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[APM32F4]

APM32F4xx CRC应用

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1455555|  楼主 | 2023-7-24 10:44 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
CRC, APM32, APM32F4
本帖最后由 1455555 于 2023-7-24 10:44 编辑

1、CRC 简介
CRC，全称是 Cyclic Redundancy Check ，即循环冗余校验码。该单元可将输入数据经过固定的多项式计算得到 32 位的 CRC 计算结果，主要用来检测或校验数据传输或者保存后的正确性与完整性。
1.1 CRC 参数模型
计算一个正确的准确的CRC 值，需要知道CRC 的参数模型，将待校验数据输入，根据参数模型通过CRC 算法进行计算，最终得到校验值。一个完整的CRC参数模型应该包含以下信息：WIDTH，POLY，INIT，REFIN，REFOUT，XOROUT。 其中：
1）NAME：参数模型名称。
2）WIDTH：宽度，即生成的 CRC 数据位宽，如 CRC-8，生成的 CRC 为8位。
3）POLY：十六进制多项式，省略最高位 1，如 x8 + x2 + x + 1，二进制为 1 0000 0111，省略最高位 1，转换为十六进制为 0x07。
4）INIT：CRC 初始值，和 WIDTH 位宽一致。
5）REFIN：true 或 false，在进行计算之前，原始数据是否翻转，如原始数据：
0x34 = 0011 0100，如果 REFIN 为 true，进行翻转之后为 0010 1100 = 0x2c。
6）REFOUT：true 或 false，运算完成之后，得到的 CRC 值是否进行翻转， 如计算得到的 CRC 值：0x97 = 1001 0111，如果 REFOUT 为 true，进行翻转之 后为 11101001 = 0xE9。
7）XOROUT：计算结果与此参数进行异或运算后得到最终的 CRC 值，和WIDTH 位宽一致。 通常如果只给了一个多项式，其他的没有说明则：INIT=0x00，REFIN=false，
REFOUT=false，XOROUT=0x00。
1.1.1 常用 CRC 参数模型
关于 CRC 常用参数模型及其应用场合如表 1 所示。表 1 常用 CRC 介绍
CRC算法名称
多项式公式/16进制多项式
16进制
多项式
输入值反转
输出值反转
CRC-5/ITU
15
true
true
CRC-5/USB
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml5288/wps2.jpg
05
true
true
CRC-7/MMC
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml5288/wps3.jpg
09
false
false
CRC-8/ITU
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml5288/wps4.jpg
07
false
false
CRC-16/USB
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml5288/wps5.jpg
8005
true
true
CRC-16/
MODBUS
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml5288/wps6.jpg
8005
true
true
CRC-32/
MPEG-2
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml5288/wps7.jpg
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml5288/wps8.jpg
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml5288/wps9.jpg
04C11DB7
false
false
CRC-32
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml5288/wps10.jpg
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml5288/wps11.jpg
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/ksohtml5288/wps12.jpg
04C11DB7
true
true
1.2 CRC 算法
CRC 的概念是在待发送的 K 比特数据的末尾添加一个 R 比特的校验码，并生成一个新的帧发送给接收端。接收端接收到新帧后，通过校验码对接收到的数据进行验证，以确定数据是否正确。为了实现这一点，发送端和接收端需要共同选择一 个特定的除数，通过"模 2 除法"将生成的新帧除以这个除数。接收端将接收到的新 帧除以选定的除数。由于在发送数据帧之前已经通过添加一个数进行了"去余"处理 （也就是整除），所以结果应该是没有余数的。如果存在余数，则说明该帧在传输 过程中发生了错误。具体步骤如下：
1）发送端、接收端在通信前，约定好除数 P，也就是前面说的多项式的值。P 应该是 R+1 位长度；
2）发送端在原来的 K 位数据后面加 R 个 0，将原来的数据左移 R 位；
3）进行模 2 除法运算，也就是异或 XOR 运算。将加 0 之后的 K+R 位的数除 以 P，循环计算，直到余数的阶数小于 R，这个余数就是附加的校验码，如果长度 不足 R 位需要在前面加 0 补齐；
4）发送端将 R 位校验码附加在原数据后面发送给接收方；
5）接收方接收到数据后，将数据以模 2 除法方式除以除数 P。如果没有余数， 说明在传输过程中没有出现错误，否则说明有错误。 以 CRC-4=X4+X+1 为例，此时除数 P=10011。假设源数据 M 为 10110011。 在发送端将 M 左移 4 位，然后除以 P。计算过程如图 1，图 2 所示。

