APM32F4xx CRC应用

发表于 2023-7-24 10:44

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.png

图 1 发送端 CRC 计算示例
图2.png

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.png

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.png

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);

}

发表于 2023-7-24 10:47

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

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

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

发表于 2023-8-13 09:49

同一个单片机其crc校验的算法是一样的吗

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

发表于 2023-8-13 10:45

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

发表于 2023-8-13 17:00

正确的crc校验结果都是固定的数值吗

发表于 2023-8-25 11:36

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。

发表于 2023-8-25 11:39

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

发表于 2023-8-30 15:17

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。

[APM32F4] APM32F4xx CRC应用

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