本發(fā)明涉及衛(wèi)星測控與通信技術(shù)，尤其涉及一種基于fpga的并行循環(huán)冗余crc校驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

在衛(wèi)星遙控、遙測、外側(cè)和數(shù)傳的數(shù)據(jù)幀傳輸時(shí)，采取crc校驗(yàn)?zāi)康氖菣z驗(yàn)鏈路傳輸正確性，達(dá)到數(shù)據(jù)糾錯(cuò)和檢錯(cuò)目的，防止出現(xiàn)錯(cuò)誤邏輯判決。

循環(huán)冗余crc校驗(yàn)隸屬分組的循環(huán)碼，其基本思想是：發(fā)送端在傳輸?shù)男畔⒋a元序列中附加一些冗余的監(jiān)督碼元，這些監(jiān)督碼和信息碼之間按編碼規(guī)則形成一定的關(guān)系，接收端則通過檢查這種特定關(guān)系來發(fā)現(xiàn)或糾正可能產(chǎn)生的誤碼。

crc校驗(yàn)碼是利用線性編碼理論，在發(fā)送端根據(jù)要傳送的k位二進(jìn)制碼序列，以一定的規(guī)則產(chǎn)生一個(gè)校驗(yàn)用的監(jiān)督碼(即crc碼)r位，并附在信息后邊，構(gòu)成一個(gè)新的二進(jìn)制碼序列，共(k+r)位，最后發(fā)送出去。在接收端，則根據(jù)信息碼和crc碼之間所遵循的規(guī)則進(jìn)行檢驗(yàn)，以確定數(shù)據(jù)傳輸中誤碼性能和置信度。

傳統(tǒng)的循環(huán)冗余crc校驗(yàn)技術(shù)主要是指串行比特校驗(yàn)算法和字節(jié)查找表校驗(yàn)算法2大類。

基于串行比特校驗(yàn)碼算法嚴(yán)格遵循crc-ccitt給定算法，基于memory查找表算法簡單直觀，均可得到數(shù)據(jù)幀的crc校驗(yàn)碼，但是這些算法存在以下不足：

(1)基于比特串行的crc校驗(yàn)碼算法其特點(diǎn)是需多次并串轉(zhuǎn)換、系統(tǒng)延遲大，實(shí)現(xiàn)時(shí)序?qū)R比較復(fù)雜，占用硬件資源較多，很難突破處理速度的瓶頸；

(2)基于memory資源的字節(jié)型查找表算法其特點(diǎn)是將復(fù)雜的移位和異或邏輯運(yùn)算交付由matlab程序完成，算法中采用了slices和luts硬件資源相對并沒減少，且器件96個(gè)blockram塊資源占去了1個(gè)；

(3)針對crc-ccitt協(xié)議中多種不同模式，基于memory資源的查找表生成和字節(jié)調(diào)用過程中，寄存器初相和高低字節(jié)是否倒序等細(xì)節(jié)問題沒有闡述清楚，沒有給出具體應(yīng)用的約束條件。

隨著傳輸信息速率提高，基于比特串行或基于memory查找表的crc校驗(yàn)計(jì)算方法已然無法滿足資源占用率低、系統(tǒng)工作時(shí)鐘高、計(jì)算結(jié)果延遲小等技術(shù)要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于fpga的并行循環(huán)冗余crc校驗(yàn)方法，利用簡單異或邏輯實(shí)現(xiàn)了并行循環(huán)冗余crc校驗(yàn)碼計(jì)算，最大程度滿足了衛(wèi)星對crc校驗(yàn)計(jì)算高效、準(zhǔn)確和快速的需求。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種基于fpga的并行循環(huán)冗余crc校驗(yàn)方法，包括如下步驟：

步驟一、按照衛(wèi)星遙控、遙測、外測或數(shù)傳的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)定格式要求組幀，形成數(shù)據(jù)幀；

步驟二、確認(rèn)不同的crc模式對輸入與輸出數(shù)據(jù)的順序要求、初始相位要求、以及輸出結(jié)果是否與0xffff異或的要求；

步驟三、設(shè)置不同的crc模式的初始相位，當(dāng)crc模式為xmoden模式或ture模式時(shí)，將所述初始相位設(shè)置為“0000”，當(dāng)crc模式為false模式或x25模式時(shí)，將所述初始相位設(shè)置為“ffff”；