图 1 发送端 CRC 计算示例

图 2 接收端 CRC 计算示例
计算得到的余数就是 0100，也就是 CRC 校验码。将 0100 附加到原始数据帧10110011 后，组成新帧 101100110100 发送给接收端。接收端接收到该帧后，会用该帧去除以上面选定的除数P，验证余数是否为0，如果为0，则表示数据在传 输过程中没有出现差错。 其中 CRC-MSB（Cyclic Redundancy Check - Most Significant Bit）是一种特 殊的校验算法，其计算过程从最高位（Most Significant Bit）开始。当 CRC 的最 高位为 1 时，该算法将 CRC 向左移一位，并与预设的多项式进行异或（XOR）计算。如果 CRC 的最高位为 0，则只将CRC 向左移一位。

2 APM32F4XX CRC 介绍
2.1 APM32F4XX CRC 参数模型
APM32 自带的硬件 CRC 计算模块使用的是 CRC-32 模型，其多项式为
0x4C11DB7——X32 + X26 + X23 + X22 + X16 + X12 + X11 + X10 + X8 + X7 + X4 + X2 + X +1。 按照前文内容[size=13.9333px]1.1 提及的模型参数分析说明：APM32 CRC 数据位宽为 32 位， 十六进制多项式为 0x4C11DB7，INIT=0xFFFFFFFF，REFIN=false，REFOUT=false，XOROUT=0x00000000。
2.2 硬件实现优势
APM32 自带的硬件 CRC 计算模块，使用硬件实现 CRC 带来以下一些优势：
1）高速计算：硬件实现 CRC 可以利用专门的电路和并行计算来实现快速的
CRC 计算。相比于软件实现，硬件可以在几个时钟周期内完成 CRC 计算，提供更高的处理速度。
2）低功耗：由于使用了专门的电路来执行 CRC 计算，硬件实现可以通过电 路设计的优化来降低功耗。相比于在软件中使用循环来计算CRC，硬件实现可以节省大量的能量。
3）占用资源少：软件实现 CRC 可能需要较大的存储器和处理器资源来执行 复杂的计算。而硬件实现通常只需要一些逻辑门和寄存器，占用的资源较少，尤其 适用于资源有限的嵌入式系统。
4）实时性：硬件实现的 CRC 可以在实时数据流中进行连续计算，没有延迟 或中断。这对于需要快速处理数据流的应用非常重要，如实时传输、通信协议等。
5）硬件抗干扰能力强：硬件实现的 CRC 通常能够更好地抵御噪声和干扰， 因为它可以采用差分信号和物理层技术来提高抗干扰能力。这对于数据传输的可靠性和错误检测非常重要。综上，CRC 的硬件实现具有高速计算、低功耗、占用资源少、实时性好以及较强的抗干扰能力等优势。这使得硬件实现在需要高效率、可靠性和实时性的应用 中更加有优势。

3 APM32F4XX CRC 应用例程
3.1 软件设计流程
APM32F4XX 例程中已根据数据算出标准校验值，网页计算过程如图 3 所示， 计算得标准校验值为 0x379E9F06。将待校验数据串存放在数组中，进行 CRC 校验，当输出校验值与标准校验值相等时，证明传输正常；反之，二者不同时证明数 据传输出错。
图 3 标准校验值计算
CRC 计算单元包含一个32 位的数据寄存器（CRC_DATA），用于进行数据输入和保存 CRC 计算结果。其计算时间为 4 个 AHB 时钟周期。每写入一次新数 、据，其结果是上一次的计算结果和新的计算结果的组合，（对整个字进行运算）。 在计算期间，会暂停 CPU 的写操作，因此可以对寄存器 CRC_DATA 进行“背靠 背”写入或连续地“读—写”操作。要计算支持数据的 CRC，需要按照以下步骤进行 操作: 1) 通过 RCC 外设启用 CRC 外设时钟。
2) 配置初始 CRC 值寄存器（CRC_DATA）将 CRC 数据寄存器设置为初始CRC 值。
3) 通过 CRC 控制寄存器（CRC_CTRL）中的 Reset 位将 CRC 外设重置。
4) 将数据设置到 CRC 数据寄存器。
5) 读取 CRC 数据寄存器的内容，即为计算得到的 CRC 值。 软件编写流程图如下：

