
lfsr_c[6] = lfsr_q[0] ^ lfsr_q[1] ^ lfsr_q[2] ^ lfsr_q[4] ^ lfsr_q[5] ^ lfsr_q[6] ^ lfsr_q[7] ^ lfsr_q[8] ^ lfsr_q[10] ^ lfsr_q[11] ^ lfsr_q[13] ^ lfsr_q[14] ^ data_in[1] ^ data_in[5] ^ data_in[6] ^ data_in[9] ^ data_in[10] ^ data_in[12] ^ data_in[13] ^ data_in[14] ^ data_in[17] ^ data_in[18] ^ data_in[20] ^ data_in[21] ^ data_in[23] ^ data_in[25] ^ data_in[26] ^ data_in[27] ^ data_in[29] ^ data_in[32] ^ data_in[36] ^ data_in[38] ^ data_in[39] ^ data_in[41] ^ data_in[43] ^ data_in[48] ^ data_in[49] ^ data_in[50] ^ data_in[52] ^ data_in[53] ^ data_in[54] ^ data_in[55] ^ data_in[56] ^ data_in[58] ^ data_in[59] ^ data_in[61] ^ data_in[62];
lfsr_c[7] = lfsr_q[1] ^ lfsr_q[2] ^ lfsr_q[3] ^ lfsr_q[5] ^ lfsr_q[6] ^ lfsr_q[7] ^ lfsr_q[8] ^ lfsr_q[9] ^ lfsr_q[11] ^ lfsr_q[12] ^ lfsr_q[14] ^ lfsr_q[15] ^ data_in[2] ^ data_in[6] ^ data_in[7] ^ data_in[10] ^ data_in[11] ^ data_in[13] ^ data_in[14] ^ data_in[15] ^ data_in[18] ^ data_in[19] ^ data_in[21] ^ data_in[22] ^ data_in[24] ^ data_in[26] ^ data_in[27] ^ data_in[28] ^ data_in[30] ^ data_in[33] ^ data_in[37] ^ data_in[39] ^ data_in[40] ^ data_in[42] ^ data_in[44] ^ data_in[49] ^ data_in[50] ^ data_in[51] ^ data_in[53] ^ data_in[54] ^ data_in[55] ^ data_in[56] ^ data_in[57] ^ data_in[59] ^ data_in[60] ^ data_in[62] ^ data_in[63];
lfsr_c[8] = lfsr_q[2] ^ lfsr_q[3] ^ lfsr_q[4] ^ lfsr_q[6] ^ lfsr_q[7] ^ lfsr_q[8] ^ lfsr_q[9] ^ lfsr_q[10] ^ lfsr_q[12] ^ lfsr_q[13] ^ lfsr_q[15] ^ data_in[3] ^ data_in[7] ^ data_in[8] ^ data_in[11] ^ data_in[12] ^ data_in[14] ^ data_in[15] ^ data_in[16] ^ data_in[19] ^ data_in[20] ^ data_in[22] ^ data_in[23] ^ data_in[25] ^ data_in[27] ^ data_in[28] ^ data_in[29] ^ data_in[31] ^ data_in[34] ^ data_in[38] ^ data_in[40] ^ data_in[41] ^ data_in[43] ^ data_in[45] ^ data_in[50] ^ data_in[51] ^ data_in[52] ^ data_in[54] ^ data_in[55] ^ data_in[56] ^ data_in[57] ^ data_in[58] ^ data_in[60] ^ data_in[61] ^ data_in[63];
lfsr_c[9] = lfsr_q[3] ^ lfsr_q[4] ^ lfsr_q[5] ^ lfsr_q[7] ^ lfsr_q[8] ^ lfsr_q[9] ^ lfsr_q[10] ^ lfsr_q[11] ^ lfsr_q[13] ^ lfsr_q[14] ^ data_in[4] ^ data_in[8] ^ data_in[9] ^ data_in[12] ^ data_in[13] ^ data_in[15] ^ data_in[16] ^ data_in[17] ^ data_in[20] ^ data_in[21] ^ data_in[23] ^ data_in[24] ^ data_in[26] ^ data_in[28] ^ data_in[29] ^ data_in[30] ^ data_in[32] ^ data_in[35] ^ data_in[39] ^ data_in[41] ^ data_in[42] ^ data_in[44] ^ data_in[46] ^ data_in[51] ^ data_in[52] ^ data_in[53] ^ data_in[55] ^ data_in[56] ^ data_in[57] ^ data_in[58] ^ data_in[59] ^ data_in[61] ^ data_in[62];