步驟四、當(dāng)待編碼的數(shù)據(jù)幀的邏輯時(shí)序?yàn)閹阶植糠郑止?jié)計(jì)數(shù)器加1，輸入字節(jié)直接賦給輸出字節(jié)，同時(shí)移位寄存器相應(yīng)初始化；

步驟五、當(dāng)待編碼的數(shù)據(jù)幀的邏輯時(shí)序?yàn)榇幋a數(shù)據(jù)部分，字節(jié)計(jì)數(shù)器加1，輸入字節(jié)直接賦給輸出字節(jié)，同時(shí)根據(jù)循環(huán)冗余crc校驗(yàn)并行計(jì)算公式直接計(jì)算已輸入字節(jié)對應(yīng)的crc校驗(yàn)碼；

步驟六、當(dāng)待編碼的數(shù)據(jù)幀的邏輯時(shí)序?yàn)閏rc校驗(yàn)部分，字節(jié)計(jì)數(shù)器加1，根據(jù)crc校驗(yàn)碼的數(shù)據(jù)順序，將所述crc校驗(yàn)碼輸出。

進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)幀的幀長為na，其中參與crc編碼的有效字節(jié)長度為nb，crc校驗(yàn)碼字節(jié)長度為nk；所述數(shù)據(jù)幀的邏輯時(shí)序包括幀同步字部分、待編碼數(shù)據(jù)部分、以及crc校驗(yàn)部分；所述幀同步字部分的時(shí)序長度為na-nb-nk，所述待編碼數(shù)據(jù)部分的時(shí)序長度為nb，所述crc校驗(yàn)部分的時(shí)序長度為nk。

進(jìn)一步地，所述輸出結(jié)果是否與0xffff異或的要求，包括：

當(dāng)所述具體crc模式為x25模式時(shí)，利用所述循環(huán)冗余crc校驗(yàn)并行計(jì)算公式算出的crc校驗(yàn)碼要求與0xffff進(jìn)行異或運(yùn)算。

進(jìn)一步地，所述循環(huán)冗余crc校驗(yàn)并行計(jì)算基于crc-ccitt標(biāo)準(zhǔn)。

進(jìn)一步地，所述循環(huán)冗余crc校驗(yàn)并行計(jì)算公式為：當(dāng)前字節(jié)的crc校驗(yàn)碼等于前一字節(jié)crc寄存器值與當(dāng)前字節(jié)各信息位的邏輯異或；

當(dāng)所述具體crc模式對輸入與輸出數(shù)據(jù)的順序要求為倒序時(shí)，

公式組(1)中，表示第i個(gè)移位寄存器輸入1個(gè)8bite的字節(jié)后的crc校驗(yàn)位；表示前一字節(jié)crc校驗(yàn)碼的第j位；mk,k＝1,2,...8表示當(dāng)前字節(jié)的第k個(gè)比特位；

當(dāng)所述具體crc模式對輸入與輸出數(shù)據(jù)的順序要求為正序時(shí)，

公式組(2)中，表示第i個(gè)移位寄存器輸入1個(gè)8bite的字節(jié)后的crc校驗(yàn)位；表示前一字節(jié)crc校驗(yàn)碼的第j位；mk,k＝1,2,...8表示當(dāng)前字節(jié)的第k個(gè)比特位。

進(jìn)一步地，根據(jù)crc校驗(yàn)碼的數(shù)據(jù)順序，將所述crc校驗(yàn)碼輸出，包括：

若crc校驗(yàn)碼的數(shù)據(jù)順序?yàn)榈剐颍瑒t所述crc校驗(yàn)碼先從低比特輸出；若crc校驗(yàn)碼的數(shù)據(jù)順序?yàn)檎?，則所述crc校驗(yàn)碼先從高比特輸出。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果：

本發(fā)明提出了一種基于fpga的并行循環(huán)冗余crc校驗(yàn)方法，遵循crc-ccitt編碼給定crc算法，利用簡單異或邏輯實(shí)現(xiàn)并行循環(huán)冗余crc校驗(yàn)碼計(jì)算，解決了基于比特串行的多次并串轉(zhuǎn)換的邏輯缺陷，突破了基于查找表的blockram資源占用率高的工程瓶頸，提高了crc校驗(yàn)的數(shù)據(jù)吞吐量，同時(shí)降低了對硬件資源苛刻需求，從而實(shí)現(xiàn)了簡化邏輯、提高效率和降低資源的目的。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提出的一種基于fpga的并行循環(huán)冗余crc校驗(yàn)方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明涉及crc-ccitt編碼原理示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中的一種基于fpga的并行循環(huán)冗余crc校驗(yàn)方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明?？梢岳斫獾氖?，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分而非全部結(jié)構(gòu)。