图 4 CRC 软件编写流程图
3.2 软件实现
3.2.1 CRC 参数定义
定义数组存放待校验数据，定义 32 位整型变量用于存储 CRC 输出校验值； 同时完成串口初始化及相关参数设定：将波特率设置为 115200，校验位为 0，停止位为 1 等。相关代码如下：
复制
static const uint32_t aDataBuffer[BUFFER_SIZE] = {

0x00001021, 0x20423063, 0x408450a5, 0x60c670e7, 0x9129a14a,

0xb16bc18c, 0xd1ade1ce, 0xf1ef1231, 0x32732252, 0x52b54294,

0x72f762d6, 0x93398318, 0xa35ad3bd, 0xc39cf3ff, 0xe3de2462,

0x34430420, 0x64e674c7, 0x44a45485, 0xa56ab54b, 0x85289509,

0xf5cfc5ac, 0xd58d3653, 0x26721611, 0x063076d7, 0x569546b4,

0xb75ba77a, 0x97198738, 0xf7dfe7fe, 0xc7bc48c4, 0x58e56886,

0x78a70840, 0x18612802, 0xc9ccd9ed, 0xe98ef9af, 0x89489969,

0xa90ab92b, 0x4ad47ab7, 0x6a961a71, 0x0a503a33, 0x2a12dbfd,

0xfbbfeb9e, 0x9b798b58, 0xbb3bab1a, 0x6ca67c87, 0x5cc52c22,

0x3c030c60, 0x1c41edae, 0xfd8fcdec, 0xad2abd0b, 0x8d689d49,

0x7e976eb6, 0x5ed54ef4, 0x2e321e51, 0x0e70ff9f, 0xefbedfdd,

0xcffcbf1b, 0x9f598f78, 0x918881a9, 0xb1caa1eb, 0xd10cc12d,

0xe16f1080, 0x00a130c2, 0x20e35004, 0x40257046, 0x83b99398,

0xa3fbb3da, 0xc33dd31c, 0xe37ff35e, 0x129022f3, 0x32d24235,

0x52146277, 0x7256b5ea, 0x95a88589, 0xf56ee54f, 0xd52cc50d,

0x34e224c3, 0x04817466, 0x64475424, 0x4405a7db, 0xb7fa8799,

0xe75ff77e, 0xc71dd73c, 0x26d336f2, 0x069116b0, 0x76764615,

0x5634d94c, 0xc96df90e, 0xe92f99c8, 0xb98aa9ab, 0x58444865,

0x78066827, 0x18c008e1, 0x28a3cb7d, 0xdb5ceb3f, 0xfb1e8bf9,

0x9bd8abbb, 0x4a755a54, 0x6a377a16, 0x0af11ad0, 0x2ab33a92,

0xed0fdd6c, 0xcd4dbdaa, 0xad8b9de8, 0x8dc97c26, 0x5c644c45,

0x3ca22c83, 0x1ce00cc1, 0xef1fff3e, 0xdf7caf9b, 0xbfba8fd9,

0x9ff86e17, 0x7e364e55, 0x2e933eb2, 0x0ed11ef0

};

uint32_t uCRCValue = 0;