lfsr_c[10] = lfsr_q[4] ^ lfsr_q[5] ^ lfsr_q[6] ^ lfsr_q[8] ^ lfsr_q[9] ^ lfsr_q[10] ^ lfsr_q[11] ^ lfsr_q[12] ^ lfsr_q[14] ^ lfsr_q[15] ^ data_in[5] ^ data_in[9] ^ data_in[10] ^ data_in[13] ^ data_in[14] ^ data_in[16] ^ data_in[17] ^ data_in[18] ^ data_in[21] ^ data_in[22] ^ data_in[24] ^ data_in[25] ^ data_in[27] ^ data_in[29] ^ data_in[30] ^ data_in[31] ^ data_in[33] ^ data_in[36] ^ data_in[40] ^ data_in[42] ^ data_in[43] ^ data_in[45] ^ data_in[47] ^ data_in[52] ^ data_in[53] ^ data_in[54] ^ data_in[56] ^ data_in[57] ^ data_in[58] ^ data_in[59] ^ data_in[60] ^ data_in[62] ^ data_in[63];
lfsr_c[11] = lfsr_q[0] ^ lfsr_q[5] ^ lfsr_q[6] ^ lfsr_q[7] ^ lfsr_q[9] ^ lfsr_q[10] ^ lfsr_q[11] ^ lfsr_q[12] ^ lfsr_q[13] ^ lfsr_q[15] ^ data_in[6] ^ data_in[10] ^ data_in[11] ^ data_in[14] ^ data_in[15] ^ data_in[17] ^ data_in[18] ^ data_in[19] ^ data_in[22] ^ data_in[23] ^ data_in[25] ^ data_in[26] ^ data_in[28] ^ data_in[30] ^ data_in[31] ^ data_in[32] ^ data_in[34] ^ data_in[37] ^ data_in[41] ^ data_in[43] ^ data_in[44] ^ data_in[46] ^ data_in[48] ^ data_in[53] ^ data_in[54] ^ data_in[55] ^ data_in[57] ^ data_in[58] ^ data_in[59] ^ data_in[60] ^ data_in[61] ^ data_in[63];
lfsr_c[12] = lfsr_q[0] ^ lfsr_q[3] ^ lfsr_q[4] ^ lfsr_q[6] ^ lfsr_q[11] ^ lfsr_q[12] ^ lfsr_q[13] ^ lfsr_q[14] ^ lfsr_q[15] ^ data_in[0] ^ data_in[4] ^ data_in[7] ^ data_in[8] ^ data_in[15] ^ data_in[16] ^ data_in[18] ^ data_in[22] ^ data_in[23] ^ data_in[24] ^ data_in[28] ^ data_in[29] ^ data_in[31] ^ data_in[38] ^ data_in[44] ^ data_in[45] ^ data_in[47] ^ data_in[48] ^ data_in[51] ^ data_in[52] ^ data_in[54] ^ data_in[59] ^ data_in[60] ^ data_in[61] ^ data_in[62] ^ data_in[63];
lfsr_c[13] = lfsr_q[0] ^ lfsr_q[1] ^ lfsr_q[4] ^ lfsr_q[5] ^ lfsr_q[7] ^ lfsr_q[12] ^ lfsr_q[13] ^ lfsr_q[14] ^ lfsr_q[15] ^ data_in[1] ^ data_in[5] ^ data_in[8] ^ data_in[9] ^ data_in[16] ^ data_in[17] ^ data_in[19] ^ data_in[23] ^ data_in[24] ^ data_in[25] ^ data_in[29] ^ data_in[30] ^ data_in[32] ^ data_in[39] ^ data_in[45] ^ data_in[46] ^ data_in[48] ^ data_in[49] ^ data_in[52] ^ data_in[53] ^ data_in[55] ^ data_in[60] ^ data_in[61] ^ data_in[62] ^ data_in[63];
lfsr_c[14] = lfsr_q[1] ^ lfsr_q[2] ^ lfsr_q[5] ^ lfsr_q[6] ^ lfsr_q[8] ^ lfsr_q[13] ^ lfsr_q[14] ^ lfsr_q[15] ^ data_in[2] ^ data_in[6] ^ data_in[9] ^ data_in[10] ^ data_in[17] ^ data_in[18] ^ data_in[20] ^ data_in[24] ^ data_in[25] ^ data_in[26] ^ data_in[30] ^ data_in[31] ^ data_in[33] ^ data_in[40] ^ data_in[46] ^ data_in[47] ^ data_in[49] ^ data_in[50] ^ data_in[53] ^ data_in[54] ^ data_in[56] ^ data_in[61] ^ data_in[62] ^ data_in[63];
lfsr_c[15] = lfsr_q[0] ^ lfsr_q[2] ^ lfsr_q[3] ^ lfsr_q[6] ^ lfsr_q[7] ^ lfsr_q[9] ^ lfsr_q[14] ^ lfsr_q[15] ^ data_in[3] ^ data_in[7] ^ data_in[10] ^ data_in[11] ^ data_in[18] ^ data_in[19] ^ data_in[21] ^ data_in[25] ^ data_in[26] ^ data_in[27] ^ data_in[31] ^ data_in[32] ^ data_in[34] ^ data_in[41] ^ data_in[47] ^ data_in[48] ^ data_in[50] ^ data_in[51] ^ data_in[54] ^ data_in[55] ^ data_in[57] ^ data_in[62] ^ data_in[63];
end
//此段代碼為CRC具體的計算過程，基於LFSR（線性反饋移位寄存器）；