圖1是本發(fā)明提出的一種基于fpga的并行循環(huán)冗余crc校驗(yàn)方法的流程圖。參考圖1，本發(fā)明提出的一種基于fpga的并行循環(huán)冗余crc校驗(yàn)方法，具體可以包括如下步驟：

步驟一、按照衛(wèi)星遙控、遙測、外測或數(shù)傳的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)定格式要求組幀，形成數(shù)據(jù)幀。

其中，按照衛(wèi)星遙控、遙測、外測或數(shù)傳的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)定格式要求組幀，以形成待傳數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀。所述數(shù)據(jù)幀的幀長為na，其中參與crc編碼的有效字節(jié)長度為nb，crc校驗(yàn)碼字節(jié)長度為nk；所述數(shù)據(jù)幀的邏輯時(shí)序包括幀同步字部分、待編碼數(shù)據(jù)部分、以及crc校驗(yàn)部分；所述幀同步字部分的時(shí)序長度為na-nb-nk，所述待編碼數(shù)據(jù)部分的時(shí)序長度為nb，所述crc校驗(yàn)部分的時(shí)序長度為nk。

步驟二、確認(rèn)不同的crc模式對輸入與輸出數(shù)據(jù)的順序要求、初始相位要求、以及輸出結(jié)果是否與0xffff異或的要求。

其中，crc模式對輸入與輸出數(shù)據(jù)的順序要求、初始相位要求、以及輸出結(jié)果是否與0xffff異或的要求即為背景型號的crc算法需求；所述輸出結(jié)果是否與0xffff異或的要求，包括：

當(dāng)所述具體crc模式為x25模式時(shí)，利用所述循環(huán)冗余crc校驗(yàn)并行計(jì)算公式算出的crc校驗(yàn)碼要求與0xffff進(jìn)行異或運(yùn)算。即，當(dāng)所述具體crc模式為x25模式時(shí)，利用所述循環(huán)冗余crc校驗(yàn)并行計(jì)算公式算出的crc校驗(yàn)碼需要先與0xffff進(jìn)行異或運(yùn)算后，才能作為最終的crc校驗(yàn)碼以輸出。

步驟三、設(shè)置不同的crc模式的初始相位，當(dāng)crc模式為xmoden模式或ture模式時(shí)，將所述初始相位設(shè)置為“0000”，當(dāng)crc模式為false模式或x25模式時(shí)，將所述初始相位設(shè)置為“ffff”。

步驟四、當(dāng)待編碼的數(shù)據(jù)幀的邏輯時(shí)序?yàn)閹阶植糠?，字?jié)計(jì)數(shù)器加1，輸入字節(jié)直接賦給輸出字節(jié)，同時(shí)移位寄存器相應(yīng)初始化。

步驟五、當(dāng)待編碼的數(shù)據(jù)幀的邏輯時(shí)序?yàn)榇幋a數(shù)據(jù)部分，字節(jié)計(jì)數(shù)器加1，輸入字節(jié)直接賦給輸出字節(jié)，同時(shí)根據(jù)循環(huán)冗余crc校驗(yàn)并行計(jì)算公式直接計(jì)算已輸入字節(jié)對應(yīng)的crc校驗(yàn)碼。

其中，所述循環(huán)冗余crc校驗(yàn)并行計(jì)算基于crc-ccitt標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明以crc-ccitt為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行并行crc校驗(yàn)的編譯碼設(shè)計(jì)與仿真，如圖2所示為本發(fā)明涉及crc-ccitt編碼原理示意圖。參考圖2，針對crc-ccitt編碼，生成多項(xiàng)式為g(x)＝x¹⁶+x¹²+x⁵+1，對應(yīng)的反饋系數(shù)為0x1021，待傳數(shù)據(jù)編碼時(shí)，a/b開關(guān)閉合，c開關(guān)斷開；提取crc校驗(yàn)碼時(shí)，a/b開關(guān)斷開，c開關(guān)閉合。

根據(jù)背景型號需求crc校驗(yàn)?zāi)Ｊ讲煌?，在進(jìn)行數(shù)據(jù)幀的校驗(yàn)碼計(jì)算時(shí)、需重點(diǎn)關(guān)注移位寄存器初相、輸入8bit數(shù)據(jù)位序、輸出16bit校驗(yàn)碼位序和校驗(yàn)碼是否需與0xffff異或等4個(gè)重要環(huán)節(jié)，如表1所示為本發(fā)明涉及的crc-ccitt常用幾種標(biāo)準(zhǔn)。