USART_Config_T usartConfigStruct; /* USART configuration */

USART_ConfigStructInit(&usartConfigStruct);

usartConfigStruct.baudRate = 115200;

usartConfigStruct.mode = USART_MODE_TX_RX;

usartConfigStruct.parity = USART_PARITY_NONE;

usartConfigStruct.stopBits = USART_STOP_BIT_1;

usartConfigStruct.wordLength = USART_WORD_LEN_8B;

usartConfigStruct.hardwareFlow = USART_HARDWARE_FLOW_NONE;
3.2.2 启用 CRC 外设时钟
在开始使用 CRC 前，需要先通过 RCC 外设启用 CRC 外设时钟。
复制
RCM_EnableAHB1PeriphClock(RCM_AHB1_PERIPH_CRC);
3.2.3 配置初始 CRC 值
将 CRC_CTRL 寄存器 RST 位置 1，配置初始 CRC 值寄存器（CRC_DATA） 将 CRC 数据寄存器设置为初始 CRC 值 0xFFFFFFF。
复制
CRC_ResetDATA();
3.2.4 CRC 数据校验
完成了开启时钟，初始值的配置后，调用 CRC 计算函数，利用 while 循环往数据寄存器里以 32 位为单位写入数据。当 BUFFER_SIZE 等于零时，意味着数据写入完毕，读取数据寄存器的值，得到的即为输出校验值。可以通过串口助手观察 到标准校验值和输出校验值，当输出校验值与标准校验值相等时，证明数据传输没有出错。
其中32 位数据（32bit Data）作为输入寄存器是写入时存储 CRC 计算器的 新数据。作为输出寄存器是读取时返回 CRC 计算的结果。
复制
CRC_ResetDATA();

uCRCValue=CRC_CalculateBlockCRC((uint32_t*)aDataBuffer,BUFFER_SIZE);

printf("BlockCRC = 0x379E9F06 \r\n");

printf("CalculateBlockCRC = 0x%08X \r\n", uCRCValue);
CRC_CalcBlockCRC 函数代码如下：
复制
uint_t CRC_CalculateBlockCRC(uint32_t *buf,uint32_t bufLen)

{

   While（bufLen--）

      {

         CRC->DATA = *buf++;

}

return (CRC->DATA);

}




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沙发
1455555|  楼主 | 2023-7-24 10:47 | 只看该作者
帖子仅包含部分代码，具体参考APM32F4XX CRC例程，可去极海微官网进行下载使用

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板凳
tpgf| | 2023-8-12 16:08 | 只看该作者
在不知情的前提下 如何知道使用的是哪个算式呢

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地板
晓伍| | 2023-8-13 09:24 | 只看该作者
crc是自动添加的吗?还是说需要手动编写算法啊

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5楼
八层楼| | 2023-8-13 09:49 | 只看该作者
同一个单片机其crc校验的算法是一样的吗

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6楼
观海| | 2023-8-13 10:18 | 只看该作者
在进行校验的时候必须进行查表才可以吗

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7楼
木木guainv| | 2023-8-13 10:45 | 只看该作者
为什么crc是非常经典的校验模型呢？为什么不会出现错误呢

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8楼
guanjiaer| | 2023-8-13 17:00 | 只看该作者
正确的crc校验结果都是固定的数值吗

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9楼
1455555|  楼主 | 2023-8-25 11:36 | 只看该作者
tpgf 发表于 2023-8-12 16:08
在不知情的前提下 如何知道使用的是哪个算式呢

我的理解是：如果是板载自带的CRC模块或者单独的硬件模块，通常手册上会标明。如果是自己写代码进行校验可以自行选择任意公式。

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10楼
1455555|  楼主 | 2023-8-25 11:39 | 只看该作者
晓伍 发表于 2023-8-13 09:24
crc是自动添加的吗?还是说需要手动编写算法啊

我使用的是APM32F407的开发板 有板载硬件CRC 所以不需要我自己编写算法

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11楼
1455555|  楼主 | 2023-8-30 15:17 | 只看该作者
本帖最后由 1455555 于 2023-8-30 15:28 编辑
观海 发表于 2023-8-13 10:18
在进行校验的时候必须进行查表才可以吗

帖子里用到开发板带有硬件CRC，就没有使用查表法，buf里面存的是需要传输的数据。如果使用纯软件CRC校验一般有查表法和按位校验法。

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