always @(posedge clk, negedge reset) begin
if(!reset) begin
lfsr_q <= {16{1'b0}}; //CCITT_XModem初始值為16‘h0；其他協議根據具體情況修改；
end
else begin
lfsr_q <= crc_en ? lfsr_c : lfsr_q;//此處crc_en設為0，只計算一次即輸出CRC校驗結果，否則會持續不斷進行運算
end
end
endmodule

編寫testbench文件對該模塊進行模擬：

module crc_simul;
reg [63:0] data_in;
reg crc_en;
reg reset;
reg clk;
wire [15:0] crc_out;
crc uut(
.data_in(data_in),
.crc_en(crc_en),
.crc_out(crc_out),
.reset(reset),
.clk(clk)
);
initial begin
data_in = 64'd0;
crc_en = 1'b0;
reset=1'b0;
clk = 1'b0;
#9;
reset=1'b1;
#200;
data_in = {8'hFF,8'hFF,8'hAA,8'h55,8'h00,8'h01,16'h13EC};//結果應為3DC3;
#500;
data_in = {8'hFF,8'hFF,8'hAA,8'h55,8'h00,8'h01,16'h01F4};//結果應為CBEB;
end

always #1 clk = ~clk;
endmodule

模擬結果如下

可以驗證，模擬結果正確，在實際應用中也可以正確運行；


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    在WinForm中使用全局異常捕獲處理 在WinForm應用程式中，全局異常捕獲是確保程式穩定性的關鍵。通過在Program類的Main方法中設置全局異常處理，可以有效地捕獲並處理未預見的異常，從而避免程式崩潰。 註冊全局異常事件 [STAThread] static void Main() { / ...
  • .NET 多版本 WinForm 開源控制項庫 SunnyUI
    前言 給大家推薦一款開源的 Winform 控制項庫，可以幫助我們開發更加美觀、漂亮的 WinForm 界面。 項目介紹 SunnyUI.NET 是一個基於 .NET Framework 4.0+、.NET 6、.NET 7 和 .NET 8 的 WinForm 開源控制項庫，同時也提供了工具類庫、擴展 ...
  • .net core8 使用Swagger（附當前源碼）
    說明 該文章是屬於OverallAuth2.0系列文章，每周更新一篇該系列文章（從0到1完成系統開發）。 該系統文章，我會儘量說的非常詳細，做到不管新手、老手都能看懂。 說明：OverallAuth2.0 是一個簡單、易懂、功能強大的許可權+可視化流程管理系統。 有興趣的朋友，請關註我吧(*^▽^*) ...
  • WPF 什麼時候 VisualTreeHelper.GetDescendantBounds 將返回無窮大
    一、下載安裝 1.下載git 必須先下載並安裝git，再TortoiseGit下載安裝 git安裝參考教程：https://blog.csdn.net/mukes/article/details/115693833 2.TortoiseGit下載與安裝 TortoiseGit，Git客戶端，32/6 ...
  • C# 開源教程帶你輕鬆掌握數據結構與演算法
    前言 在項目開發過程中，理解數據結構和演算法如同掌握蓋房子的秘訣。演算法不僅能幫助我們編寫高效、優質的代碼，還能解決項目中遇到的各種難題。 給大家推薦一個支持C#的開源免費、新手友好的數據結構與演算法入門教程：Hello演算法。 項目介紹 《Hello Algo》是一本開源免費、新手友好的數據結構與演算法入門 ...
  • 第22篇 生成proto文件bat腳本
    1.生成單個Proto.bat內容 @rem Copyright 2016, Google Inc. @rem All rights reserved. @rem @rem Redistribution and use in source and binary forms, with or with ...
  • 記一次 .NET某上位機視覺程式 卡死分析
    一：背景 1. 講故事 前段時間有位朋友找到我，說他的窗體程式在客戶這邊出現了卡死，讓我幫忙看下怎麼回事？dump也生成了，既然有dump了那就上 windbg 分析吧。 二：WinDbg 分析 1. 為什麼會卡死 窗體程式的卡死，入口門檻很低，後續往下分析就不一定了，不管怎麼說先用 !clrsta ...
  • 醫學DICOM文件與PACS系統進行數據傳輸
    前言 人工智慧時代，人臉識別技術已成為安全驗證、身份識別和用戶交互的關鍵工具。 給大家推薦一款.NET 開源提供了強大的人臉識別 API，工具不僅易於集成，還具備高效處理能力。 本文將介紹一款如何利用這些API，為我們的項目添加智能識別的亮點。 項目介紹 GitHub 上擁有 1.2k 星標的 C# ...
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