表1crc-ccitt常用幾種標(biāo)準(zhǔn)

所述循環(huán)冗余校驗(yàn)并行計(jì)算的核心思路是：

由于8位信息碼同時(shí)輸入并行運(yùn)算電路所產(chǎn)生的crc余數(shù)與8位信息碼逐位輸入串行電路產(chǎn)生的crc余數(shù)相同，所以可以認(rèn)為并行計(jì)算電路和串行計(jì)算電路這兩種電路是等效的，從而根據(jù)串行運(yùn)算電路中各寄存器和輸入信息位的變化推導(dǎo)出并行計(jì)算的邏輯關(guān)系式。

可選的，所述循環(huán)冗余crc校驗(yàn)并行計(jì)算公式為：當(dāng)前字節(jié)的crc校驗(yàn)碼等于前一字節(jié)crc寄存器值與當(dāng)前字節(jié)各信息位的邏輯異或；

當(dāng)所述具體crc模式對輸入與輸出數(shù)據(jù)的順序要求為倒序，例如ture模式和x25模式時(shí)，所述循環(huán)冗余crc校驗(yàn)并行計(jì)算公式為：

公式組(1)中，表示第i個(gè)移位寄存器輸入1個(gè)8bite的字節(jié)后的crc校驗(yàn)位；表示前一字節(jié)crc校驗(yàn)碼的第j位；mk,k＝1,2,...8表示當(dāng)前字節(jié)的第k個(gè)比特位。上述公式組(1)亦可表示為表2。

表2輸入與輸出數(shù)據(jù)倒序時(shí)的crc并行計(jì)算公式

當(dāng)所述具體crc模式對輸入與輸出數(shù)據(jù)的順序要求為正序，例如xmoden模式和false模式時(shí)，所述循環(huán)冗余crc校驗(yàn)并行計(jì)算公式為：

公式組(2)中，表示第i個(gè)移位寄存器輸入1個(gè)8bite的字節(jié)后的crc校驗(yàn)位；表示前一字節(jié)crc校驗(yàn)碼的第j位；mk,k＝1,2,...8表示當(dāng)前字節(jié)的第k個(gè)比特位。上述公式組(2)亦可表示為表3。

表3輸入與輸出數(shù)據(jù)正序時(shí)的crc并行計(jì)算公式

步驟六、當(dāng)待編碼的數(shù)據(jù)幀的邏輯時(shí)序?yàn)閏rc校驗(yàn)部分，字節(jié)計(jì)數(shù)器加1，根據(jù)crc校驗(yàn)碼的數(shù)據(jù)順序，將所述crc校驗(yàn)碼輸出。

其中，根據(jù)crc校驗(yàn)碼的數(shù)據(jù)順序，將所述crc校驗(yàn)碼輸出，可以包括：

若crc校驗(yàn)碼的數(shù)據(jù)順序?yàn)榈剐?，則所述crc校驗(yàn)碼先從低比特輸出；若crc校驗(yàn)碼的數(shù)據(jù)順序?yàn)檎?，則所述crc校驗(yàn)碼先從高比特輸出。

實(shí)施例：

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中的一種基于fpga的并行循環(huán)冗余crc校驗(yàn)方法的流程圖。參考圖3，本實(shí)施例提出一種基于fpga的并行循環(huán)冗余crc校驗(yàn)方法，實(shí)施步驟如下：

按照衛(wèi)星遙控、遙測、外測和數(shù)傳等數(shù)據(jù)傳輸既定格式要求完成待傳數(shù)據(jù)的aos(高級在軌系統(tǒng))組幀，整幀幀長字節(jié)數(shù)記為na(512字節(jié))，其中參與crc編碼的有效數(shù)據(jù)字節(jié)長度記為nb(506字節(jié))(每一字節(jié)高比特記為m8、低比特記為m1)，crc校驗(yàn)碼長度記為nk(2字節(jié))；

確認(rèn)背景型號的crc算法需求(本背景型號采取比如ture模式)，首先明確crc模式對輸入與輸出數(shù)據(jù)順序要求(記為order)是正序(m8先參與編碼)還是倒序(m1先參與編碼)；若正序(order＝1)，則在數(shù)據(jù)正序基礎(chǔ)上，進(jìn)一步明確crc模式對校驗(yàn)算法的移位寄存器初始相位要求(記為crc_ini)，當(dāng)要求初始相位為全“0”時(shí)，crc_ini＝0x0000，當(dāng)要求初始相位為全“1”時(shí)，crc_ini＝0xffff；若倒序(order＝0)，則在數(shù)據(jù)倒序基礎(chǔ)上，同樣需明確crc模式對校驗(yàn)算法的移位寄存器初始相位要求(記為crc_ini)，當(dāng)要求初始相位為全“0”時(shí)，crc_ini＝0x0000，當(dāng)要求初始相位為全“1”時(shí)，crc_ini＝0xffff；

在每一個(gè)數(shù)據(jù)幀crc校驗(yàn)計(jì)算過程中，需判定邏輯時(shí)序包含3部分，幀同步字(記為head＝1)、待編碼數(shù)據(jù)(記為check＝1)和crc校驗(yàn)碼(記為check＝0)，字節(jié)時(shí)序長度分別對應(yīng)na-nb-nk(4字節(jié))、nb和nk；

當(dāng)待編碼數(shù)據(jù)幀的當(dāng)前時(shí)序?yàn)閹阶植糠?0x1acffc1d)，則字節(jié)計(jì)數(shù)器count＝count+1，輸入字節(jié)直接賦給輸出字節(jié)，同時(shí)移位寄存器相應(yīng)初始化(0x0000)；

當(dāng)待編碼數(shù)據(jù)幀的當(dāng)前時(shí)序?yàn)榇幋a數(shù)據(jù)部分，則字節(jié)計(jì)數(shù)器count＝count+1，輸入字節(jié)直接賦給輸出字節(jié)，同時(shí)根據(jù)循環(huán)冗余crc校驗(yàn)并行計(jì)算公式直接計(jì)算已輸入字節(jié)對應(yīng)crc校驗(yàn)碼；

當(dāng)待編碼數(shù)據(jù)幀的當(dāng)前時(shí)序?yàn)閏rc校驗(yàn)碼部分，則字節(jié)計(jì)數(shù)器count＝count+1，根據(jù)crc校驗(yàn)碼的數(shù)據(jù)順序，將所述crc校驗(yàn)碼輸出，若倒序(order＝0)則需crc校驗(yàn)碼的高低比特互換，即先從低比特輸出(crc_ini(0))；否則，先從crc校驗(yàn)碼的高比特輸出(crc_ini(15)、背景型號)。

本發(fā)明重點(diǎn)是探討一種算法簡單、資源占用低、時(shí)間延遲小的循環(huán)冗余校驗(yàn)并行計(jì)算方法，以滿足背景型號任務(wù)需求，以解決基于串行比特crc校驗(yàn)算法清晰，但邏輯關(guān)系過于煩瑣和冗長，且編程時(shí)序難以掌控、而基于字節(jié)memory查找表實(shí)現(xiàn)過程注意環(huán)節(jié)太多，且blockram資源消耗大的問題。經(jīng)過單機(jī)、系統(tǒng)和整星測試表明，應(yīng)用了本發(fā)明方法后，滿足了對crc編碼的邏輯簡化、效率提高和資源降低的技術(shù)需求，有效地保障了測控鏈路可靠建立和數(shù)據(jù)傳輸需求。

本發(fā)明遵循crc-ccitt編碼給定crc算法，利用簡單異或邏輯實(shí)現(xiàn)并行循環(huán)冗余crc校驗(yàn)碼計(jì)算，解決了基于比特串行的多次并串轉(zhuǎn)換的邏輯缺陷，突破了基于查找表的blockram資源占用率高的工程瓶頸，提高了crc校驗(yàn)的數(shù)據(jù)吞吐量，同時(shí)降低了對硬件資源苛刻需求，從而達(dá)到了簡化邏輯、提高效率和降低資源的目的。本發(fā)明適應(yīng)了后級基于字節(jié)信道編碼級聯(lián)需求，簡化了實(shí)現(xiàn)處理過程，提高了約8倍的模塊系統(tǒng)工作頻率，在所有衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)遙控、遙測、外測和數(shù)傳等可靠性傳輸方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

注意，上述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例及所運(yùn)用技術(shù)原理。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，本發(fā)明不限于這里所述的特定實(shí)施例，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說能夠進(jìn)行各種明顯的變化、重新調(diào)整和替代而不會(huì)脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，雖然通過以上實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了較為詳細(xì)的說明，但是本發(fā)明不僅僅限于以上實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的情況下，還可以包括更多其他等效實(shí)施例，而本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求范圍決定。